高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术

2017-12-15

  【项目类别】国家重点研发计划“水资源高效开发利用”专项

  【项目编号】2017YFC0405100

  【起止年限】2017.07~2020.12

  【项目负责人】蔡正银

  【牵头单位】水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

  【参与单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局、西北农林科技大学、新疆水利水电科学研究院、中国水利水电科学研究院、天津大学、黄河勘测规划设计有限公司、黄河水利委员会黄河水利科学研究院、山东中博重工机械有限公司等10家单位。

  ● 背景

  我国北方地区水资源十分短缺,时空分布不均,严重阻碍了国民经济的发展,影响了人们的生产生活。为此,国家先后修建了一大批长距离供水工程,如近1000km的北疆供水渠道,大大缓解了乌鲁木齐、克拉玛依等地区的供水矛盾,成为名副其实的“生命线”工程。这些工程穿越茫茫沙漠与戈壁,大多面对极端寒冷、异常干旱、复杂地质环境等恶劣的自然条件,其运行面临重大技术挑战:一是高寒地区长距离供水渠道的安全保障,二是低温运行条件下渠道的供水能力与效率的提升。

  ● 拟解决的关键问题

  (1)高寒区供水渠道的性能演化与灾变触发机制;

  (2)高寒区长距离渠道供水能力提升理论与方法;

  (3)高寒区长距离供水渠道的健康运行与安全保障体系。

  ● 研究内容

  (1)高寒区供水渠道性能演化与灾变机理;

  (2)高寒区渠道供水效率提升及结构优化理论与技术;

  (3)高寒区供水渠道低温输水与冬季运行控制关键技术;

  (4)高寒区长距离供水渠道监测预警与健康诊断技术;

  (5)高寒区供水渠道突发险情应急调度与抢险技术;

  (6)高寒区供水渠道能力提升与安全保障集成示范;

  ● 研究进展

  (一) 高寒区供水渠道性能演化与灾变机理

  选取了高寒区供水渠道典型渠基土,通过室内单元试验得到了渠基土在冻融、干湿作用下的部分物理力学特性;开展了干湿循环作用下的高寒区供水渠道边坡稳定离心模型试验。

  (二) 高寒区渠道供水效率提升及结构优化理论与技术

  完成了渠道供水效率提升及结构优化典型断面的选址;提出了渠道升级改造新旧渠坡变形协调控制技术、新老防渗膜一体化连接技术;开展了渠道抗冻耐盐新材料的研发;对渠道升级改造过程及各种荷载下渠身的变形稳定特性进行了研究。

  (三) 高寒区供水渠道低温输水与冬季运行控制关键技术

  开展了长距离调水工程冰过程数学模型的研究,包括平铺上溯模式、水力加厚模式和力学加厚模式对冰盖下输水的影响;开展了边界存在发热源时渠道的传热数值计算模型的研究。

  (四) 高寒区长距离供水渠道监测预警与健康诊断技术

  开展了精确测量渠道冻胀变形和冻胀力的新型传感器的研究;开展了分布式光纤测量技术应用于渠道渗漏与变形监测的可行性研究;对渠道安全评价指标体系,渠道安全监测预警模型进行了研究。