混凝土衬砌渠道表面温度分布研究.pdf

1引言 混凝土衬砌渠道表面温度分布研究 马瑞忠 ( 新疆塔里木河流域阿克苏管理局 新疆 阿克 苏8 4 3 0 0 0 ) 摘要本文从太阳热辐射角度 出发， 建立了渠道表面太阳能计算方法， 分析了阴坡、 阳坡、 渠底太阳能 辐射的差异。以太热辐射计算值为基础， 利用反演方法得出了混凝土衬砌渠道表面温度分布， 计 算结果可用于研究渠道冻胀情况。目前， 对于渠道衬砌冻胀量受太阳辐射影响的研究还不多见， 为此建立梯形渠道太阳能辐射计算模型， 对研究渠道冻胀量分布具有重要意义。希望为今后渠 道冻胀研究提供参考。 关键词 混凝土衬砌； 渠道； 太阳辐射； 温度分布 中图分类号： T V 8 8 2 文献标识码： A 我国季冻区渠道冻胀破坏较为严重 ， 使我国北方地区渠道防渗效果变差 ，灌溉 效率降低， 制约着北方地区农业发展。 太阳辐射属于全球性清洁能源 ， 对地 表温度场分布影响重大， 全国各地气候差 异的根本原因是太阳能分布不均 。 由于 太阳能的重要性， 众多学者致力于太阳能 辐射量计算模型研究。 我国北方地区多为 季节性冻土区域， 冬季渠道冻胀破坏较为 严重，冻土融化后渠道防渗效果变差， 灌 溉效率降低， 严重制约着北方地区农业发 展口 1 。 研究表明： 渠道冻胀的主要影响因素 有土壤成分、 水分含量 、 温度 、 外部载荷等 4 1 。渠道冻胀水平受太阳辐射影响较大， 通 常情况下： 阴坡的渠道冻胀量 渠底冻胀 量 阳坡冻胀 量 。资 料显示 ， 某东西 走 向 渠道 阴坡 冻胀量是渠底 冻胀 量 的 1 3 5倍 ， 是阳坡冻胀量的 1 8 倍 。 2渠道太阳辐射模型 太阳辐射是一种电磁波，包括直接辐 射和散射。受渠道走向、 倾角、 纬度等因素 的影响，阴坡和阳坡接受太阳辐射量区别 较 大 ， 东西走 向渠道差异最大。渠道衬砌接 收的太阳辐射受： 入射角、 地形 、 海拔、 云 量、 混凝土材料等因素综合影响。 太阳辐射 是导致地表温度分布不均的直接因素， 由 于阴坡和阳坡所受太阳辐射强度不同， 因 此两个边坡的冻深差距较大，温度场分布 极不均匀。 为了预测渠道温度变化， 建立梯 形渠道边坡太阳能辐射量计算模型，根据 入射角、 光线夹角、 太阳能辐射量等因素计 算边坡接收的总太阳能辐射量。国内外学 者已经提出了许多关于太阳辐射的经验计 算式，但这些模型中很少有针对水利工程 的 。综合研究现状可知， 影响渠道表面温 度分布的主要因素有： 太阳辐射强度 、 入射 角 、 光照时间 、 环境温度 、 环境风速 、 土体性 能等。 本文利用 M A T L A B软件， 建立了渠道 太阳辐射模型，得出了渠道表明太阳能辐 射量 的计算方法 。 由于 日地距 离很 远 ，近似认为太 阳光 束是平行人射的，假设太阳光束的入射角 为 i ， 则太阳光倾斜照射在平面上的光伏强 度为 ： I = I s i n i 。太阳辐射到达渠道衬砌 的总 辐射量为： G ,= G o ( I 。+ I 2 1 。梯形渠道结构较为 简单， 将其简化为平面进行二维研究， 由于 阴坡对太阳辐射具有遮挡 ，因此随着太阳 高度角 不断变化， 渠道表面的太阳能辐 射量也一直在变化g l 。 太阳辐射计算式为： 当 O 渠底冻胀量 阳坡 冻 胀量 。 4结语 渠道冻胀水平受太阳辐射影响较大 ， 通 常情况下 ：阴坡的渠道冻 胀量 渠底 冻胀量 阳坡冻胀量。目前， 对于渠道衬砌冻胀量受 太阳辐射影响的研究还不多见。以新疆阿克 苏干渠为例， 从太阳热辐射角度出发， 建立了 渠道表面太 阳能计算方法 ，分析了阴坡、 阳 坡 、 渠底太 阳能辐 射的差异 。 以太热辐射 计算 值为基础，利用反演方法得出了混凝土衬砌 渠道表面温度分布。 研究表明： 阴坡对太阳辐 射具有遮挡作用 ，该处的总辐射量仅为阳坡 的 1 3 ； 混凝土衬砌渠道表面温度分布与当地 环境温度变化基本一致；混凝土衬砌板具有 温度滞后性。陕西水利 参考文献 川 孙果辰， 王正 中， 李爽 ， 等 反 演梯形渠道砼衬 砌体表面温度的太阳辐射模 型 长 江科 学院 院报， 2 0 1 3 ，0 6 ： 9 0 9 4 2 】 闫长城， 王正中， 刘旭东， 等 季节性冻土区玻 璃钢 防渗 渠道 抗冻胀性能初探 人 民黄 河， 2 0 1 1 ，0 3 ： 1 4 0 -1 4 2 3 李鹏， 赵云， 中世吉 大安灌区工程渠道衬砌 型 式 的研 究U 1 水 利 规 划 与 设 计 ， 2 0 1 4 ， O 4 ： 9 2 -9 4 +9 8 【 4 J冉忠明 北方地 区渠道衬砌 工程抗 冻胀 设 计及建议 】 内蒙古水利， 2 0 1 4 ， 0 2 ： 1 5 1 1 5 2 5 】徐杰 新 疆地 区渠道衬 砌混疑土抗 冻胀设 计 陕西水利， 2 0 1 2 ， 0 2 ： 9 2 9 4 6 】 盛 岩， 王丰 严寒地 区渠道破 坏 类型分析 及 处理措 施研 究 水利 规 划与设 计 ，2 0 1 5 ， 0 7 ： 4 4 -4 6 7 】 王引田 汾河灌区渠道防渗衬砌结构的比 选【 7 J水利技术监督， 2 0 1 5 ， 0 4 ： 6 7 7 1 【 8 杨小航， 杨春旗 苯板在严寒地区渠道工程 中的选用U 1 水利技术监督， 2 0 1 5 ，0 4 ：8 3 8 5 ( 责任 编辑 ： 唐红 云 ) g l 一 j； 8 ， 嘉 m蓄