随着我国经济的快速发展,生活及工业用水需求逐年递增,致使北方地区水资源缺乏的问题日益凸出。为缓解“水荒”,我国已经修建了引黄济青、引滦入津、引黄济津、京密引水渠等引水工程。南水北调工程完工以后,则将更加有力地解决北方缺水问题。然而,在北方冬季寒冷的气候下,这些人工输水渠道都面临着同样的问题,即流冰。流冰不畅会对输水渠道的安全运行造成严重隐患。如何采取适当措施保证输水渠道的冬季运行安全是值得关注的重大问题。本文从长距离人工输水的工程实际出发,首先论述了冰塞、冰坝这两种严重冰害的形成机理,并分类介绍了目前各寒区国家主要使用的流冰控制措施。然后围绕本文的研究重点——结构控冰方法,回顾总结了国内外对其研究现状。由于实际运用的控冰结构形式多种多样,不同结构形式的运用环境也各不相同,所以本文在第二章中,通过搜集研读国内外已有研究资料和最新研究成果,对现存控冰结构形式做出了综合评述。针对在大型人工输水渠道中进行流冰控制的工程背景,讨论了拦冰索的适用性和目前拦冰索研究运用过程中存在的问题。最后提出了拦冰索的可行改进途径。在第二章的基础上,提出了新型拦冰索结构形式,并在天津大学冰工程实验室中进行了物理模型实验,以考察新型拦冰索的拦冰效果。模型实验根据实际情况共设置了五种典型工况,并且在部分工况下设置不同流速,以考察水力条件对拦冰索拦冰效果的影响,为实际运行过程中的水力控制提供依据。第三章将对此实验作详细介绍。冰作为一种特殊介质,其在水中的运动、堆积机理一直是研究的难点。但是,鉴于物理模型实验高成本及长周期的缺陷,若要对拦冰索进行优化设计就必须对这一过程的数值模拟方法进行探究。本文在第四章中,利用商业CFD软件,对其中VOF模型在模拟拦冰索控制流冰运动过程中的适用性进行了讨论,并在此基础上对水力条件影响拦冰索拦冰效果的规律进行了数值模拟。