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随着季节冻土区管道输水工程的日益增多，因埋深过大而造成的浪费愈加严重。出于降低工程造价的需要，需要从理论上探讨季节冻土区浅埋管道的可行性，并给出具体可行的优化措施。
本文以传热学理论为基础，在输水管道三维温度场的有限元模拟中首次引入了仿三维求解方法，并基于该方法系统研究了地表温度、表土水分、管道埋深、管道直径、管内流速、入口水温对埋地管道沿线水温的影响;在对影响因素之间的联系及其影响管道输水距离的方式和强度进行分析的基础上，探讨了采用冻深代替地表温度和表土含水量、管道流量代替管径和流速以及数值模拟方法用来优化管道埋设参数的可行性，建立了管道参数优化的解析方法并论证了其应用效果，最后给出了基于经济流速的管道设计优化参数。通过上述研究，本文得到了如下主要结论:
(1)针对季节冻土区埋地管道输水的特点，优化了输水管道仿三维计算中的换热过程和换热参数。出于保守和防冻管的考虑，忽略了流水和管壁之间的热阻，直接采用水温作为管壁温度;在计算水温变化的过程中，采用焓值来解决水的相变热过大导致冻融界面和水温计算不准的难题。
(2)管道内水温与输送距离均具有良好的线性反相关关系，就单一因素而言，管道的最远输送距离与表土含水量、地表年平均温度、管道埋深深度、管径、流速、入口水温具有正相关关系。
(3)在最大季节冻结深度一定的条件下，管道的水温、降温速率及输水距离仅与其埋设深度有关，而与地表温度和水分条件的组合差异没有密切关系。在流量一定的情况下，管道的最远输送距离随流速的增加而增加，随管径的增大而减小。基于季节冻深和流量的优化分析表明，不宜采用有限单元方法进行管道防冻优化计算。
(4)建立了管道最远输送距离与流速、管径、管道埋深、最大季节冻深以及入口水温的关系表达式L=V·D1.37·[hb/（hf-hb）]0.364·(97.5lnt0+121.7)，对该解析式的验证结果表明，上述方法和有限单元方法的计算结果吻合较好，可以采用此解析方法来进行输水管道设计参数的优化。
(5)根据农牧区的输水管网经济流速、经济管径、常用机井的最低水温，给出了典型冻深条件下典型管道埋深所对应的管道最远输送距离以及安全系数1.5条件下的建议输送距离。