输水工程经过寒冷地区时，普遍存在着不同程度的河冰现象。河流封冻以后，将影响正常的发电和供水，缩短航期，增加水工建筑物荷载，影响河流泥沙的运动，尤其是冰塞、冰坝危害，会给国家和人民造成巨大的损失。加拿大、俄罗斯、美国、日本和北欧许多国家的河流和输水渠道都受到冰期输水问题的困扰。我国冰情较为严重的地区有：东北地区、新疆地区和黄河流域。南水北调中线工程纬度跨越范围大，由北亚热带湿润型气候区向暖温带半湿润气候区输水，必将面临更加严峻的冰期输水问题。针对大型输水工程，开展冰期输水相关研究十分必要。本文在总结前人研究经验和成果的基础上，以南水北调中线工程为研究对象，采用理论分析、模型试验和数值计算相结合的手段，在深入分析冰水力学的主要机理和过程的基础上，重点研究了输水工程冰期输水能力和冰害防治控制措施。主要成果包括：1、提出了静水、动水冰厚预测的辐射冰冻度日法，采用统一的公式描述冰厚生长、消融的全过程；综合渠道参数和冰的力学特性，提出维持输水渠道冰盖稳定性的水位变幅控制的新指标；南水北调中线工程在冰盖输水期水位允许变幅不超过20cm，日变幅不超过15cm。2、分析了冰盖增厚物理试验模型率，提出冰盖增厚物理模型试验宜按照重力相似准则进行设计；通过冻结模型冰模型试验，进一步揭示了大型输水渠道冰凌下潜机理和冰坝形成条件，提出了结冰期和融冰期冰凌下潜的判断准则。3、建立了考虑冰凌下潜和水力加厚、力学加厚冰盖形成过程的输水渠道冰期输水仿真模型。阐明了南水北调中线工程总干渠在结冰期、冰盖输水期和融冰期的输水能力，分析了加厚冰盖糙率和冰凌间渗流对输水能力的影响。4、研究了冰盖输水期渠道封冻长度比、冰盖糙率和闸门控制方式对输水渠道水力特性的影响；基于冰盖输水期冰盖稳定性的运行约束条件，提出了两点控制运行方法。5、以冻结模型冰为试验材料，以南水北调中线工程为原型，研究了输水工程冰期输水过程中：冰盖膨胀力、上拔力、平整冰和碎冰流撞击力的作用水平、影响因素和破坏形式。6、研制了双缆网式新型拦冰索，提升了输水渠道的拦冰效果；提出拦冰索拦冰效果的衡量指标及计算公式；分析了拦冰索锚固端拉力，提出了拦冰索布设的合理间距。