引汉济渭工程是一项大型跨流域调水工程,南干线是引汉济渭输配水工程的重要组成部分,采用无压隧洞输水,其渠线长,沿程分水口多,供水区域范围大,全程自流输水而且没有在线调节水库,水流传播与响应过程较为复杂,带来一系列长距离输水非恒定流问题。南干线隧洞非恒定流特性与输水过程稳定性及其运行控制优化是确保渠道安全稳定输水必须要研究的关键问题。本文通过对南干线沿程分水口闸门等内边界条件进行概化处理,将其与圣维南方程耦合,运用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式对方程进行离散,并引入Preissmann窄缝法处理南干线输水隧洞中可能出现的明满流过渡过程,建立了明渠流和有压管流统一的一维非恒定流水动力数值模型,并利用试验资料对模型的可靠性、准确性进行了验证,实现了对南干线输水隧洞因边界条件变化引起的各种非恒定流过程的模拟。利用所建立的数值计算模型,对南干线黄午隧洞段的非恒定流特性及输水过程运行控制优化等关键问题进行了研究。通过模拟计算,首先分析了正常运行条件下的南干线黄午隧洞段的非恒定流输水响应现象和特征,给出了隧洞充水时非恒定流前锋到达各关键位置所需时间、输水达到稳定状态的时间,以及流速、水深、水位的时空变化特征等南干线正常输水运行控制所关注的非恒定流特性;其次,通过对4种非常情景工况下29种应急运行控制方案时南干线黄午隧洞段的非恒定流过程数值模拟结果进行分析,阐明了不同应急运行控制方案的优缺点,并针对不同非常情景工况提出了相对合理的运行控制方案。本文研究成果可为工程的运行控制和管理提供参考依据。