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河流冰情

2020-04-09 21:01

河水因热量收支变化而形成的结冰、封冻和解冻现象。

河流封冻

河中水流的紊动混合使河水上下一致均匀冷却,河冰的形成不同于静水中的结冰现象。一般情况下,当流速低于0.4m/s,水温在-0.01~-0.05°C时,河冰开始大量形成。当河水冷却大量失热,水中首先形成针状或薄片状透明的冰晶,冰晶大量聚积形成松散团块,称冰淞。在河岸处流速小,冰晶和冰淞彼此冻结形成薄而透明的冰层连结岸边,称初生岸冰。随着气温继续下降,初生岸冰厚度增大并加宽,形成固定的岸冰(参见彩图ⅩⅤ—9)。在形成岸冰的同时,低于零度的过冷却水一旦遇到适当条件即凝结成冰,其中附着于河底的称为底冰或锚冰,混杂在水流中的冰称为水内冰或深冰。底冰和水内冰发展到一定程度后上浮水面,形成大量冰块顺水流动,称为流冰。冰块多呈海绵状,在排泄不畅的束狭断面或弯道处,冰块受阻堆积,出现整片而固定的盖面冰层,当敞露水面面积小于观测河段总面积的20%时,称河流封冻。冰面平整的封冻称为平封,凌块受水流或风力作用而杂乱堆叠,冰面不平整,称为立封。河流全断面冻实称为连底冻,一般发生在较浅的河段上。河流封冻后仍有部分水面敞露,称为清沟。在清沟处,水面与冷空气接触,不断形成过冷却水,成为下游冰花的源地。冰盖厚度的增长主要发生在水下。如冰上有积雪,雪的导热性差,冰厚增长较慢。冰厚增长与负累积气温有良好的相关关系。

ⅩⅤ—9 岸冰

杨昕摄

河流解冻

当气温升高达0°C以上,冰面开始融化,冰质变脆弱。此时水位涨落而使冰盖出现裂缝或断裂,称为冰裂。河冰消融和断裂而出露的水面称为再生清沟。河流两岸增温较中泓快,沿岸冰层首先消融出现敞开水面,这种现象称为脱岸。在上游来水水温较高的情况下,冰盖的消融首先在冰盖的底部进行,使冰盖底面凹凸不平,此时冰面也因气温升高融化成蜂窝状。当气温进一步转暖时,脆弱的冰盖在流水、风的作用下,发生滑动、断裂并顺流而下,这种现象也称为流冰。当河段已无冰盖,敞露水面面积已超过河段水面总面积的20%时,或在较长河段内有上下贯通敞露水面,即标志着河流解冻,俗称开河。在流凌期河水上涨,称为凌汛,在某些地区的河流,也称桃汛。

冰塞和冰坝

冬季流凌封冻形成的冰凌堵塞现象称冰塞。冰塞多发生在:①流冰封冻过程中,在河流比降显著转折处,产生大量冰凌堆积堵塞。②封冻后上游来水量大,冰凌堆积在弯道处或坚硬的冰盖前缘,因而形成冰塞。③封冻后清沟内产生过冷却水,在下游狭窄陡弯处发生冰花堵塞。冰塞的形成要满足3个条件:①有一定数量的冰花。②河道输水能力较小。③有形成冰塞的河势条件。冰塞使上游水位抬高,容易形成凌害。

解冻开河时流冰在某些河段堆积,引起河道堵塞,形成冰坝。在北半球高、中纬度地区,自南向北流的河流容易产生冰坝。例如中国黄河下游山东河段,沿河解冻过程由上游河段向下游河段发展,凌峰沿河递增,迫使下游未解冻的冰盖破裂,形成大块流冰,遇到排泄不畅的河段,流冰受阻,在一定的流速和河道条件下,流冰冰块下滑冰盖堵塞,形成冰坝。冰坝迫使上游水位猛涨,不但造成淹没损失,而且往往毁堤决口。冰坝溃决后,形成沿河两岸冰凌大量堆积的情况称为武开河形势。当解冻时上游来水量小,水流动力作用弱,热力作用强,河冰主流消融沟通,分段开河,很少发生卡冰结坝的开河形势,称为文开河形势。合理利用上游水利工程调节水量,以及区间引流分洪,加固沿河两岸大堤,是防治冰坝危害的有效措施。

中国河流冰情的地理分布

中国河流冰情比较显著的地区是淮河以北,四川、云南以西广大地区。东北地区冰冻期较长,黑龙江、松花江流域通常在10月中下旬见冰,11月上中旬至翌年4月中下旬封冻,封冻期长达5~6个月,冰厚平均为1.5m左右。华北北部地区l 1月上中旬见冰,l2月上中旬至翌年3月上中旬封冻,结冰期3个多月,冰厚一般不足1m。西北地区情况比较复杂,甘肃、青海省的内陆河流大多间断性封冻,水内冰花、冰珠交混;新疆北部11月上旬见冰,11月下旬至翌年4月初封冻,冰冻期3~4个月,冰厚达1m。西藏北部高原、阿尔泰山和祁连山一般在10月上中旬见冰,11月上旬至翌年4月下旬封冻,结冰期长达6个月以上。淮河流域和雅鲁藏布江东部1月份可能封冻,但历时极短。

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