冰壩與冰塞

廖厚初，肖迪芳，欒 建，王立權(quán)

（1.黑龍江省哈爾濱水文局，黑龍江 哈爾濱 150010；2.黑龍江省黑河水文局，黑龍江 黑河 164300；3.黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002；4.黑龍江省龍頭橋水庫管理處，黑龍江 雙鴨山 154600）

目前國內(nèi)外對冰壩的研究多采用冰塞的理論和方法，而冰壩和冰塞是兩種不同的概念。冰壩是由大量流冰塊下潛、堆積、擠壓、堵塞河道，形成巨大的冰堆積體，致使河道的過流能力減?。ɑ驇缀醯扔诹悖┒纬傻?。冰壩形成后，水位急劇上升，最終形成冰壩凌汛大洪水。冰塞是由冰花和大量小碎冰堆積河道，它使過水斷面束窄，從而使冰塞河段及其上游的水位壅高。冰塞既可向上游發(fā)展，也能向下游緩慢推移，冰塞形成后，河道的過流能力不大，持續(xù)時間較長。因此，從形成原理和組成要素上來看，冰壩和冰塞是不一樣的，是兩種性質(zhì)。

1 成因分析

1.1 冰壩的成因

冰壩的形成是極其復雜的，涉及的主要因素有熱力因素和動力因素，還有河道地形條件。熱力因素包括：氣溫、輻射、風力等；動力因素包括：水量（封江水位）、冰量、冬春季降水量、開江期降雨量等。

水文氣象因素也稱為可變因素，反映在熱力和水力兩方面。熱力和水力兩種因素互相依存，互為轉(zhuǎn)換。如上游的熱力因素（氣溫）大于下游，積雪和河水融化，匯入下游后，便成為水力因素。在微觀上，熱力因素大于水力因素時，河冰就地融化，成為“文”開江，不易形成冰壩。而當水力作用大于熱力作用時，則促成“武”開江，易形成冰壩。在宏觀而上，上下游水、熱因素的差異，易于促成冰壩的形成，尤其開江期上下游熱力差異愈大，愈加容易促成倒開江和冰壩凌汛。

1.2 冰塞的成因

冰塞的形成較冰壩要容易得多，冰塞有兩種，一種是在流凌期形成的冰塞，另一種是在開江期形成的冰塞。前者是因冰花在冰蓋下堆積，冰緣移動受阻而水坡面被抬高的河段，以及在有島嶼、礫石等束窄河道形成冰橋的地方，容易形成；后者是因大量碎冰在冰蓋下聚集，且易在淺灘、彎道、束窄段形成的。主要影響因素除了河道形態(tài)，還有熱力和動力等因素，而這些因素中只要有一個達到了，就極易形成冰塞。我國的黃河河套形勢復雜，島嶼、淺灘多，上下游氣溫變化幅度較大，在流凌期間很容易形成冰花和碎冰，這就給形成冰塞提供了冰量，再加上動力因素的影響，就很容易形成冰塞。例如黃河河曲段幾乎每年都出現(xiàn)冰塞，但是1982年發(fā)生的冰塞是歷史上最嚴重的一次，造成那次冰塞的原因是多方面的。河曲段位于北緯39°～40°，海拔高程800 m以上，冬季氣溫寒冷，負氣溫持續(xù)時間長，是導致該河段封凍的熱力條件。隨著流量逐漸增加，流速增大，給水內(nèi)冰下潛及在冰蓋下形成冰塞提供了有利的條件。同時該河段彎道多，曲率大也是冰塞形成的主要因素。加之龍口以上河段每年均有80 km左右不封凍的明流峽谷河段，提供了大量冰花，導致河曲段年年出現(xiàn)冰塞。而黑龍江屬于高緯度河流，封凍時，降溫急劇，封凍迅速而穩(wěn)定，不存在大面積、長時間清溝或不封凍河段，不會有大量的冰花源，這樣就無明顯冰塞形成。

2 凌汛特點

2.1 冰壩凌汛洪水的特點

凌洪波及范圍大、規(guī)模大、數(shù)量多、水位上漲迅速、持續(xù)時間長、峰高量大、災害嚴重。如1960年冰壩凌汛大洪水，洛古河站水位從4月20日開始上漲，4月25日由于大量冰排卡塞形成冰壩，水位急劇上漲，至4月26日水位由1.50 m上漲到9.24 m，水位變幅達7.74 m。26日冰壩自然潰決，以7～8 m的水頭向下游迅猛推進。相距60 km的漠河站4月25日開江，該站起漲水位90.24 m,4月27日4時達到洪峰水位97.21 m，洪水最大水頭為6.97 m。干流凌峰自漠河向下游演進，于4月28日到達連崟。在凌洪向下游演進的同時，匯集了各支流徑流，干支流冰塊同時向凌峰聚集，致使水位迅速上漲，形成冰壩。連崟站水位由1 m猛漲至13.56 m，水位變幅達12.56 m。 4月26日，干流凌峰接納了額木爾河等支流的水量演進到額木爾古城島至南蓋一帶，在上下40余公里的河段卡塞形成冰壩。冰壩尾部區(qū)連崟站水位上漲至13.56 m。該處冰壩從4月27日起至5月10日，持續(xù)時間長達14 d之久。凌峰越過馬倫、開庫康、依西肯、三合站等地，至4月9日到達呼瑪，呼瑪站水位由4月18日的93.12 m，上漲至5月1日20時的100.07 m，水位上漲幅度為6.95 m。5月2日20時，凌峰演進到黑河江段，黑河站最高水位達95.72m。5月3日，在孫吳縣霍爾漠津形成最后一處冰壩，水位上漲5 m以上，24 h后潰決。1960年黑龍江上游主要站冰塞和冰壩對比圖見圖1。

2.2 冰塞凌汛的特點

冰塞形成的凌汛具有洪峰小、量小、范圍小、持續(xù)時間長等特點。例如黃河上游段、松花江下游的依蘭段幾乎每年都發(fā)生冰塞。

圖1 依蘭站冰壩和冰塞對比圖

3 研究方法

研究冰壩、冰塞的目的是為了預報、控制和防治冰塞災害。冰壩、冰塞的過程一般分為形成、演變、穩(wěn)定及消減4個階段。國外的一些研究多圍繞著這4個階段進行。美國、瑞典、加拿大及前蘇聯(lián)、芬蘭等北緯寒帶地區(qū)國家對冰壩的研究多從冰塞理論分析入手，建立冰水運動的連續(xù)方程、非均勻流和冰塞下水流的動量及能量方程，冰塞厚度和冰塞的動力及靜力平衡關(guān)系，水深、流速與冰底、床面切應力關(guān)系，尋找座位浮冰尺寸、冰塞厚度和冰塞抗壓和抗剪強度的內(nèi)在聯(lián)系。冰壩的形成是極其復雜的，國內(nèi)外對冰壩的研究多采用冰塞的理論，這種方法是有點牽強的。

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