凌汛(Ice flood),俗称 跑冰排 ,是 冰凌 对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的水文现象 。冰凌有时可以聚集成 冰塞 或 冰坝 ,造成水位大幅度抬高,最终 漫滩 或 决堤 ,称为 凌洪 。
产生凌汛的自然条件取决于河流所处的地理位置及河道形态 ,河流自 低纬度 流向 高纬度 是凌汛产生的重要因素 ,根据凌汛的形成发展状况,分为“ 流凌期 ”“ 封冻期 ”“ 开河期 ” 。在冬季的封河期和春季的开河期都有可能发生凌汛。 中国 北方的 黄河 、 黑龙江省 、 松花江 ,易发生凌汛 。
中国30°N以北的河流冬季有不同程度的 冰凌 现象,对于水利、 航运 、交通、 水力发电 、供水、排水等都有不可避免的影响 。
定义
凌汛,俗称冰排,是 冰凌 对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的 水文现象 。
相关定义
冰凌 有时可以聚集成冰塞或冰坝,造成水位大幅度地抬高,最终漫滩或 决堤 ,称为凌洪 。
发现和命名
商朝 《 易经 · 坤卦 》中有“初六服霜坚冰至”的记载 。清 陈康祺 《 郎潜纪闻 》卷十:“ 黄河 水信……冬曰凌汛,十月曰 伏槽水 ,十一月十二月曰 蹙凌水 。” 东汉 《 礼记 · 仓月 》中“ 孟冬 之月水始冰, 仲冬 之月冰益壮, 季冬 之月冰方盛”都有记载冰情演变的过程 。凌汛,俗称冰排,英文名Ice flood 。
形成原因
热力因素
热力环境主要包括气温、水温、 太阳辐射 和风力等气象因子。 冰凌 形成的必要条件是水温在 冰点 (一般为0℃)以下,水分子间的 氢键 作用足以克服水流外力影响。水温很大程度受气温影响,因此,气温在热力环境中起着主导作用,也是热力条件的集中体现。在解冻期, 太阳辐射 通过 辐射能 融化冰体表面, 风力 通过 风化作用 使其由坚硬变为酥松,加快了解冻速度 。
在整个凌汛期,气温的 极值 、 平均值 、升降幅度及平稳程度和各气温状态持续时间均对冰情现象及凌灾的发展产生不同程度的影响。具体表现为 :
①最高(低)气温、平均气温及持续时间决定了河道内 流冰密度 、冰块体积及数量 。
②封、开河期间,气温的降温幅度和升温幅度,直接影响着封、开河速度,尤其在开河期,升温幅度越大,开河速度越快,容易形成“ 武开河 ” 。
③稳定封冻期,气温稳定程度决定着冰期的稳定程度,若气温出现忽高忽低现象,则极易形成 冰塞 。
动力因素
动力条件主要包括流量、流速、水位和 槽蓄水增量 。流量是水流动力的来源,流速的大小与流量有关,影响着 冰凌 输移的快慢、卡冰堵塞的速度和形式等。水位是决定是否会发生洪水蔓延的重要指标。槽蓄水增量是凌汛期上游来水量与向下游输出水量的差值,即 净蓄水量 ,在开河期集中释放形成较大动力 。封江前冬季降水量决定了封江时河槽蓄水量的大小,当封江时河槽蓄水量多时,河道封江水位高,河道冻结冰面加宽,为次年春季凌汛的发生提供了水流动力条件和足够的冰量。当开江期河道冰量充足时,大量的冰块铺满河槽不断地相互挤压堆积,为形成冰坝创造了条件。冬春时节流域的降水量也是形成冰坝的动力条件之一 。
河势因素
河势 条件是极易诱发凌灾的主要原因之一,包括河流走向、河势坡降、 断面几何特征 、 河相系数 和弯曲程度等因子。河流走向是影响上下游气温分布特征的主要因素,决定着上下游各河段封、 开河时序 。河势坡降、断面几何特征、河相系数和弯曲程度等指标,决定着河段过流能力和排冰能力的大小 。
河道曲折多弯,分岔系数较大,易引发 冰凌 卡塞形成 冰坝 ,河道边界条件阻塞流凌的演进。河道形态可由河道弯曲系数和河道突缩宽窄比两个参数表示。河道弯曲系数为河道实际长度与河道直线段长度之比,河道弯曲系数越大,该河道越蜿蜒曲折,河道形态对流凌的阻塞作用越大。流凌易堆积在河道弯曲处,阻塞河道过水断面,减小流速,使冰凌逐渐累积。河道突缩宽窄比为原河道断面宽度与缩窄后河道断面宽度的比值,河道突缩宽窄比越大,说明河道断面宽度变化越明显,河道形态对流凌的阻塞作用越大当流凌行至此河段时,过流断面突然收缩,输冰能力急剧下降,造成 冰凌 大量堆积,易形成冰坝 。
过程
根据凌汛的形成发展状况,分为“流凌期”“封冻期”“开河期” 。按洪水成因,冰凌洪水可分为冰塞洪水、冰坝洪水和融冰洪水三种:(1)冰塞洪水。河流封冻后,冰盖下冰花、碎冰大量堆积,堵塞部分过水断面,造成上游河段水位显著壅高。当冰塞融解时,蓄水下泄形成洪水过程。(2)冰坝洪水。冰坝一般发生在开河期,大量流冰在河道内受阻,冰块上爬下插,堆积成横跨断面的坝状冰体,严重堵塞过水断面,使坝的上游水位显著壅高,当冰坝突然破坏时,原来的蓄冰和槽蓄水量迅速下泄,形成凌峰向下游演进。(3)融冰洪水。封冻河流或河段主要因热力作用,使冰盖逐渐融解,河槽蓄水缓慢下泄而形成的洪水。
流凌期
黄河 下游 河道在冬季气温降至摄氏零度以下、水温到达零度,河水表面开始结冰,水内产生 冰叶日中花 。冰花随水流而下逐渐 凝结 成冰花团或冰块,俗称 淌凌 ,一般年份 流凌期 多在12月份 。
封冻期
在河道流凌期间,随着气温降低,流凌密度增大,冰凌逐渐聚积冻结,遂自下而上逐段封冻,为 黄河 “封冻期”,俗称“封河期”。黄河下游据观测资料统计,河道封冻最早在12月份,最晚在2月中旬 。
开河期
春初,气温升至摄氏零度以上,封河冰开始融化;气温继续升高, 冰盖 脱边、滑动,封冰解冻开河。据观测资料统计, 黄河 下游 解冻开河最早在1月上旬,最晚在3月中旬 。
分布
凌汛是地处较高 纬度 地区河流的特有水文现象,通常发生在冬季的封河期和春季的开河期 。 中国 的凌汛主要发生在北方的大河,如 黄河 、 黑龙江省 、 松花江 。
黄河
黄河凌汛期一般在每年11月到次年3月 。呈现封河时间偏晚、冰冻日数偏多、封河水位较高、开河时间较短等四大特点 。黄河河道自上而下近乎呈“几” 字形 ,在 宁夏回族自治区 至 内蒙古自治区 河段、 河南省 至 山东省 河段为低纬度流向高纬度,因而 黄河凌汛 多发生在宁夏、内蒙古和山东河段,主要是受气温、水温、流量与河道形态等几方面因素的综合影响而形成的 。
位置
黄河流域冬季受来自 西伯利亚季风 的影响,气候干燥寒冷,降雨稀少,流量较小。冬季最低气温在0℃以下,所以 黄河 上许多河段都要结冰封河。但在气温、流量及河道特征等因素的综合作用下,造成冰凌洪水灾害的主要有 黄河 上游 宁蒙河 段和 黄河下游 河段 。
这两段河道的共同特点是:河道比降小,流速缓慢,都是从低 纬度 流向高纬度,河道两端纬度宁蒙段相差5°,下游段相差3°多。冬季气温上暖下寒,结冰上薄下厚,封河时从下往上,开河时自上而下。在封河期,由于下端已开始封河,流速阻力加大,上端的冰水易在封河处壅水抬高,形成漫滩决口。在开河时,当上游先开河,而下游仍处于封冻状态,上游解冻的大量冰水沿程汇集拥向下游,越积越多,即形成 冰凌 洪峰,有时形成冰坝,造成堤防 决口 。
时间
黄河下游 凌汛期自12月1日起至次年的2月底。冰凌的发生、发展一般包括淌 凌期 、封河发展期、封河稳定期和开河期四个阶段(特殊年份除外) 。
频率
自古以来, 黄河 发生过许多次的凌汛灾害,自1620年到1949年,有记载的较大凌汛共发生过13次。在1949年以前,平均每两年就有一次损失较大的凌灾发生。1949年以后,黄河冰情开始有了更加详实的记载,1960年和1964年的冬季,气温骤然下降,黄河流域发生了两次规模较大的凌汛灾害 。
影响
凌汛壅水漫滩风险
冰塞冰坝降低了河槽过流能力,导致凌汛水位升高而淹没滩地,造成滩区居民受灾与农田经济损失 。
穿堤沟渠倒灌风险
黄河 凌汛水位壅高,使得两岸灌区穿堤排水沟渠,尤其是 无闸控沟渠 ,凌汛洪水倒流回灌,淹没灌区耕地,同时造成穿堤沟渠护坡护岸等工程冻胀破坏 。
凌洪漫溃堤风险
属于极端条件下发生的重大凌汛风险,冰塞冰坝壅水长时间偎堤淘刷,冰坝溃决或开河期凌洪流速与水位陡涨陡落等因素均可能加剧堤防漫溃决风险,从而造成重大凌灾损失 。
工程设施破坏风险
凌汛洪水影响下的 水闸 与 桥墩 等工程设施冻胀破坏风险、 堤防 渗透与边坡滑塌风险、丁坝与人字剁 沉降 风险等 。
黑龙江
黑龙江 凌汛多发生在黑龙江上游的 额尔古纳河 入口处至 呼玛河 入口处500千米的河道上,以 洛古河 , 连崟 最为频繁。一般发生在4月末至5月初 。 黑龙江 上游每年凌汛灾害极为严重, 冰排 面积大, 冰层 厚,春季 流冰 开始的2一3天内,大多为 密流冰 ,时常产生冰塞,并形成冰坝,冰塞常在与 俄罗斯 境内的支流 结雅河 汇合口处发生,冰坝有时高达2米以上 。
位置
黑龙江流域按 地表水 区划可分为8个 水系 分区,即 额尔古纳河 区、 石勒喀河 区、 结雅河 区、 布列亚河 区、 松花江 区、 乌苏里江 区、 阿姆贡河 区和黑龙江干流区。其中 额尔古纳河 、乌苏里江、 松花江 以及 黑龙江省 干流上游段在春季开江期易发生冰坝凌汛洪水 。
时间
黑龙江流域尤其N50°以北地区,冬季严寒。每年河流封冻期长达180天。10月上旬上游出现初冰,中游10月下旬始见初冰。初冰之后30天为封冻期,自上游始, 漠河 附近河段平均于11月上中旬封冻,封冻期上游为160~180天。至翌年4月中下旬,中游、上游先后解冻,每年出现一次 凌春汛 过程 。一般发生在是4月末至5月初 。
频率
根据黑龙江历年水文资料记载,自1949年 新中国成立 以来的70余年间,黑龙江干流发生冰坝的年份共有26年,平均2~3年发生一次,频率约为39.44%; 松花江 冰坝多发生在 佳木斯市 和 富锦江 段,冰坝发生频率为46%; 嫩江 上游发生冰坝频率为36%; 乌苏里江 在1951-1990年的40年间发生冰坝15次; 额尔古纳河 中下游河段在1951-1989年间的近40年中,冰坝发生频率为50%左右,部分水文测站冰坝发生率达89.7%。2000年后,松花江、乌苏里江基本不再发生 冰凌 洪水 。
在有记录的89年间, 黑龙江省 上游有27年发生了严重或较严重的冰坝,平均3.3年就发生1次,一般性冰坝或冰塞几乎年年发生。历史上较严重的冰坝发生在1956年、1958年、1960年、1971年、1973年、1985年、2000年,其中1985年黑龙江 大兴安岭地区 段有6个村屯发生了毁灭性的灾害 。
影响
冰塞形成的洪水危害
通常发生在封冻期,且多发生在急坡变缓和 水库 的回水末端,持续时间较长,逐步抬高水位,对工程设施及人类有较大的危害 。
冰坝引起的洪水危害
通常发生在解冻期。常发生在 江心岛 、 浅滩 、 河道岔流 及转弯处形成速度快。冰坝形成后,冰坝上游水位骤涨,堤防溃决, 洪水 泛滥成灾。1985年 大兴安岭 江段共形成11处严重冰坝,有7个乡镇受灾,其中有6个村屯是毁灭性的 。
冰压力引起的危害
冰压力 是冰直接作用于建筑物上的力,包括由于流冰的冲击而产生的 动压力 ,由于大面积冰层受风和水 剪力 的作用而传递到建筑物上的静压力及整个冰盖层膨胀产生的静压力。2000年在 呼玛县 呼玛镇 上游形成40多千米冰坝,对 水利工程 造成严重毁坏 。
河岸坍塌严重,国土流失加剧
据调查,792千米的 黑龙江省 大兴安岭段,有24处长达36千米的江岸,由于多年 冰凌 冲撞, 塌十分严重。 塔河县 开库康镇 有1处25米长的江段,每年以3米宽的速度扩展,每年流失国土量700立方米。估算每年 大兴安岭 段国土流失90多万立方米,损失面积达162亩 。
松花江
松花江 凌汛多发生在 依兰 、 佳木斯市 、 富锦市 ,一般出现时间一般在4月上、中旬 。由于松花江干流下游两岸地势平坦,城镇、居民和工矿企业较多,常造成较大灾害 。
位置
时间
松花江 凌汛出现时间一般在4月上、中旬, 哈尔滨站 最早出现在4月8日, 依兰站 最早也出现在4月8日,最晚出现在4月22日。 佳木斯站 最早出现在4月9日 。
频率
松花江 有历史记载以来的近100年中,发生过数十次冰坝,其中大型冰坝10次,特大型灾害性冰坝年份有1915、1923、1929、1960、1981年。中小河流普遍出现冰坝凌汛的有1957、1973、1988、1994年等。冰坝凌汛时,一般水位变幅为3~5米,大型和特大型冰坝时水位变幅为6~8米,依兰站1923年、1960年冰坝水位变幅超过10米。冰坝持续时间一般为1~2天,最长持续11天。多数年份冰坝发生在 依兰县 至 同江市 近300千米的河道上, 哈尔滨市 至 通河江 段也时有发生 。
影响
松花江 干流下游两岸地势平坦,城镇、居民和工矿企业较多,常造成较大灾害。例如1981年凌汛在 依兰 至 富锦市 365千米河段内出现16处冰坝,冰坝头部堆冰高6~13米,拥高水位3~5米,河水出槽,冰排上岸,给沿江城镇的工农业造成了严重损失。 佳木斯市 江南岸的 造船厂 被淹 。
主要特点
凌汛具有凌峰沿程增大、水位高、封冻后流速减小、槽蓄水量变幅大几个特点。
凌峰沿程增大
冬季河道封冻,拦蓄了一部分上游来水,增加了河槽的蓄水量,当上游先于下游解冻开河时,被拦蓄的水急剧释放出来,产生凌峰,向下传递,又迫使沿程封冻段解冻,使冰水汇集,凌峰沿程增大 。
水位高
由于 冰凌 对水流的阻力作用及水内冰和 冰盖 占去了部分过水面积,在同流量下, 水位 比无冰期高 。
封冻后流速减小
过水断面湿周增大、水力半径减小以及冰盖 底面 糙率的作用,增加了水流的阻力,与无冰期相比,同水位下断面最大流速值明显减小,且位置下移到水流的中央附近,冰盖底面愈粗糙,下移深度愈大 。 等流速线 在过水断面中形成闭合曲线 。
槽蓄水量变幅大
槽蓄水量 的变化可分为三个阶段,一是形成阶段,封冻开始到稳定封冻,槽蓄水量逐渐增加 。二是稳定阶段,稳封期冰盖下水流处于相对稳定状态,槽蓄量变化不大 。三是释放阶段,解冻期 冰盖 融化,槽蓄量释放并逐渐减少。槽蓄水量与凌洪的关系主要表现在解冻开河期,槽蓄水量迅速释放,形成凌洪 。
影响
孕灾环境
一般是指 冰凌 洪水发生地区的自然环境,包括气温变化、河道地形、水库调节及各种水工建筑物等多种因素。目前普遍认为,孕灾环境不仅包括诱发灾害的自然环境,还应包括人为因素造成的变化环境,孕灾环境的稳定性越弱则灾害的损失程度越高 。
气温变化
受全球 温室效应 的影响, 黄河 头道拐冬季气温明显呈现逐年上升趋势(除特殊寒冬年份之外),1998-2016年间封冻期累积负气温值增加了近50 摄氏度 。气候变暖致使 万家寨 上游河段封河位置逐渐向下游偏移,并且下游水工建筑物具有一定的阻冰作用,易使 冰叶日中花 、流冰等形成堆冰,继而演变成冰塞甚至冰坝,最终引发 冰凌 洪水 。
河道地形
以 黄河 为例,黄河在封开河期间,由于流量相对较小,冰凌流经弯道处易出现堆冰现象,从而使得流速愈加缓慢,堆冰规模不断增大,逐渐发展成为冰塞、冰坝。此外,泥沙凝积停滞于河床,导致河道比降下降,水库回水末端水位逐渐由深变浅,河道过流能力、输送冰水能力随之减弱,封河期及开河期 冰凌 聚集拥堵,形成:水塞、 沭埙 ,频现冰凌淇水,严重影响两岸正常生活及生产 。
水库调节
随着水库的建立,河流原有的生态系统也会随之发生改变,其功能与结构都会产生根本性的变化,自然 水环境 生态平衡 极易遭到破坏,对库区及库区上下游河段、甚至整个流域系统都会造成一定的影响。自黄河 万家寨水库 运行使用之后,万家寨库区附近河段天然河道的形态变化很大,库区水面比降缩小,回水末端水流速度减弱,输送冰水能力显著下降,上游而来的浮冰在库区壅积使这里成为首封位置,接着不断向上蔓延封冻,封冻长度增加,导致建库前不封冻河段成为如今的稳定封冻河段,且现在每年不封冻河段的水面面积大小也呈现出各年不同的状态。冰块相继拥塞聚积在库尾段,阻滞上游来水,使得槽蓄水增量加多,开河融冰期携带沿程大量 冰凌 ,在弯道或河宽较窄的地点易卡冰结坝,形成冰凌洪水 。
交通桥梁
桥梁与河道水流相互影响,冰凌这些桥梁与其所处河道共同形成人为孕灾环境,使部分河流河道变窄,导致水位不断向上升高,引发冰凌洪水灾害,对沿岸生活、生产造成损失;或冰凌与 桥墩 相互挤压拥塞,冰凌对桥墩具有极大的破坏力,若桥墩受损故障,不仅会致使交通受阻,人员受伤,更易诱发冰凌洪水,带去严重危害。同时由于冰凌下泄不畅,影响上游流量,使得头道拐断面流量值减小,容易引起头道拐站小流量历时延长现象 。
致灾因子
致灾因子 是指在孕灾环境中形成,且对灾害的产生有着直接或间接作用的各种 影响因子 ,致灾因子与孕灾环境相互影响,共同作用于承灾体,引发 冰凌 洪水灾害。一般来说孕灾环境为致灾因子提供了生成条件,同时致灾因子也在不断影响改变着孕灾环境。致灾因子的存在不一定会招致灾害,却是形成灾害系统所必不可少的子系统 。
槽蓄水量增加
在流凌和碎冰等因素作用下而引起水流滞留于 河槽 中的现象常现于封冻期,增加的那部分水量即为槽蓄水增量。通常随着春季气温回暖, 冰盖 消融,槽蓄水得到释放,随上游解冻开化的来水一起下泄,下游河道流量沿程急剧升高,形成开河凌峰,尤其遇到有冰塞、冰坝等致灾模式出现时,极易引发 冰凌 洪水灾害 。
流凌历时
流凌 是指封河期河流完全封冻之前冰体随水流一起流动及开河期河流解冻开化后碎冰顺流而下的现象。流凌的初日定义为河流上游河段每年封河期和开河期首次出现流凌的日期,流凌的终日定义为每年冬季的封河日期和春季的开河日期。根据统计资料可知,通常首凌日期愈早,开河结束愈迟的河段, 冰凌 洪水灾害的危险期就愈长,风险愈大。流凌期的长短只反映凌洪的可能发生期,而是否成灾还要看当时的具体情况 。
冰塞(坝)持续时长
冰塞、冰坝的形成是发生 冰凌 洪水的前提条件,也是导致封开河期间河流冰凌洪水致灾的主要因素。冰塞、冰坝持续时间越久,则越容易造成过水断面的堵塞及河道壅水,而上游不断来水,使得水位持续大幅上涨,最终导致水流携带大量冰凌冲上河岸,诱发冰凌洪水灾害。同时,冰塞、冰坝持续时间的长短也直接影响所形成冰凌洪水灾害的严重程度:冰塞、冰坝持续时间越久,冰凌洪水持续的时间就会随之延长,且淹没范围也不断扩大,不仅给对沿岸居民的生活造成严重损失,也为后续抢险救灾行动带去诸多不便。冰塞、冰坝等 冰凌 致灾模式不完全肯定会引发冰凌洪水,但冰凌洪水却一定伴随着堆冰、冰塞或冰坝的出现 。
冰塞(坝)规模
冰塞、冰坝规模越大,过水断面面积损失越多,则越影响上游水流与 冰叶日中花 下泄,致使水位壅高形成 冰凌 洪水;另外, 冰花 下泄不畅,易停滞堆积,使原有冰塞、冰坝的规模愈发 扩增 ,或在其它具备生长条件的环境中形成另一部分堆冰体甚至冰塞、冰坝。冰塞体逐渐扩大增长,则会引起上游水位无间上涨,当其规模发展到一定程度,便会造成 冰凌 洪水灾害。冰坝体的不断延长加宽,同样会使得上游水位增涨,冰凌随水流溢出河道,导致上游沿岸发生险情;随着冰坝增长到一定程度,在气温、流量等综合因素的影响下冰坝体再无法承受来自上游的压力,因此冰坝溃决,上游来水夹带碎冰一起下泄,易对沿岸 护岸 、 桥墩 等水工建筑物造成破坏,同时下游水位忽然升高,又会诱发下游河段出现 冰凌 洪水灾害 。
流量
流量是导致冰凌洪水发生以及影响冰凌洪水灾害 灾情 等级最重要的水力因素。一般封河初期水面形成完整薄层 冰盖 ,其河道流态随之由少阻畅流变为冰下过流,且部分流冰靠近冰盖发展,使冰盖不断增厚、延伸,同时受河道地形及温度等因素的影响,下游河段冰盖厚度大于上游河段。而下游河道由于冰盖与水下 冰叶日中花 的存在,使得湿周加大,水力半径减小,过水断面阻塞,糙率增加,水流速度减小,上游来水受阻,水位不断壅高,被河道所截流的这部分水流形成槽蓄水,随着上游持续来水,槽蓄水量明显增加,因此,初始封河期极易出现小流量过程,河道流量过小则输移冰水能力不足,易产生堵塞冰凌现象,上游形成的流 冰花 、薄冰层等陆续下泄,部分堵冰体便会形成冰塞,冰塞体继续加大规模,上游水位不断壅高,诱发冰塞洪水灾害。当河段慢慢进入稳封期, 冰盖 在其底部的水力作用下, 摩擦力 不断减小,冰下过流能力随之逐渐由低增高,流量增加。春季气温回暖,河冰融化,此前大幅增加的槽蓄水得到释放,凌峰流量急剧加大,沿程携带大量 冰凌 向下游传播,经过河宽较窄、急弯或下游尚未解冻的河段,便会引起堆冰壅塞、卡冰结坝,易诱发 冰坝洪水 。
防凌措施
中国防凌措施
防止江河、 湖泊 、 港口 以及 水工建筑物 受 冰凌 危害所采取的措施。主要有防、蓄、分、排四种 :
防:组织强大的防凌汛队伍,防守大堤,抗御凌洪,一旦发现险情,立即进行抢护,确保大堤安全 。
蓄:把上游来水蓄起来,使上游在解冻前来水小,河槽蓄水少,则不致于造成水位上升,鼓开 冰盖 ,产生灾害 。
分:利用沿 黄河 的 分洪 工程和 洪闸 ,分泄 凌水街道 ,减轻大堤的压力 。
排:在容易形成卡冰的狭窄河段,炸碎冰盖,打通溜道,使上游来冰顺利下排,在冰坝形成,且威胁堤防安全时,就及时用飞机、 大炮 和炸药等炸毁冰坝 。
世界防凌措施
世界各国在高寒地区的河流都有 冰凌 危害,但冰凌危害有不同的种类,需要采取不同的防治措施 。
1.冰凌冻结江河、湖泊、港口,影响 航运 交通,可采用 破冰船 破冰,或在港岸和船闸附近采用 空气筛 等防冻措施 。
2. 冰凌 冻结水力发电厂的 引水渠 ,或阻塞 拦污栅 ,影响发电出力,可设法抬高渠道中水位,促使形成 冰盖 ,防止水内冰产生的措施 。
3.冰凌冻结各种泄水建筑物的闸门,影响启闭运用,一般采用加热或其他防冻措施 。
4.冰凌撞击建筑物,如 桥墩 、闸墩、整治河道的 丁坝 等,多采用局部加固或破碎大块流冰等措施 。
5.冰盖膨胀时,会产生很大的膨胀力,增加建筑物的 荷载 ,应在设计建筑物时考虑,也可在建筑物临水面设置表底水流交换器防冻,或安放 圆浮筒 减少冰压力的传递等措施 。
重大事件
1993~1994年度封河期, 内蒙古自治区 河段三盛公闸下3~5千米处形成严重冰塞,水位迅速上涨, 巴彦高勒水文站 水位达1054.40米,超过千年一遇水位0.2米,12月7日晚堤防发生决口,淹没土地80平方千米,耕地6万亩,0.95万人受灾,直接经济损失4000万元 。
2007~2008年度,由于封河期封冻 冰盖 偏厚、封河长度长、槽蓄水增量偏大,开河期 三湖河口 水文断面水位数次刷新历史最高,3月20日凌晨内蒙古 杭锦旗独贵塔拉镇奎素段黄河大堤 发生的凌汛决口,受灾面积106平方千米,受灾群众10241人,直接经济损失达6.9亿元 。
2015年 库布其牧干渠 将凌水引入 沙漠 ,2016年至2018年凌汛期以来,累计分凌5218万立方米 。
学术研究
苏联 首次在 桥涵 结构设计规范中提出了河冰对桥梁墩台冰压力的计算公式,并于1959年颁布标准确定 内河 河流建筑的相关规定,在使用至今的1975年标准(SNIP-11-57-75)中较详细规定了 冰荷载 的作用原理及计算方法,对桥墩或桥台形状平面、尺寸关系水结成冰过程的温度变化、 冰盖 、冰体的计算强度等影响因素,确定了相应的计算系数,这使冰块撞击桥墩或桥台的作用力影响依据弹性屈服理论来进行计算形成了规范化及标准化,至今仍为世界诸多北方寒区国家的防冰、抗冰设计使用 。
20世纪90年代,中国 徐剑锋 首次系统梳理黄河 内蒙古 段凌汛灾害事件,提出加固堤防、整治河道、加强冰情预报、控制水库调度、运用破冰措施、新建 海勃湾水库 等防凌综合措施 。
严增才 (2008年)、 段文刚 (2016年)等通过对 南水北调中线工程 冰期输水进行原型观测,结合冰情总结了其形成发展规律,预测冰情灾害对输水工程的影响并提出相应预防和治理措施: 拦污栅 加热;利用总干渠沿线热力 发电机 厂抽吸冷水、排放热水;在交叉建筑物处增设排冰口门等 。
周瑞清 等结合万家寨引黄南干工程实测数据分析了冰情的形成与形态演变过程,通过计算冰期河道输水能力分析预测冰情并提出 冰凌 期输水对策:尽快形成 冰盖 ,掌握封冻时机;封冻前用 块石 修建临时堤埝,以提高水位,降低流速,促成水面封冻,避免产生冰塞;必要时采取束水归槽措施;鉴于冰情问题比较复杂,引黄南干通水后,冰期输水运行期间应加强观测,继续掌握冰情规律,积累冰期输水经验,对中国 冰凌 期输水提供了借鉴 。