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河流冰情

河水因热量变化所产生的结冰、封冻和解冻现象。当河水温度降至0°C并略呈过冷却时,河水表面和水内迅即出现冰象,经过淌凌,达到全河封冻。春季当太阳辐射增强,气温高于0°C时,河冰迅速融化,经过淌凌,直至全河解冻,冰情终止。自古人们就取河冰消暑和储存食品,利用河冰作为渡桥,方便交通。河冰也给人类带来危害。河道封冻,航运中断;河道冰花含量增多,会堵塞水库引水口拦污栅;冰层的膨胀常导致建筑物和护坡的破坏;冰塞和冰坝常酿成严重水灾。

结冰过程

当气温下降到0°C以下,水面蒸发的水分子冻成冰晶,落回水面,水中出现凝结核,产生水面或水中冰晶。河流冻结过程包括薄冰、岸冰、水内冰的形成和流冰等过程。薄冰:河水温度冷却至 0°C时,水面形成冰晶。初成的冰晶体被释放的潜热融化,河水紊动使冻结放出的热量(结冰热)逸出河面,河水出现过冷却状态,水面又产生冰晶体。继续过冷却,至零下百分之几度时,较多的冰晶体聚集在一起,形成松散易碎的薄冰。岸冰:或称冰凇,河岸因岩土失热较快,岸边河水流速较低,冰晶体生成较早。初生岸冰呈薄而透明的冰层,固定在岸边,如河水冷却较快,厚度和宽度迅速增长。河中冰花因水流和风的作用,在岸边聚集,冻结成沿岸冰带,称冲积岸冰。水内冰:发生岸冰的同时,如流速降低,河水内存在低于零度的过冷却水,便在过冷却水的任何部位产生冰晶体,结成多孔而不透明的海绵状冰团,称为水内冰,或称深冰。在河底附着的称为底冰或锚冰。悬浮状态的冰屑,称为冰花。水内冰的数量由水面向河底递减。中国东北和西北的一些河流,由于坡陡流急,含沙少,冬季气温低,河水处于过冷却状态,只在河底砾石间流速最低,故最先结成底冰。底冰增大露出水面的称冰礁。流冰(又称流凌):水内冰的体积不断增大,浮至水面,与河面冰晶等顺流而下称流冰,或秋季淌凌。(见彩图)

松花江春季流凌嫩江秋季圆盘形流凌清沟封冻过程

河流封冻经历冰盖形成与冰盖增厚两个阶段。当流冰冰质较硬,呈圆盘状,而且宽度大于整个水面宽约70%时,在排泄不畅的狭窄段、陡弯和浅滩等处,凌块受阻,互相冻结,逆流而上,形成冰盖,出现封冻。封冻冰面较平整的称平封,若凌块受水流或风力作用呈倾斜叠置的称立封。封冻初期,有些仍敞露的自由水面称清沟(见图)。清沟与冷空气接触,不断产生过冷却水和冰晶体,成为下游冰花的来源。当封冻冰层下有足够数量的冰花时,河道被冰花和细碎冰阻塞,称冰塞。在一定条件下,可形成长距离的冰塞段,影响水流排泄,使上游水位上涨。冰盖主要是在冰下增厚,也可以从冰面增厚。冰厚增长一般与负累积气温值有较好的线性关系。在中、小河流上,冰盖增厚直至河底,称连底冻。

解冻过程

在气温回升至 0°C以后,河冰迅速融化。冰面如有极薄的一层尘土,会加速冰的融化。河岸土壤吸热较冰层多,沿岸冰层首先消融,出现自由水面,称脱岸。如果上游来水温度较高,会加速冰盖下部融化,由于水流或大风作用,产生冰层滑动,甚至断裂。碎冰顺流而下称春季淌凌。河流解冻期间,如气温升高很快,或上游来水突然增加,可使河冰突然破裂,迅速解冻,此称武开河解冻形势。如上游适时运用水工建筑物,控制下泄流量,分段解冻,冰凌畅流而下,此称文开河解冻形势。流冰有时在河段堆积卡塞,形成冰坝。冰坝多发生在自南向北的河段上,如黄河山东、内蒙河段,松花江依兰河段等。冰坝形成后,上游水位猛烈抬升,极易造成淹没。冰坝溃决时,河水迅速下泄,流冰多而密集,对沿河水工建筑物的威胁很大。(见彩图)

松花江下游依兰河段冰坝冰情预报

包括流凌日期、封冻日期、冰厚、冰盖承载能力、解冻形势、解冻日期、解冻最高水位、最大流量及出现日期、水库调蓄后冰情预报等项。预报方法有热力因素指标法、水力因素指标法、上下游冰情相关法、热量平衡法等。