2013—2014年凌汛期黄河头道拐断面冰塞演变及河床冲淤特性

采用ADCP技术,对黄河头道拐河段封冻期的冰下流速和地形变化进行监测试验,获取了断面冰下冰花、流速分布和地形变化的有效数据,并对河床断面变化和冰塞对冲淤的影响进行分析。原型观测表明,头道拐断面河床冲淤变化受冰塞的影响很大,冰花聚集位置受冰下流场影响;冰花聚集与河床冲淤呈相关关系,与流速分布和发展趋势一致;冰花聚集处压缩了过流面积,断面流速减小,河床发生淤积,主河道冰花聚集相对较少或没有冰花,河道底部流速较大,河床发生冲刷。     

2013—2014年凌汛期黄河头道拐断面冰塞演变及河床冲淤特性

采用ADCP技术,对黄河头道拐河段封冻期的冰下流速和地形变化进行监测试验,获取了断面冰下冰花、流速分布和地形变化的有效数据,并对河床断面变化和冰塞对冲淤的影响进行分析。原型观测表明,头道拐断面河床冲淤变化受冰塞的影响很大,冰花聚集位置受冰下流场影响;冰花聚集与河床冲淤呈相关关系,与流速分布和发展趋势一致;冰花聚集处压缩了过流面积,断面流速减小,河床发生淤积,主河道冰花聚集相对较少或没有冰花,河道底部流速较大,河床发生冲刷。     

江河冰塞糙率的分析研究

本文对江河冰塞糙率的主要研究成果进行了分析,指出了目前江河冰塞糙率研究成果的共同缺点是没有把冰塞糙率与水流强度及水流的含冰率联系起来,而认为冰塞糙率是冰厚或时间的函数。根据黄河河曲段6年的冰塞实测资料,建立了冰塞糙率与河床糙率的比值和水流佛汝德数的关系。据此,对实验室模拟冰塞糙率进行了分析研究,建立了模拟冰塞糙率与河床糙率的比值和水流佛汝德数及水流含冰率等关系式。文中还对一些问题进行了讨论,认为冰塞下水内冰花的堆积运动应与泥沙在河床上的运动相似。     

河道冰塞的模拟

研究了河道冰塞的模拟，根据冰塞形成发展的机理，提出了描述冰塞形成的发展方程，包括：（1）非恒定流基本方程；（2）水流的热扩散方程；（3）冰花的扩散方程；（4）水面浮冰的输运方程；（50冰盖和冰块厚度的发展议程（6）冰塞下冰花含量和冰塞厚度的计算；（7）冰盖的形成发展方程等。为了检验数学模型，利用实测资料，模拟了在1963－1964年冬季松花江流域白山河段冰塞的形成发展过程     

黄河什四份子弯道冰期水流及冰塞特征研究

覆冰条件下,弯道水流固有的三维特性更为复杂,对河流弯道冰下水流特征及冰塞的研究有助于推进防凌减灾工作。依据2020年1月稳封期的原型观测数据,对黄河什四份子弯道冰下水流及冰塞特征进行了详细分析。结果表明,弯顶节点工程引起的回流是阻冰的重要条件,上游下潜的冰花因水动力不足及河势等因素影响发生堆积,冰塞在弯内形成并沿凹岸主槽逐渐向上游发展,同时,弯顶卡冰封河与下游较大的水流流速,促进了清沟的形成;入弯至弯顶区间,冰下水流流速垂线分布基本服从双对数分布规律;受凹岸冰塞及回流影响,纵向上,水流流速呈减小趋势,在弯顶附近开始恢复;径向上,河道主流被冰塞压迫并逐渐趋于凸岸,致使弯道主流易位,凸岸水流流速大于凹岸,清沟向凸岸偏移;弯道水流湍动能与雷诺应力主要在近底处存在较大的变幅,表明近底水流运动活跃,且二者大小与流速大小在径向与纵向分布上具有较好的一致性,受冰盖影响,水流湍动能沿水深近似呈"S"形分布,雷诺应力分布无明显规律。     

河冰水力学研究进展

北方地区的河流冬季会形成冰盖，继而可能导致冰冻期或开河期的冰塞，冰塞是最严重的河冰问题之一，冰盖和冰塞的堆积导致水流阻力增加，使上游水位上涨并可产生凌洪，也会形成冰期的河床演变．由于问题的重要性，国内外相关领域的专家都很关注，对目前国内外河冰水力学研究的现状进行了综述和分析，内容主要涉及原型观测、试验研究和数学模型及计算机模拟等方面，提出了今后研究的方向。     

黄河什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程分析

什四份子弯道因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段易发生冰塞断面。通过对2014—2015年冬季该段野外冰情监测及水文、气象资料分析,结合Landsat8遥感影像数据解译,研究了什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程。结果表明,野外观测结合遥感影像解译能够准确地反映河冰的时空特性。该河段弯道凹岸处冲积岸冰及凸岸静态岸冰的生长,极大地束窄了河面宽度,降低了水流的输冰能力,而使其成为初始卡冰位置;冰盖至此向上游发展,弯道下游因来冰量减少和上下游水力坡度增大而形成清沟;受弯道径向水流方向改变及弯道螺旋流的影响,导致冰花在冰盖下主槽与滩地的交界处堆积;稳封期受气温升降变化使得冰盖表面冻融交替,冲积冰反射率增大,后期解译的遥感影像中平滑岸冰面积较初始封河期增加。     

弯槽段冰塞形成临界条件的试验研究

冬季北方河流经常出现冰塞现象,而弯道处易于卡封是普遍认识,但对其形成机理的认识尚有待探索。借助于实验室的试验水槽,通过改变水流条件和冰流量条件,研究了S型弯槽和直槽冰塞形成条件,并进行对比分析,试验表明:弯槽段冰塞形成的临界Fr值大于直槽临界Fr值,即在相同水深的条件下,更大的流速时弯槽段也能形成冰塞;弯槽段能形成冰塞的Fr值范围大于直槽,故弯槽段更易形成冰塞;平衡冰塞厚度大致随着初始流速的增大而减小,随着初始水深的增大而增大,随着冰流量的增加而增加。     

冰塞厚度分布计算模型的探讨

(一)研究概述 冰塞是重要的江河冰清现象之一,早已引起寒带国家的重视。以往不少学者对冰塞的形成,提出过一些理论和原型观测结果;近年米,人们已用计算机来模拟江河冰情。1981年Petryk、Michel和Drouin,1984年Calkins等先后提出了一维分段恒定流模型;1984年沈洪道和Yapa提出过一维非恒定流模型;1986年沈洪道和何庆丰又提出了一个冰塞形成的二维模型。至今,人们对破碎冰盖形成的冰塞研究较多,而对水内冰在冰盖下积聚而成的冰塞研究仍较少,本文在     

Karl-Erich Lindenschmidt：洪水危险与风险评估、制图及防治措施

正Lindenschmidt副教授以加拿大温尼伯市(Winnipeg)的冰塞为例,介绍了加拿大河流冰塞通常形成的过程——上游的碎冰在下游完整的冰层前缘处堆积,阻挡水流,形成冰塞。不断堆积的碎冰导致冰塞逐渐增厚,同时碎冰的粗糙表面也增加了冰塞对水体的摩擦力,导致冰塞体上游的水位逐渐壅高。值得注意的是,当其他因素均保持不变时,即使冰塞底部仅仅向下游移动一小段距离,都会导致上游回水和冰塞形状发生变化,因此对冰塞的预测很难进行,可能需要采用随机法或蒙特卡洛(Monte-Carlo)算法。     

初始冰塞厚度与水流条件及冰流量关系的试验研究

初始冰塞厚度是冰塞研究的基础，对冰塞的后期增厚及平衡冰塞的形成与发展均有重要的影响。本文通过水槽试验，对初始冰塞厚度的形成及变化机理进行了试验研究，揭示了初始冰塞厚度与水流条件和冰流量等因素间的相互关系。试验表明：在室内水槽中定性研究冰塞的形成与发展机理等变化规律时，使用石蜡模型冰材料是可行的。     

初始冰塞厚度与水流条件及冰流量关系的试验研究

初始冰塞厚度是冰塞研究的基础，对冰塞的后期增厚及平衡冰塞的形成与发展均有重要的影响。本文通过水槽试验，对初始冰塞厚度的形成及变化机理进行了试验研究，揭示了初始冰塞厚度与水流条件和冰流量等因素间的相互关系。试验表明:在室内水槽中定性研究冰塞的形成与发展机理等变化规律时，使用石蜡模型冰材料是可行的     

水内冰的试验研究报告

水内冰的存在,直接影响到沿河水工建筑物的使用和维护;并给水文测验工作造成一些困难。如引水管口及发电站的进水栅栏受引水内冰的堵塞,定以使发电及给水工作陷于停顿,造成严重损失。水内冰的上浮产生大量冰花,当其流径封冻冰层之下,由于受阻而积聚,造成局部冰塞或严重冰塞,使水位流量关系发生不正常现象,并因障碍流速仪的沉放造成一些困难,也影响到测验的精度。此外,水内冰——河底     

南水北调中线京石段冬季调度策略

冰塞是南水北调中线工程冬季输水面临的主要冰害。冰塞的形成及发展与水力、热力、冰冻等多方面因素有关。因此,分析冰塞在不同因素下的变化特征,研究如何通过改变水位、流速等控制方式降低冰塞灾害发生的概率,对于保障中线工程冰期输水的供水安全至关重要。以中线工程中冰害风险较大的坟庄河节制闸 南拒马河节制闸渠段为研究对象,首先基于水动力学、热力学以及冰水力学等理论,构建冰情演变模型,并进行率定与验证;然后依据冰塞的形成条件以及影响因素,设置不同水深、流速与气温的组合情景并模拟冰情变化;之后基于水深、流速与水温变化对冰塞特征影响的定量分析,确定流速的控制指标以及气温的预警指标,提出渠段冬季输水的安全调度方式;最后采用冰塞最容易发生的水深、流速以及气温的组合情景对调度方式进行验证。验证结果表明,该调度方式能够显著降低冰塞发生概率,有效保障了冰期输水安全,能够为实际调度提供一定的参考。     

不同流量条件下引水渠道抽水融冰冰花演变规律研究

在高寒地区引水,因气温低容易导致渠道冰封,对渠道输水造成较大影响。为了防止渠道发生冰塞现象,通过抽水融冰试验,对不同流量下引水渠道抽水融冰冰花演变规律进行研究。结果表明：(1)随着距进水口距离的增大,产生的冰花密度随着注入井水流量的减小而增大,井水流量越小,渠道沿程产生的冰花密度越大;(2)随着距进水口距离的增大,产生冰花的速度随着渠道内水流流量的增大而减小,渠道内水流流量越大,产生冰花的密度越小;(3)当水渠内流量越大,渠道产生冰花的距离距进水口越远。研究结果可为高寒地区引水渠道工程提供参考。     

河流冰塞的形成与壅水计算

我国北方河流,冬季普遍存在着冰情现象,依据成因不同,将河流冰盖分为热力冰盖和动力冰盖2种.河流冰情分为3种类型,第一种形成热力冰盖,第二种形成动力冰盖,即冰塞,第三种流冰花但不封河.冰塞可分为头部段、稳定段和尾部段3部分,其中冰塞稳定段的水流状态近似于管流,基于管流理论,依据黄河万家寨水库实测冰塞资料时形成冰塞稳定段的各种水力要素进行相关分析,推导出水库冰塞的计算方法.从验证计算和合理性检验两方面看,该方法的计算结果比较合理,可用于计算水库冰塞.     

黄河巴彦高勒河段冰塞机理研究

巴彦高勒河段位于黄河内蒙古河段上段，封河时容易形成冰塞，特别是自1986年以来，巴彦高勒河段几乎连年冬季形成严重冰塞，灾害损失惨重.本文详细分析了1986年前后巴彦高勒河段水力条件、热力条件和河道边界条件三方面的变化，从而研究冰塞的形成原因及条件，利用冰水力学理论研究巴彦高勒冰塞的形成机理。     

双桥墩条件下冰塞发展临界条件试验初步研究

河流中的桥墩改变了附近原有的水流特征,冬季可能对其附近冰塞的形成和演变产生影响。基于水槽模型试验,通过改变墩心距、墩径、墩形、冰水流量比和水流弗劳德数,分析了双桥墩条件下冰塞发展通过桥墩的临界条件。试验表明：冰塞能否发展通过桥墩所在断面存在临界弗劳德数,其值受墩心距、墩径、墩形和冰水流量比等因素控制,随着墩心距的减小或冰水流量比、墩径的增大,冰塞发展通过桥墩所在断面难度增大,方形墩相较于圆柱形墩难度增大;试验范围内,随着墩心距的减小,桥墩所处河道断面输冰能力增强,初始冰塞厚度增加,但冰塞平衡厚度减小。     

2019—2020年度黄河头道拐断面冰厚增长影响因素分析

为了解黄河干流同一断面冰厚增长差异及其产生原因,依据2019—2020年度冬季对头道拐断面封冻期原型观测数据,分析冰厚增长方式以及负积温、流速、冰花等对冰厚增长的影响。结果表明:头道拐断面冰层上层由冰花冻结形成;距左岸400～500 m为非主流区且区间内测点的冰生长方式为热力学生长,主要形成柱状冰;距左岸500～740 m为主流区且区间内测点的冰生长方式以冰花堆积冻结为主,测点之间的冰厚差异大。随着冰厚的不断增长,冰厚单位度日增长量逐渐减小;冰层底部有冰花堆积的冰厚单位度日增长量大于无冰花堆积的情况;当冰厚增长到一定厚度时,有冰花和无冰花的冰厚单位度日增长量趋于一致。负积温是冰厚增长的主要影响因素,流速对冰厚增长有抑制作用,冰层底部存在冰花对冰厚增长有促进作用。     

北方河渠的封河预报

当气温降至0℃以下时，水温下降且达到凝固点，渠道缓流渠段上的任何部分遇到水流中挟带的固体微粒时，都会形成海绵状和饭团状的不透明冰晶体，大量的冰晶体相互粘结、悬浮形成冰花，同时岸边形成初生薄岸冰，冰在水流作用下破碎与冰花一起输移，渠道则开始流凌。流凌密度起初稀疏，