北方河流冰期水流阻力分析

本文通过由流速分布推求冰期河道冰盖糙率系数,提出了由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法,同时考虑冰盖影响区与河床的流速分布,确定最大流速位置,阐述了冰盖对水流的阻力是研究河道冰情演变及其运动规律的依据.并对河道冰期形成冰盖,其阻力使河道水位升高、过流能力降低、水位流量关系改变.流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了分析.为北方地区基层测站的冰期测验工作提供参考.     

冰期输水研究进展

高纬度寒冷地区的河流在冬季结冰是一种普遍现象。冰块堆积，堵塞和聚集形成的冰坝、冰盖和冰塞会导敛河道阻力增加，致使卜游水位上涨，并可能造成冰期洪水，建筑物破坏，航运不畅等危害。研究河冰形成和演变规律，寻求相出的解决办法保证冰期安全输水成为许多国家关心的重要问题。国内外一些学者通过原型观测，试验和数值模拟的方法对水内冰，岸冰，底冰，冰盖和冰塞的生成和演变，封冻河道的阻力、过流能力和水位变化等有关问题进行『，研究。前苏联，加拿大，北欧等国家和地区结合河冰研究的成果，在引水工程中采取各种有效措施，达到了冬季安全引水的目的，积累了许多有价值的经验。由于河冰问题的复杂性，已有的理论成果和工程经验还很不完善．需要进一步的研究。本文对上述河冰问题的研究成果以及冰期输水的一些工程经验作简单介绍。     

南水北调中线干渠冰期输水能力研究

冰盖的形成使得渠道的湿周增加,水力半径减小,输水阻力加大,致使渠道过流能力减小,影响渠道的冬季输水。渠道冰期的输水能力无论对工程设计,还是运行管理都是十分重要的。文章分析了结冰期冰盖的安全推进模式和稳定封冻期渠道水位壅高的影响,提出了确定渠道在结冰期和稳定封冻期的输水能力的控制指标,在此基础上,对南水北调中线黄河以北渠段结冰期以及完全封冻后的输水能力进行了研究,确定了南水北调中线黄河以北干渠的冬季输水能力,研究成果对于南水北调中线干渠的冬季管理和运行具有一定的参考价值。     

冰盖下水流流动的掺混特性

本文采用κ-ε紊流模型建立了冰盖流及物质输移的垂向二维数值模型，对封冻河道水流的垂向掺混特性及水中冰在冰盖下的输移规律进行了研究。研究结果表明，冰盖下水流纵向流速在流动核心部分较为均匀，并不遵循对数分布规律；沿水深水流紊动粘性系数并没有出现为零现象，并当上下边壁粗糙相近时，在水深中部达到最大：位于不同水深位置的水中冰进入封冻河道时，在冰盖下有不同的输移规律，水深中部水中冰的最大浓度值降低速率及扩散范围相对较大。研究结果揭示了冰盖对水流流动及垂向掺混的影响。     

1998—1999年度黄河内蒙古河段凌情及万家寨水库对防凌的影响

１９９８～１９９９年度黄河内蒙古河段封河晚，封河时水位高，槽蓄水量大，封冻冰盖薄，分段开河，凌峰流量小。根据万家寨水库首次防凌调度运用中暴露出的问题，对上中游水库防凌联合调度提出了建议。     

黄河宁蒙河段凌汛特点分析

黄河宁夏内蒙古河段地处高纬度地区，每年都发生结冰封河，形成凌汛。其特点是流凌封冻期时间长，分开河期受气温和流量影响大，封冻冰盖厚度大，冰塞、冰坝等灾害频繁，封冻期河槽蓄水量大，开河期槽蓄水量集中释放形成高水位凌洪。     

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。     

冰情模型中不确定参数的影响特性分析

数学模型中参数的不确定性直接影响到模拟结果的不确定性。以南水北调中线工程冬季输水为例,根据实测和设计资料,采用自主开发的大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,重点分析了冰情数学模型中单一参数（冰期冰盖糙率、大气与冰盖的热交换系数）的不确定性对冰期冰盖形成、发展、消融和水位、流量等要素的影响,并计算给出了一般规律。研究表明,初始冰盖糙率的不确定性对典型年冰期水力学要素的变化过程影响较大,主要反映在沿程各计算断面的水位、流量波动以及结冰期冰盖前缘动态发展模式上,而对冰情范围及与冰相关的变量变化过程无影响。大气与冰盖的热交换系数的不确定性直接影响到最大冰盖厚度的模拟结果,而对冰盖的发展规律影响不大。建议及早准备开展中线工程冰期输水原型观测工作,对上述不确定参数进行率定。     

冰期河道糙率分析和计算方法研究现状的评述

本文对现有冰期河道糙率分析和计算方法的研究现状进行了综述，包括冰期河道阻力的组成；河道综合糙率，冰盖糙率，冰盖糙率和床面糙率间的关系；冰期河道综合糙率的各种计算方法以及冰盖糙率和床面糙率的计算方法，本文还用计算例对各种综合糙率计算方法进行了比较，并对产期糙率研究的问题和我国北方河流冰期观测等问题进行了讨论。     

封冻期渠系运行方式

为研究系运行方式与冰塞二者之间的关系,以流速、傅汝德数、水位偏差等参数作为指标,在常规运行方式选择方面,认为上游常水位运行造成的冰塞风险最小,下游常水位运行在封冻时闸门调控及时,等体积运行方式中庸;封冻渠池在封冻时,该渠池运行方式由下游常水位切换为等体积,造成渠系的水位偏差、水力响应过程中的最大流速与傅汝德数等指标均较始终保持下游常水位小,模拟工况下的上游水位偏差减小近50%,最大流速降低约6.5%,表明运行方式切换更有利于维持渠系在封冻时的稳定和减小冰塞风险。因此,推荐封冻渠池在封冻时由下游常水位切换至等体积运行。     

黄河宁蒙河段冰期洪水波运动过程中的变形分析

河道中冰盖的存在会影响到洪水波的演进变形。以黄河宁蒙河段为研究对象,将马斯京根法尝试应用于冰期洪水计算,分析了马斯京根法参数与糙率的关系,比较了冰盖冻结增厚和融化减薄过程对洪水波变形的影响差异。研究结果表明,将马斯京根法应用于冰期洪水计算是可行的;断面的糙率越大,洪水波传播时间越久,变形越大;冰盖冻结增厚过程中,洪水波的变形存在先增加再减少而后又增加的现象;冰盖融化减薄过程中,洪水波随冰厚的减薄而变形增大。相同冰厚下,两种过程的变形程度存在交点。交点之前的冰厚范围,冰盖融化减薄时的洪水波变形更大;交点之后的冰厚范围,冰盖冻结增厚时的洪水波变形更大。     

Comprehensive two-dimensional river ice model based on boundary-fitted coordinate transformation method简

River ice is a natural phenomenon in cold regions, influenced by meteorology, geomorphology, and hydraulic conditions. River ice processes involve complex interactions between hydrodynamic, mechanical, and thermal processes, and they are also influenced by weather and hydrologic conditions. Because natural rivers are serpentine, with bends, narrows, and straight reaches, the commonly-used one-dimensional river ice models and two-dimensional models based on the rectangular Cartesian coordinates are incapable of simulating the physical phenomena accurately. In order to accurately simulate the complicated river geometry and overcome the difficulties of numerical simulation resulting from both complex boundaries and differences between length and width scales, a two-dimensional river ice numerical model based on a boundary-fitted coordinate transformation method was developed. The presented model considers the influence of the frazil ice accumulation under ice cover and the shape of the leading edge of ice cover during the freezing process. The model is capable of determining the velocity field, the distribution of water temperature, the concentration distribution of frazil ice, the transport of floating ice, the progression, stability, and thawing of ice cover, and the transport, accumulation, and erosion of ice under ice cover. A MacCormack scheme was used to solve the equations numerically. The model was validated with field observations from the Hequ Reach of the Yellow River. Comparison of simulation results with field data indicates that the model is capable of simulating the river ice process with high accuracy.     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ：原理和方法

河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。     

NUMERICAL SIMULATION OF STREAMBED HEAT TRANSFER

１．　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅａｍｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｒｉｖｅｒｉｃｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［１］　．Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｆａｔｅｏｆｈｅａｔｉｎａｗａｔｅｒｂｏｄｙｈａｓｂｅｅｎｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔｏｆｅｘｔｅｎｓｉｖｅｓｔｕｄｙｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｒｅ…     

冰盖条件下桥墩局部冲刷研究进展

冬季,寒冷地区的河流会出现冰盖或冰塞现象。冰盖的存在使水流湿周增加,流速剖面与明流条件下完全不同,最大流速出现在河床表面和冰盖底部之间,具体位置取决于河床和冰盖的相对粗糙程度。因此,冰盖条件下桥墩局部冲刷过程不同于明流条件下的局部冲刷过程。明流条件下的桥墩局部冲刷是国内外学者研究的热点问题之一,但关于冰盖条件下桥墩局部冲刷的研究工作却非常有限。在简要回顾明流条件下桥墩局部冲刷研究成果的基础上,对冰盖条件下桥墩局部冲刷的研究成果进行了综述和讨论,并提出了今后的研究方向。     

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。     

冬季河流冰流量测验初探

冰凌现象是冬季河流出现的特殊冰情现象,一般多出现在北方河流中,准确掌握河道冰流量总量及其变化规律,对于防治冰情灾害,并在水利水电建设、工农业生产、交通运输等方面具有重要的意义.本文通过冬季测验总结的经验,探讨适合冬季河流冰流量测验的有效方法,供各位同仁参考,并提出宝贵意见.     

融冰期加厚冰盖糙率物理模型试验研究

流凌期输水能力可能成为制约输水工程冰期输水能力的瓶颈,而流凌期允许冰凌下潜,采用加厚冰盖下输水方式运行可以有效提高工程输水能力。加厚冰盖糙率的合理选择直接影响加厚冰盖形成后渠道水位和过流能力计算的正确性,但是加厚冰盖的糙率受到多种因素的影响,见刊的实测资料中,其糙率分布范围很宽。现以冻结模型冰为试验材料,以南水北调中线工程总干渠为原型,通过物理模型试验研究得到:输水渠道融冰期加厚冰盖形成初期糙率约为0.029,以供南水北调中线工程冰期输水调度和冰害防治提供参考。试验研究同时表明:水力加厚冰盖底面的最大水流弗劳德数取值0.09是合适的;力学加厚冰盖前缘都是水力加厚类型的,其长度大约与水面宽度相近;力学加厚冰盖形成和发展的过程是这样的一个循环:前缘发展→推挤增厚→前缘发展。     

A review of hydroecological results of the Northern River Basins Study,Canada. Part 1. Peace and Slave rivers

During the early 1990s a multi‐component research programme was initiated by the Northern River Basins Study (NRBS) in Canada to answer the question: How does and how could flow regulation affect the aquatic ecosystem? Research focused on the major headwaters of the Mackenzie River, the Peace and Slave rivers, which became regulated in 1968 by the W.A.C. Bennett Dam in the Rocky Mountains. The lack of knowledge about the hydroecology of large northern rivers as well as a paucity of data for this relatively isolated basin required that studies be undertaken to assess how flow regulation had modified the physical template of this system. Research focused on quantifying the regulation effects on the flow regime, ice conditions, fluvial geomorphology and riparian vegetation of the Peace and Slave rivers and the Slave River Delta. Results of the NRBS studies indicate that regulation of the Peace River has shifted the pattern of seasonal flows and damped flow extremes creating a less variable annual regime. Increased winter releases from the reservoir have virtually eliminated the formation of a complete winter ice cover for a significant distance below the dam and delayed ice‐cover formation farther downstream. Higher ice levels that accompany increased winter flows are thought to affect the frequency and magnitude of ecologically important ice‐induced floods that occur during the spring. Although more difficult to link solely to the effects of flow regulation, pronounced morphologic and vegetation changes have been observed along the Peace River, including channel narrowing via the abandonment of secondary/backwater channels and in‐channel shoaling along the lower reaches. Vegetation succession has been especially evident on abandoned bar surfaces. Morphological changes were also observed in the Slave River Delta, particularly along the ecologically sensitive outer margin of the delta. Copyright © 2002 Environment Canada. Published by John Wiley & Sons, Ltd.