春季河道武开河与文开河的判别准则初探

根据春季河道武开河初始发生时的边界约束条件,提出以开河期水位增值作为河道开河方式的判别准则。对于某一特定河段,存在一个高于稳封期最高水位的水位增长值,该值可作为区别武开河与文开河的临界值,其大小近似与稳封期冰盖体最大厚度成正比。应用黄河昭君坟水文站原型观测资料对所提出的判别准则中的参数进行率定,使该准则可以用于河道武开河或文开河的判别。     

弯曲冰块在顺直河段中的输移条件

针对弯曲冰块在顺直河段中的输移条件,以春季封冻河道的冰盖破裂机理为基础,根据水动力学、热力学、固体力学及气象水文等学科理论,综合考虑水力、热力、河势及地貌特征等影响因素,引入顺直河道固体边壁的约束条件,建立力学分析模型,进而提出了弯曲冰块在顺直河道中输移所需最小流量即临界流量的判别准则,并对其适用性及相关参数进行了研究分析。应用黄河河曲段的原型观测资料对该准则及相关参数进行了率定及验证,结果表明提出的针对弯曲冰块在顺直河段输移的临界流量计算值与实测值较为接近,可以认为该输移判别准则能够较好地用于判别弯曲冰块在顺直河段中的输移情况。此外,根据实测资料提出了反映热力消融对冰盖体厚度减小、强度降低等的综合系数表达式,可用于没有开河历史观测资料河道的冰情研究。     

基于塑性破坏的武开河应力判别式研究

寒区河流在春季往往会由于水力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为“武开河”。这一现象会导致冰坝形成,进而形成凌洪灾害。基于弹塑性力学分析,得到了考虑塑性变形的开河极限应力计算公式,与仅考虑弹性变形的极限应力公式相比,前者计算结果约为后者的1.39倍。通过黄河河曲段实例应用分析表明,开河前夕,将冰盖视为弹塑性材料,比视为完全弹性材料能够更好地消除判别结果误差,可为武开河判别提供理论参考。     

利用水位变化的黑龙江开河方式和开河日期预报

天然河道发生武开河时容易产生冰塞冰坝,造成凌汛灾害。在分析破冰水位和实测日水位的基础上,提前准确预报开河方式和开河日期并及时采取相应防范技术,是防凌减灾的一项重要非工程措施。基于冰盖挠度破坏原理,在利用水位变化判断开河模式的研究基础上将一维冰厚模型的度日法进行优化,计算河道冰厚变化,预报2015—2018年黑龙江开河方式及开河日期。结果表明:开河日期预报除2017年预报值和实测值误差1天,其余年份均完全相同;开河方式预报除因2018年开河水位过低导致水动力不足影响到预报的准确度外,其余年份预报值和实测值相同。     

呼兰河兰西站解冻开河形势的分析预报

通过对影响开河形势诸多因素的论述，探讨和研究了两种开河形势即文开河和武开河的自然规律。     

黄河鄂尔多斯段开河期凌情影响因素分析

文章分析了1997~2016年黄河鄂尔多斯段凌汛开河期特征值,对影响开河的气温、流量、河道、水库等要素与开河期凌情进行相关性分析。     

一九八一年黄河内蒙古河段冰期开河形势的分析

黄河内蒙河段自然情况下冰期来水呈一退水趋势,流凌封河时河道流量多在400秒立米左右,故河槽蓄水较少。解冻开河时,槽蓄水量自上而下逐段释放加大汇成凌峰,故多呈武开河形势,凌汛灾害年年发生,较大的平均两年一次,防凌问题非常突出。1968年上游刘家峡等水库修建后,使冰期下     

黄河宁蒙河段2009—2010年度凌情特点分析

分析了2009—2010年度黄河宁蒙河段凌情的特点及其成因:该年度凌情特点是流凌、封河早,封河发展呈阶梯状、封冻冰盖薄、槽蓄水量大、局部河段水位偏高、开河速度慢、开通日期晚、开河洪峰小、开河最大10 d水量大等;气温骤升骤降是造成上述特点的最主要因素,河道淤积、河道工程阻冰阻水、水库调度及人工分凌等是影响该年度凌情的重要因素。     

黄河内蒙古段开河流量预测

封冻河段开河时,冰、水情变化剧烈,预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功,但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例,类比有支流的河道洪水进行演算,并考虑流量传播时间,将区间的槽蓄水增量加入计算,采用改进的马斯京根法,推求完全开河时的凌峰流量。采用均方根误差、平均绝对百分比误差作为预测结果的评价指标,与往年实测流量相比较,演算流量的平均绝对百分比误差在10.29%以内。结果表明,此方法应用于凌汛期开河流量演进具有较好的预测效果,通过冰凌洪水的特点判别洪水类型,揭示了凌汛期开河流量的突变主要是由冰坝洪水造成的。研究结果可为河流开河的流量预报和防凌减灾提供参考思路。     

基于GASS-BPEE交叉训练算法的河道冰情预报组合模型

在文章的河道冰情预报的组合模型中,首先在成因分析的基础上,采用逐步回归算法对预报因子进行有效的筛选,然后采用GASS-BPEE交叉训练算法对冰情要素进行预报.利用该组合模型对凌汛灾害多发的松花江依兰、佳木斯江段开河日期进行了预报,结果表明所建立的河道冰情预报组合模型结构简单、预报精度较高,具有实用价值.     

Numerical simulation of mechanical breakup of river ice-cover

Ice jams and ice dams in rivers will cause significant rises of water levels. Under extreme conditions, the ice flooding during winter or early spring may occur. In this paper, by considering the fluid-solid coupling effect caused by the water and the ice cover, the mechanisms of the mechanical breakup of the river ice cover are studied. A formula is obtained for determining whether or not the mechanical breakup process would happen under the hydraulic pressure of the flow. Combined with the hydraulic model under the ice covered flow, a numerical model is built and the interaction between the discharge, the hydraulic pressure under the ice cover and the date for the mechanical breakup of the river ice cover is simulated. The simulated results of the dates for the mechanical breakup of the river ice cover agree very well with the field observations of the breakups of the river ice cover in the Hequ Reach of the Yellow River. Therefore, the numerical model might serve as a good preliminary step in studying the breakup of the river ice-cover, evidencing many important parameters that affect the ice-cover process.     

基于神经网络理论的开河期冰坝预报研究

在北方高寒地区的天然河道,开河期冰坝形成和导致凌汛的机理复杂,目前的冰水动力学模型难以模拟和预报其发生、发展和溃决的过程,可用的冰坝预报多采用传统的统计学方法和经验判别式法,为应对严重的防凌形势,迫切需要找到冰坝预报的新方法。本文在对开河期冰坝成因及机理研究的基础上,建立了基于神经网络理论的冰坝预报模型,并将其应用到黑龙江上游凌汛灾害频发的漠河江段冰坝预报中。通过神经网络聚类法预报冰坝是否发生,神经网络聚类法预报精度为85%,高于传统统计学的几率分析法62%的预报精度。通过预报开河日期实现了对冰坝发生时间的预报,开河日期预报平均预见期为10天,最大误差2天,预报合格率100%。该模型提前准确预报2017年黑龙江漠河江段开河冰坝发生情况。及时、准确的冰坝预报能为提前制订主动防凌方案和采取必要防凌措施提供重要的依据。     

MODEL OF SEA ICE BREAKUP ON SHALLOW BEACH DUE TO TIDAL FLUCTUATION

1.　 INTRODUCTIONThe breakup ofice isthe basis to analyze the mechanism of ice ride-up and pile-up,andto further study the formation of rafted ice and ice ridge.Up till now,researcheshave focused on the effectof wind and currenton shore fasticebreakup.Christensen F.T.[1 ] analyzed the possible size ofthe ice pieces when the ice floe in-teracts with the slope underthe action of wind and currentdriving forces.S rensen C.[3] in-vestigated the failure of a floating ice floe when itcollided w…     

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式。应用所得公式,比较了明渠流、冰盖流、冰塞条件下的起动流速及可起动最大泥沙粒径关系,冰塞条件下起动流速最小,可起动最大泥沙粒径最大。2014年冰期黄河头道拐断面发生强烈冲淤变化,是冰花集聚形成冰塞引起可起动最大泥沙粒径增大所致。所得公式及所揭示机理,将为进一步深入研究河道冰期泥沙输移规律提供重要思路和参考。     

应用CE-QUAL-W2模型模拟输水明渠冰盖的研究

以宁夏吴忠地区金积供水工程输水明渠为例,应用CE-QUAL-W2模型(二维纵向垂向平均水动力学和水质模型)进行了输水明渠冰期冰盖生消模拟的可行性研究。在此基础上,计算了南水北调中线京石段典型气温过程中不同入流量和水深条件下的冰盖发展过程,同时对模型参数进行了敏感性分析,研究结果表明:气温、入流量、水深、光遮蔽系数和风剪切系数对冰情有不同程度的影响。     

冰盖对南水北调中线工程渠道作用力物理模拟试验研究

为探究冰盖对南水北调中线工程渠道边坡作用力的产生过程和作用规律,通过低温环境实验室对模拟渠道进行了淡水冻结以及淡水冰升温试验。研究发现,冻结期冰盖厚度随着气温降低而持续增长的同时,冰力也在随之变化。但由于冻结期内冰底水冻结成冰的相变体积膨胀产生的压力与冰盖因冷缩对边坡产生的拉力相抵消,导致冰力对边坡的影响较小,几乎可以忽略。虽然升温期冰温呈上升趋势,但在冰底温度低于冰点温度期间,冰仍继续缓慢增长,冰盖热膨胀力明显上升,直至冰层内部温度梯度接近消失,冰温接近冰点温度。之后,随着气温的进一步升高,冰盖进入融化相变,冰力开始下降。研究成果对于渠道冰期安全运行和冰盖对渠道边坡作用机理的研究具有一定参考价值。     

冰情影响河段测流方法研究

正确确定河道流量对于研究寒冷地区冬季河渠道的冰情具有重要意义．对于渠底坡度一定的冰情影响河道，即使流量一定，流动阻力增加引起水深增加，导致敞流期量测得到的水位～流量关系改变，需要重新考虑测流垂线上测点选择．为了减少量测时间、成本及恶劣天气条件下工作不便，通常并不细测垂线流速分布，而只施测少数几个点，同时利用垂向测点流速和平均流速之间关系估计平均流速．测点选择不当往往造成很大误差．本文在传统二点测流法基础上，推导得到用于确定垂线平均流速的任意二点测流法，并应用原型观测资料进行了验证。     

冰盖生长和消融的实验研究与数值模拟

为研究冰盖生长和消融的规律,在实验室内设计了水体结冰实验.通过实验得到冰盖厚度、水温和冰内温度随时间的变化过程.根据对水体结冰和融化物理过程的分析,建立水温与冰盖生长、消融相互作用的耦合模型.采用耦合模型来模拟水体结冰和融化过程,通过对模拟结果与实测结果的对比,发现冰厚和水温的计算值与实测值基本吻合.此结果为研究高海拔、高纬度地区封冻水库的结冰机制及冰盖下的水温时空分布提供重要理论基础.     

Restoring Ice-jam Floodwater to a Drying Delta Ecosystem

Abstract

Overbank flooding is essential to the ecological health of riparian landscapes, particularly river deltas. One of the world's largest freshwater deltas, the Peace-Athabasca Delta (PAD) in northern Canada, has experienced a series of wetting and drying cycles because of inter-annual variations in flooding. Recent research has found that most of the major floods affecting this system are produced by spring ice jams. For approximately two decades, however, the combination of climatic and flow-regulation effects precluded significant ice-jam flooding of the PAD. Resultant drying caused major changes to the ecology of the delta and led to the evaluation of a number of methods to restore water flows. Since most of delta is contained within a national park (Wood Buffalo National Park), a major goal was to employ non-structural measures. Hence, in an effort to manage the water problems of this delta, the final report of a multi-agency “Northern River Basins Study” made the recommendation that the spring flow-release strategy of the upstream hydro electric reservoir be modified to increase the probability of ice-jam flooding near the PAD. This was to be conducted in years when downstream hydrometeorological conditions (snowpack magnitude and ice-cover strength) appeared conducive to ice-jam formation. Such favourable conditions developed in the spring of 1996, a natural ice jam began to develop, and regulated flows were increased to assist in potential flooding. As a result, the PAD experienced its first major flood in over 20 years. This paper reviews the hydrometeorological conditions that led to the ice-jam formation, compares the conditions to historical events, analyzes the spatial extent of the flood, and evaluates the effectiveness of the flow release.