冰盖前缘处冰块下潜临界条件研究

本文对冰盖前缘处冰决下潜临界条件的研究成果进行了分析研究，指出其共同的缺陷是没有考虑冰块尺寸的影响，基于黄河河曲段冰情的实侧资料及尤阻纳等人的试验实测数据，对冰盖前缘处冰块是潜的主要因素，由此而建立了临界状态下水浸冰佛汝德数与冰块尺寸，冰块的堵塞程度及块的密度等因素的关系式。     

水库水温垂向分层模型及黑河水库水温预测

水库水温垂向分层模型将水库水体离散为具有一定厚度的水平层次，同一层内水体充分混合，水温相同，在此基础上考虑太阳辐射、出入水流、垂向扩散及密度对流等因素，根据质量、热量平衡原理计算各层水温。对黑河水库水温结构的预测表明，水温的垂向分布与径流过程和水库运行方式关系密切。建议水库设置活动分层取水设施，并在泄水方式上适当考虑对温跃层的破坏和对农灌水质的影响。     

水库取水建筑物冰害的防治

高寒区气温低、冰期长、变幅大,水库取水塔等水工建筑物受冰害十分严重。在冰盖的作用下,会引起塔身倾斜、桥墩上抬断裂、桥面拱起等破坏,程度不同地影响工程正常运行。水库取水塔类建筑物受冰害,是由于水库水体表面形成冰盖后,在温度变化、水位变动等因素作用下,冰体发生水平或竖向位移时对水工建筑物     

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.     

黄河内蒙古段冰盖厚度模拟

基于原型观测数据对黄河内蒙古段的冰盖厚度进行模拟,通过引入Colburn类比法计算冰盖下的热通量,在热力学方程中引入河流流量、水流流速、水位河道坡降、冰盖糙率等因素,改进基于Stefan公式的度日法冰厚计算模型。采用巴彦高勒至头道拐河段4个测站的原型观测数据率定该冰厚计算模型的相关参数,并通过气温、水温数据进行冰厚计算。结果表明：改进后的冰厚计算模型在计算结果的精度上达到1.97％,相比于Stefan模型的14.99％、统一度日法模型的4.77％、动水冰厚辐射冰冻度日法模型的14.98％,精度上有所提升,冰厚变化趋势与现场原型观测趋势一致;根据累积气温值与气温序列特征分析2006—2017年的头道拐测站气温数据,提取冬季累积气温值最大的2009—2010年进行冰厚计算,模型计算结果精度为734％。[JP]改进模型在正常天气条件和极端天气条件下的冰厚计算结果均保持较高的精度,研究结果可为极端天气条件下研究区的冰厚计算提供理论依据。     

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.     

基于SAR模型和蒙特卡罗法的防洪调度风险分析

应用一阶季节性自回归模型生成多场入库洪水过程,考虑泥沙淤积状况和泄流能力不确定性影响,在给定汛限水位和调洪规则下对模拟洪水进行调洪演算,统计得到水库防洪风险率。实例分析结果表明：水文因素的随机性、库容与水位关系的不确定性是万家寨水库防洪风险的主要影响因素,泄流能力不确定因素对水库泄洪影响不明显;同时得出了各汛限水位方案下水库的防洪风险率,为万家寨水库前汛期动态汛限水位选择提供了一定的参考依据。     

水塘静水冰生消过程及冰盖演变的原型试验

为研究静水冰生消过程及冰盖演变规律,于2014年11月中旬至2015年3月中旬对内蒙古自治区托克托县南湖水塘的冰情变化进行原型试验,研究不同时段气温、不同水深对静水冰生消过程、冰盖演变及水温分布、冰面温度的影响。试验结果表明:气温是影响静水冰情的主要因素,在冰盖增长期,冰厚与累积日均负气温线性相关;冰盖不稳定变化期和消融后期,冰厚及冰盖增长率主要受时段气温影响;水深对最大冰厚和冰融化消失时间有影响,对冰盖演变过程的影响不明显;气温变化对表层水温的影响较大,对深层水温的影响相对较小;冰面温度与气温变化同步。     

亭子口水库垂向一维水温模型研究

亭子口水库是年调节型水库,库水有明显的热分层现象。在充分考虑水面热交换、入流、出流、热扩散、热对流等影响因素的基础上,建立亭子口水库垂向一维水温数值模型。利用1970～1978年的丹江口水库水温实测值与模型预测结果对模型进行验证。将建立的模型应用于嘉陵江亭子口水库水温预测,并分别研究了不同来水量过程、不同泄水条件以及考虑建库后库区变化的气象条件对水库水温结构的影响。     

黄河宁蒙河段冰塞增多冰坝减少的成因分析

对黄河宁蒙河段冰盖、冰塞、冰坝形成和发展的主要因素进行了分析,研究了龙羊峡、刘家峡两水库联合运用对这些因素的改变作用。结果表明:影响冰塞和冰坝形成、发展的因素主要有热力因素、水力因素和河道边界条件;导致宁蒙河段冰塞增多、冰坝减少的根本原因是龙羊峡、刘家峡两水库联合运用造成的宁蒙河道淤积。     

太阳辐射和地温对冰盖下水温的影响

太阳辐射可以透射穿过雪盖和冰盖与地温一起影响冰下水温的变化,加剧冰盖底部的融解和冲蚀,使得冰盖更易于崩溃开河。基于现有理论和原型观测研究成果,建立了描述太阳辐射在雪盖、冰盖和水体中的透射和吸收规律的数学模型;利用观测数据回归分析的方法,提出了太阳辐射可见光在水体中消光系数的参数化模型;然后研究了冰下水温的变化与太阳辐射和地温的函数关系。研究证实,冰下水温随太阳净辐射和地温的增加而升高,随雪厚和冰厚的增加而下降,并且与水体与冰盖的热交换系数成反比。此外,太阳辐射的透射可能使得开河期冰盖糙率不是减小,而是增大。     

水塘静水冰生消原型研究与数值模拟

为研究静水冰生长消融规律,2014年11月中旬至2015年3月中旬在内蒙古托克托县南湖水塘进行不同时段、不同水深静水冰生消的原型试验,通过试验观测得到冰盖厚度、水温和冰温随时间及气温变化过程。根据对水塘静水水体结冰和融化物理过程的分析,建立水温及冰盖生长、消融相互作用的耦合模型。结果表明:气温是静水冰盖生消的主要影响因素;在冰盖演变过程中,水深对其影响较小,仅对结冰后期冰厚及冰盖完全消融时间有所影响;表层水温受气温影响明显,深层水温受影响较小;冰面温度与气温变化同步。基于已有的数学模型,加入野外观测边界条件及气-冰-水三态热交换公式,模拟水温及冰盖生长和消融过程,发现冰厚和水温的计算值与实测值基本吻合,差值在波动允许范围内,此结果深化了对静态水域冰盖生效机理的认识。     

冰期明渠水温模型

正确模拟明渠水温是分析冰情及优化调蓄水库布局的基础.基于历史气象资料,本文提出了水体与大气热交换的线性化模型和非线性模型,这些模型包含了太阳辐射、长波辐射、蒸发和对流热交换等主要因素.建立了水体与混凝土衬砌渠道热交换的参数化模型,考虑了衬砌结构、导热性能和地温等因素的影响.在此基础上,建立了明渠一维流动水温模型,提出了...     

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融是急需研究的问题,对于冬季降雪频繁地区开河预报、冰凌洪水风险分析具有重要的实用价值。基于雪盖和冰盖的热力条件是准稳态假设,建立了冰盖热力增厚和消融速率与雪厚、冰厚、大气传递给雪面的净热通量和水体传递给冰底面净热通量的函数关系,包括：太阳辐射、反射和透射,雪面和大气的长波辐射,雪面蒸发-对流,河床地温等因素。提出了雪面温度和冰盖垂向温度分布的理论公式及冰盖热力增厚和消融发展过程的数值计算模型。最后,以黑龙江漠河段实测的冰情为例,验证了所提冰盖热力增厚和消融数学模型的实用性,并分析了一些重要参数随时间的变化特点。     

水冰雪反照率参数化通用模型

对于气候寒冷、降雪频繁的冰封河湖,冰盖和雪盖的反照率对气候和冰厚变化有很大影响。应用Fresnel理论得出纯水和纯水冰可用相同反照率公式计算的结论。基于现有的原型观测资料,提出了水冰反照率参数化通用模型。在此基础上,借鉴CCSM3雪冰日平均反照率参数化模型,提出了水冰雪反照率参数化通用模型。该模型考虑了纬度及地球自转和环绕太阳运行的规律,具有很好的普适性。计算分析表明,纬度和日期对水冰雪日平均反照率有很大影响,反照率大小随日期或月份变化,纬度越高,反照率越大。与冰厚对反照率的影响相比,太阳高度角随纬度和日期变化产生的影响大得多。水冰雪反照率参数化通用模型计算结果与原型观测结果的对比证明,两者吻合较好,而现有常用以冰厚为依据的反照率模型计算结果远远偏离观测结果。     

湖冰侧、底部融化现场观测与热力学分析

为深入了解湖冰在弱水动力条件下消融的热力学过程,在融冰期对乌梁素海湖开敞水域处冰层开展侧、底部消融的原位测量,并观测了太阳辐射、气/冰/水/泥温和风等气象及水文要素。观测结果表明冰层侧壁随深度增加逐渐向内侧倾斜融化,冰层厚度逐渐减薄;开敞水域处水温和冰温均呈分层变化,上层水温和冰温日变化幅度较大。通过分析冰层侧、底部融化速率与气象及水文要素之间的变化关系,建立了用净太阳辐照度和水温来表达融化速率的参数化模型。冰底热通量是一项重要的热力学参数,基于冰底薄层的能量平衡,利用观测数据确定了开敞水域处冰层的平均冰底热通量,为11.47~135.61W·m~(-2),表明冰下水体不断向冰层传递热量。     

冰下爆破预防冰坝的理论探索及实践

把冰、水、热动力学理论与爆破效果相结合,提出了在冰坝易发点沿深泓线实施冰下爆破形成温度场预防冰坝灾害的理论,包括:爆破时间的选择,爆破孔的布置,爆破效果的估计,温度场水温及下游冰盖下水温的影响长度和冰盖融化速率的计算。黑龙江开江期冰下爆破的实践表明,爆破坑平均直径随炸药量的增加而增加,但在炸药量超过18 kg时,爆破坑平均直径随炸药量的增加变化不大;根据实测单位炸药量破碎的冰盖体积的效果,建议冰下爆破预防冰坝的单孔炸药量应不超过9 kg,包括冰盖厚度超过1 m的情况。     

寒区抽水蓄能电站冰冻库容设计方法探讨

基于二重积分定义给出了抽水蓄能电站冰冻库容计算公式,其中的冰厚计算在分析水库冰情影响因素的基础上,考虑电站运行的影响,采用多元回归方法得到了我国北方寒区抽水蓄能电站最大冰厚计算方法.在总结我国北方已建抽水蓄能电站水库冰情分布特性的基础上,采用离散化方法将库面结冰区域分为厚冰区和薄冰区,提出一种实用的冰冻库容设计计算方法...     

南水北调中线总干渠冰情预测模型参数敏感性分析及率定

南水北调中线工程黄河以北总干渠冬季由于受气温的影响,将有不同程度的冰情产生,总干渠将处于无冰、流冰、冰盖下输水等多种复杂运行状态,运行不当则可能发生冰塞、冰坝危害。为了更准确地预测冰情,文章利用详细热量交换法对不同条件下渠道内一维冰盖生消进行数值模拟,根据2012年冬季的冰清观测结果以均方根差最小的原则率定模型参数。随后通过改变反射系数α、云量C、虚拟冰盖厚度Δh、风速Va、折减系数Cc及Ce、初始水温等分析冰盖厚度对于模型参数的敏感性。仿真结果显示,模型参数中反射系数α、虚拟冰盖厚度Δh这两个参数对冰盖厚度影响较大,气温数据中云量C对冰厚结果影响较大,且在高云量区域敏感性为极敏感,这些规律可以为寒区渠道系统冰情预测模型的开发及率定提供参考。