形成條件
當氣溫繼續下降,水溫達到和稍低於0℃時,河流開始在岸邊和水內結冰。河流結冰是在動水中結冰,與湖泊結冰不同。湖水結冰僅限於水體表面,深層水體仍保持高於0℃的溫度。河流由於水流的紊亂
混合作用,
水體失熱幾乎是整個水體同時進行。所以,河流不僅在水的表面形成薄冰和
岸冰,而且在水內、河底形成
水內冰。
冰凌理化性質
(1)水的
結晶潛熱或凍的融解潛熱為80cal/g(=335J/g);
(2)純冰在0℃和一個
標準大氣壓的條件下,密度為0.91689克每立方米(常取0.917);
(3)在0℃和1013.25hPa(=1 atm)的條件下,凍的
線膨脹係數為52.7×10
-6K
-1;
體積膨脹係數為120×10
-6K
-1;
(6)強度受溫度、冰結構、加荷速度及試驗方法影響較大,尚無公認的計算公式和數據。
抗壓強度範圍在0.3~5.5MPa/cm
2;
抗剪強度約為抗壓強度的1/2;
抗彎強度約為抗壓強度的1/5。
演變過程
演變階段
按照
冰量的增減,可分為成冰、融冰兩個階段。從開始結冰到最大冰厚出現,稱為成冰階段;冰從開始消融直至春季河流中流冰終止,稱為融冰階段。
按照凍的形態變化,可分結冰、封凍、解凍3個時期。從河流開始結冰日到
冰花、冰塊流動停止日,稱為結冰期;從流冰停止日到
冰蓋融解開始日,稱為封凍期;從冰蓋
消融開始流動日到流冰終止日,稱為解凍期。
狀態要素
主要冰凌狀態和要素如下:
冰凇。漂浮於水面成細針狀或極薄片狀的冰晶,在流動中常聚集成鬆散的小片或小團。
微冰。多在岸邊出現的透明易碎的薄冰。
岸冰。沿河岸凍結的冰帶。因形成的時間和條件不同,又分初生岸冰、固定岸冰、沖積岸冰、再生岸冰和殘餘岸冰等形式。
流冰花。冰花隨水流流動的現象。
疏密度。測驗河段內,冰塊與冰花的平面面積與敞露水面面積的比值。
敞露水面寬。測驗斷面上,固定
岸冰以外的自由水面寬度。
冰蓋。橫跨兩岸覆蓋水面的固定冰層。
封凍及封凍日期。測驗河段內出現冰蓋,且敞露水面面積小於河段總面積的20%時為封凍。其開始出現的日期,為封凍日期。
冰上雪深。冰面上未受擾動的積雪厚度。
層冰層水。冰層中央夾有水層。
清溝。封凍期間,河流中未凍結的狹長水溝。
冰壩。在河流的淺灘、卡口或彎道等處,橫跨斷面並明顯壅高水位的冰塊堆積體。
岸邊
融冰。封凍冰層自岸邊發生明顯融化,出現冰上積水或敞露水面的現象。
冰滑動。整片或被分裂的封凍冰層順流滑動一段距離後,又停滯不動的現象。
解凍及解凍日期。測驗河段內,已無冰蓋,或敞露水面面積已超過河段總面積為20%時為解凍。其開始發生的日期為解凍日期。在較長河段內有上下貫通敞露水面者,俗稱
開河。
殘冰堆積。春季解凍後,沿河兩岸堆積的冰塊。
封凍期。河流中出現封凍現象的整個時期。
由於
地形地貌的差異,河流形態及水量變化不一。因此,並非所有河流都會出現上述的冰情演變過程。譬如,在
黃河下游,有的年份冷空氣活動頻繁,在0℃上下變幅亦大,一個冬季可有多次封凍、解凍過程。又如黃河上游某些河段及
新疆部分河流,河道很陡,水流
湍急,冬季只有流冰而不封凍。
影響因素
大體上可歸納為熱力、動力、河道特徵3個方面。
熱力因素:第一種情況是水體得到
熱量,如太陽
直接輻射和
散射輻射,地下水加入的熱量,水流運動產生的熱量。第二種情況是使水體失去的熱量,如水面或冰面的有效逆輻射。第三種情況是在一定條件下使水體得熱,在另一種條件下使水體失熱,如蒸發時失熱,凝結時得熱;降雪時失熱,降雨時得熱;大氣與水流的熱交換;河床與水流的
熱交換等。對於一個河段,單位時間內水體總熱量的變化,可列水體熱量
平衡方程式進行計算。一般情況下,在成冰階段,水流為失熱過程,在
融冰階段,水流為得熱過程。
動力因素:主要包括
水位、流量、
流速、
風向、風速及波浪等。在封凍期,同樣的熱力條件下,如果流量大、流速快、順流方向的風速大,則水流的輸冰能力強,冰塊很難靜止下來,就能推遲封凍日期甚至不封凍;反之,則容易封凍。在融冰期,同樣的熱力條件下,如果流量大、流速快、漲差大、順流方向的風力強,則容易形成“
武開河”;反之,則容易形成“
文開河”。
河道特徵:主要包括地理位置、河流走向及河道
邊界條件等。在同樣熱力和動力條件下,有些河段先封凍,有些河段後封凍,有些河段容易形成
冰塞、冰壩,有些河段則不容易形成冰塞、冰壩。一般來說,在陡彎、多彎處及沙灘較多處,先開始封凍,解凍時也容易形成冰壩。
發生實例
黃河壺口瀑布出現冰凌景觀
在天津於橋水庫拍攝的冰凌景觀 2009年12月22日,記者拍攝
壺口瀑布下遊河槽中的流凌。連日來,受降溫影響,位於
秦晉大峽谷的黃河壺口瀑布出現奇特美麗的冰凌景觀,吸引眾多遊客和攝影愛好者前來賞景拍照。
天津於橋水庫出現冰凌奇觀
2009年1月,連日的低溫天氣使於橋水庫的冰層迅速增厚,由於冰體有冷漲特性,水庫中間冰帶大面積隆起,形成了
蜿蜒曲折的冰凌奇觀。
賽里木湖倒掛的冰凌景觀
2016年1月11日,距離新疆烏魯木齊520多公里的賽里木湖,倒掛的冰凌點綴在雪與水之間,仿佛傳說中的“卷珠簾”,湖光掠影猶如仙境。
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