河流冰情

名詞解釋 河流冰情 river ice regime 河水因熱量變化所產生的結冰、封凍和解凍現象。當河水溫度降至0°C並略呈過冷卻時,河水表面和水內迅即出現冰象，經過淌凌，達到全河封凍。春季當太陽輻射增強,氣溫高於0°C時，河冰迅速融化，經過淌凌，直全河解凍，冰情終止。自古人們就取河冰消暑和儲存食品，利用河冰作為渡橋，方便交通。河冰也給人類帶來危害。河道封凍，航運中斷；河道冰花含量增多，會堵塞水庫引水口攔污柵；冰層的膨脹常導致建築物和護坡的破壞；冰塞和冰壩常釀成嚴重水災。從氣溫降到0℃以下， 河水中開始結冰到氣溫轉正，流冰全部消失的冰凌發生、變化和運動過程的統稱。

基本介紹

• 中文名：河流冰清
• 外文名： river ice regime
• 領域：化學
• 性質：名詞

過程

結冰過程

當氣溫下降到0°C以下,水面蒸發的水分子凍成冰晶，落回水面，水中出現凝結核，產生水面或水中冰晶。河流凍結過程包括薄冰、岸冰、水內凍的形成和流冰等過程。薄冰：河水溫度冷卻至 0°C時，水面形成冰晶。初成的冰晶體被釋放的潛熱融化，河水紊動使凍結放出的熱量（結冰熱）逸出河面，河水出現過冷卻狀態，水面又產生冰晶體。繼續過冷卻，至零下百分之幾度時，較多的冰晶體聚集在一起，形成鬆散易碎的薄冰。岸冰：或稱冰凇，河岸因岩土失熱較快，岸邊河水流速較低，冰晶體生成較早。初生岸冰呈薄而透明的冰層，固定在岸邊，如河水冷卻較快，厚度和寬度迅速增長。河中冰花因水流和風的作用，在岸邊聚集，凍結成沿岸冰帶,稱沖積岸冰。水內冰：發生岸凍的同時,如流速降低，河水記憶體在低於零度的過冷卻水，便在過冷卻水的任何部位產生冰晶體，結成多孔而不透明的海綿狀冰團，稱為水內冰，或稱深冰。在河底附著的稱為底冰或錨冰。懸浮狀態的冰屑，稱為冰花。水內凍的數量由水面向河底遞減。中國東北和西北的一些河流，由於坡陡流急，含沙少，冬季氣溫低，河水處於過冷卻狀態，只在河底礫石間流速最低，故最先結成底冰。底冰增大露出水面的稱冰礁。流冰（又稱流凌）：水內凍的體積不斷增大,浮至水面，與河面冰晶等順流而下稱流冰,或秋季淌凌。（見彩圖)

封凍過程

河流封凍經歷冰蓋形成與冰蓋增厚兩個階段。當流冰冰質較硬，呈圓盤狀，而且寬度大於整個水面寬約70%時，在排泄不暢的狹窄段、陡彎和淺灘等處，凌塊受阻，互相凍結，逆流而上，形成冰蓋，出現封凍。封凍冰面較平整的稱平封，若凌塊受水流或風力作用呈傾斜疊置的稱立封。封凍初期，有些仍敞露的自由水面稱清溝(見圖)。清溝與冷空氣接觸，不斷產生過冷卻水和冰晶體，成為下游冰花的來源。當封凍冰層下有足夠數量的冰花時，河道被冰花和細碎冰阻塞，稱冰塞。在一定條件下，可形成長距離的冰塞段，影響水流排泄,使上游水位上漲。冰蓋主要是在冰下增厚,也可以從冰面增厚。冰厚增長一般與負累積氣溫值有較好的線性關係。在中、小河流上，冰蓋增厚直至河底，稱連底凍。

解凍過程

在氣溫回升至 0°C以後，河冰迅速融化。冰面如有極薄的一層塵土，會加速凍的融化。河岸土壤吸熱較冰層多，沿岸冰層首先消融，出現自由水面，稱脫岸。如果上游來水溫度較高,會加速冰蓋下部融化,由於水流或大風作用，產生冰層滑動，甚至斷裂。碎冰順流而下稱春季淌凌。河流解凍期間,如氣溫升高很快,或上游來水突然增加，可使河冰突然破裂，迅速解凍，此稱武開河解凍形勢。如上游適時運用水工建築物，控制下泄流量，分段解凍，冰凌暢流而下，此稱文開河解凍形勢。流冰有時在河段堆積卡塞，形成冰壩。冰壩多發生在自南向北的河段上，如黃河山東、內蒙河段，松花江依蘭河段等。冰壩形成後，上游水位猛烈抬升，極易造成淹沒。冰壩潰決時，河水迅速下泄，流冰多而密集，對沿河水工建築物的威脅很大。（見彩圖)

冰情預報

包括流凌日期、封凍日期、冰厚、冰蓋承載能力、解凍形勢、解凍日期、解凍最高水位、最大流量及出現日期、水庫調蓄後冰情預報等項。預報方法有熱力因素指標法、水力因素指標法、上下游冰情相關法、熱量平衡法等。

影響因素

影響河流冰情的因素很多。根據對新疆冰情的分析，有以下幾個主要因素，即：緯度與海拔高度、氣溫與水溫、徑流的補給來源、河流形態與流速等。它們都直接影響河流冰情生消的全過程，以及一些特殊冰情的發生。

緯度、高程與太陽輻射量及冰情的關係

太陽輻射直接影響河凍的生消。影響太陽總輻射的因子大致有：天文、地理、幾何、物理、氣象等五類。現著重探討地理因子中緯度與海拔高度對河流冰情的影響，它是河流所在地域氣候變化、冰情生消過程的決定性因素。

氣溫、水溫與冰情的關係

緯度與高程的不同，其太陽輻射量不同，影響了當地的氣候情況；而氣候中氣溫與水溫的變化，則又直接影響到河流的冰情，尤其是冬季0℃以下負氣溫的出現日期、累積天數、累積值以及年極端最低氣溫等，則決定了河流冰期的長短及冰厚。

徑流補給與冰情的關係

新疆河流冬季徑流量一般以地下水補給為主，水流穩定，水溫相對較高。大多數河流冬季(12～2月)徑流量占年徑流量的10%以下；僅少數泉水補給的河流，可占15%～35%。這些河流因補給源水溫較高而不封凍，冬季水溫仍維持在0.2℃以上，如博爾塔拉河等。有些河流雖然冬季水溫在0.2℃以下，但由於坡陡流急，也僅結岸冰和流冰花而不封凍。

河流形態、流速與冰情的關係

河流結冰、封凍與河流形態有很大的關係，如在河流某河段上出現急灘、卡口或急彎以及阻水建築物上游，引起水流變緩，致使流冰易在該處停留，或由岸冰向河心延伸，而使敞露水面逐步被封堵，進而使流速更加變緩，後續流冰便在該處以上河段停滯形成封凍冰蓋，或形成冰堆或冰壩，有時還可產生冰壩潰決形成的冰凌突發洪水，其破壞力很大。

冰情現象和觀測要求

岸冰

岸冰觀測的目的，主要是為河流封凍過程及為冰期流量資料整編及封凍預報提供資料。岸凍的觀測範圍可在測站測流斷面上下游一定距離內的河段兩岸進行。觀測岸凍的生成、發展、消失過程，對影響岸冰消失的因素如氣溫、水溫、流速等也應進行觀測。岸冰觀測的次數以能掌握影響岸凍的各因素的特徵來決定。對岸冰資料應著重研究岸冰對封凍特性的影響和氣溫、流速、水深等對岸凍的影響及開河時間岸凍的變化情況。分析時可繪製累積負氣溫與岸冰增長關係圖，固定斷面岸冰、水深、流速橫向分布圖，流速與岸冰增寬速度關係圖等幫助分析。

水內冰

水內冰是冰期的主要冰情現象，觀測研究水內凍的目的，在於掌握其成因、發展過程及特性的資料，有助於冰期測驗工作及水電事業的建設。結於河底或河中物體上的冰稱為水內冰。為海綿狀多孔而不透明的冰體。秋季結冰期主要冰情特徵是水內冰，其形成主要條件是敞露的水面過冷卻，水流紊動和結晶的核子。觀測內容主要是水內冰、河底冰、冰花量。要求測得其初生、發展和消失過程。對水內冰產生的條件和在斷面上的分布特徵(橫向、垂直分布)，結晶狀態以及透明度、夾雜物，河底凍的上浮情況，冰花量及結冰量均要進行觀測研究。

冰塞

由於大量的冰花堆積於河段蓋面冰底下，堵塞了過水斷面，造成了水流不暢及上游水位壅高，此現象稱為冰塞。冰塞壅水對城鎮、工礦及水工建築物均有危害，冰塞對測站水位流量關係也有影響，故對冰塞的形成過程應予以注意。冰塞的形成，取決於上游冰花來量和河段特定的水力條件所造成的冰花堆積。在氣溫穩定轉負後，河道開始流冰花。冰塞一般發生在水面比降轉折的河段和彎道、清溝下游處，水庫末端由於回水影響，也易發生冰塞。對冰塞的觀測，主要是測定冰塞的位置、形狀、冰量、特性等等。冰塞位置易於發生在上述情況的地點及歷年產生過冰塞的地點，故觀測河段應有適當長發。為研究冰花堆積情況及分布形狀、演變規律，在冰塞河段應布置足夠的測量斷面和測點，斷面間距不應過長，以滿足研究冰花演變規律為度。測次應視冰塞演變情況而定。

冰壩

流冰期冰塊流至河道束狹、急彎、淺灘處大量堆積，使河道阻塞，由於冰塊不斷堆積，橫跨斷面，上游水位顯著抬高，稱為冰壩。冰壩是河道上顯著的冰情現象，對河道兩岸堤防、、水利樞紐鈞施工、運行具有嚴重危害。冰壩由頭部和尾部兩部分組成，頭部大多是多層冰堆積組成並向兩岸仲長，尾部大多是單層冰組成一般不向兩岸伸展。對冰壩的觀測，應包括冰壩全部組成的上下遊河段。冰壩河段的觀測項目主要有水位、冰情目測、冰壩體積測定及冰壩平面圖、縱橫斷面圖等。水位觀測目的是為了用水位來分析冰壩的形成、生長、破裂到消失的情況，一般水位變化趨勢與冰壩的變化相應。水位觀測可在冰壩河段設立一系列臨時水尺，其中應以冰壩頭部水位為主。因冰壩縱斷面在頭部變化較劇烈，觀測次數也應多些。

在水位觀測同時，要進行冰壩河段冰情目測。結合冰情目測，在整個冰壩形成前後和發展過程及消失過程中，取有代表性的階段繪製冰情圖。冰壩體積測算可用經緯儀在冰壩上下游較高的基點上進行施測，然後再估算。對冰壩資料的分析研究工作，應著重於冰壩形成條件，如氣象、水力、地形等的調查分祈，冰壩對測站水位流量關係的影響等的探討。

清溝

封凍冰層中間未凍結的水面，稱為清溝。是封凍河段上因受地形、氣象、水方等因素的影響敞露而不封凍的特殊冰情現象。清溝的產生將影響測站的水位流量關係，且由於形成的水內冰不斷向下游移動，堆積而形成冰塞，對冰上運輸、水電工程均有影嘀。清溝觀測項目有測繪清溝的邊界(清溝面積)、測定清溝內流速、水內冰、確定冰塞位置；清溝附近地帶的冰情目測及水位觀測。清溝面積、位置可用斷面控制法及極坐標法施測。流速、水深、水溫等可用小船，投浮標或臨時架設筒賽絨道進行施測，冰花可在下游斷面鑿孔進行觀測。