一、黄河下游凌汛产生的原因
黄河下游河道自兰考东坝头转向东北以后,纬度逐渐增高。东坝头以上河段处于北纬35度左右,而黄河入海处则处在北纬38度左右。由于纬度上的差异,造成黄河下游河道气温上段高而下段低。一到春天,往往上段已经解冻开河,冰水顺流而下,而下段尚未解冻,加上河道上宽下窄,来水又不稳定,很容易造成卡冰壅水,甚至形成拦河冰坝,使上游河段水位猛涨,带来严重的凌汛威胁。又由于凌汛期间天寒地冻,取土困难,给防守工作带来很大难度。因此,凌汛灾害是黄河下游的严重灾害之一。 二、凌汛期的各种冰凌现象
黄河凌汛期共分三个阶段:流冰期、封冻期和开河期。现将不同时期出现的冰凌现象进行分述。
从流冰开始至封冻前这段时间,称为流冰期。
这段时间的冰凌现象有很多种。冰凇是浮在水面呈细针状或薄片状的水晶体。凝结成团松软无一定形状,像浸湿的棉团的,称为棉冰。沿黄河两岸结成的固定冰带称为岸冰。岸冰又分为初生岸冰、固定岸冰、冲击岸冰和再生岸冰。初生岸冰的特点是薄而不稳定。固定岸冰是黄河岸边比较固定的冰,是由初生岸冰加宽加厚而形成的。冲击岸冰是由固定岸冰和流动的冰块凝结而成。再生岸冰则是在开河后岸冰融消又遇冷天,重结而成的岸冰。过冷却的水流中产生的冰晶体,叫做水内冰,即河内冰。河内冰体积增大可浮上水面,可以结成冰块,成为流冰。附着在河床上的冰晶体叫做河底冰。河底冰也可以浮上水面结成冰块,成为流冰。与河床连接的比较固定的冰堆,叫做冰礁。它是由河底冰发展而形成的,能抬高水位,给封冻造成有利条件。随水流动的冰花、冰块等叫做流冰。封冻前流冰由冰凇、棉冰、脱岸冰块组成;开河后的流冰由冰块组成。
从封冻开始到全河开冻为止,这段时间称为封冻期。
封冻期的冰凌现象也有很多。河流水面被固定冰层所覆盖,叫做封冻。河流断面敞露水面小于总河面积的20%,也称封冻。封冻又分为平封和立封:平封是冰面平整,冰块有顺序地排列起来,在水势平稳、无风的情况下,容易形成平封;立封是冰面极不平整,小冰堆和冰块斜立,它是在流速急、风力大、冰块相互挤压下所形成的。封冻以后,冰层以下容易形成冰花。冰层以下密实的冰花叫做硬冰花,比较松散的冰花为软冰花,随水流动的冰花叫做流动冰花。封冻河段内有敞露的水面,长短不一,叫做清沟。产生在封冻期的清沟叫做初生清沟;产生在融冰期的清沟叫做再生清沟。清沟增大是文开河的象征。
在封冻冰层下面局部被碎冰或冰花堵塞,发生显著阻水。封冻期水位一般抬高1~1.5米,严重冰塞可抬高水位2米以上。冰塞严重的河道易产生冰坝,冰坝易出现于弯道、险滩处,因此这些地方是防凌工作的重点观测段。
冰层没有完全断裂,叫做冰缝。冰层表面凸起的隆状冰带叫做冰脊。冰层完全断裂、冒水,叫做冰裂。冰层悬空于水面以上的现象,叫做悬冰。整个断面冰实的现象,叫做连底冰。
冰层融化、开河流水,称为解冻期。
气温回升,水温增高,上下融化,冰色变黄。积雪融化、冒水,冰面上流水的现象,叫做冰上流水。冰层脱离岸边,成自由状态,冰层不变,水位上升,冰层浮起的现象称为脱边(脱岸)。冰层整片或分裂大冰排,顺水流方向移动,短距离以后停止,或间歇性移动,叫做冰滑动。
封冻冰层破裂,随水流动,无横跨河面的固定冰层,叫做开河。开河又分为文开河和武开河。文开河是平稳开河,它是以热力为主的开河,是由气温回升造成的。武开河则是以水力为主的开河,上游来水流量增大,强迫开河,这种开河危险更大。
冰块堆积横跨整个断面,显著抬高水位的现象,叫做冰坝。冰坝形成的条件有三个:一是河段上游武开河,冰质较强;二是有足够的来水量和来冰量;三是有阻止冰块顺利下泄的河道。
三、冰凌观测的方法
冰凌观测是掌握冰凌情况,收集冰凌气象资料,以此来研究冰凌变化规律和据以采取防凌措施的一项重要工作。
1.冰情目测
冰情目测的河段应选择视野开阔、便于观测、水面宽均匀、位置较高且尽量满足观测冰凌密度的河段。冰情目测的程序一般按照先远后近、先面后点、先岸边后河心、重点到局部再到特殊冰情的观测。测量项目一般为岸冰的宽度和厚度,棉冰、冰块和冰花等流冰现象,冰堆、冰塞、冰坝等特殊冰情发生的时间、地点(桩号)、范围(长度)及生消情况。
2.固定点冰厚测量
测量冰厚一般每隔5日一次。测量地点一般应选择离开清沟、离岸边近、浅滩、道路、污水、冰堆、冰坝、冰上流水、冒水等处。冰孔布设在河心,分别打3个冰孔量取冰厚,取其平均值,作为测量冰厚的具体结果。测量过程中,将冰上雪深、冰厚、冰下冰花厚一并量出。打冰孔一般采用冰穿或冰钻,在实际工作中可根据具体情况和现有条件而定。
3.冰流量测验
单位时间内流过某一断面的冰量,称为冰流量。测量冰流量首先要选择仪器设备,包括经纬仪、手旋、直尺、记录簿等。其次是人员组织分工,包括司镜1人、记录1人、跑冰速1人、联络及测量冰厚1人。再次是确定测量程序,测量敞露河面宽、测量冰速及起点距、测量疏密度、测量冰厚度、测量冰花和冰花团厚度。最后是将测量数据进行计算,从而得出冰流量。
作者单位:济南黄河西外环浮桥有限公司
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