凌汛

凌汛,俗稱冰排,是冰凌對(duì)水流產(chǎn)生阻力而引起的江河水位明顯上漲的水文現(xiàn)象。凌汛主要是由于受氣溫、水溫、流量與河道形態(tài)等幾方面因素的綜合影響而形成的。凌汛可能引起冰塞、冰壩等現(xiàn)象使得河流水位驟漲,最終讓堤防潰決,洪水泛濫成災(zāi)。
凌汛,俗稱冰排,是冰凌對(duì)水流產(chǎn)生阻力而引起的江河水位明顯上漲的水文現(xiàn)象。通俗地說,就是水表有冰層,且破裂成塊狀,冰下有水流,帶動(dòng)冰塊向下游運(yùn)動(dòng),當(dāng)河堤狹窄時(shí)冰層不斷堆積,造成對(duì)堤壩的壓力過大,即為凌汛。
凌汛主要是由于受氣溫、水溫、流量與河道形態(tài)等幾方面因素的綜合影響而形成的。中國(guó)北方的大河,如黃河、黑龍江、松花江,容易發(fā)生凌汛。 在冬季的封河期和春季的開河期都有可能發(fā)生凌汛。
冰凌有時(shí)可以聚集成冰塞或冰壩,造成水位大幅度抬高,最終漫灘或決堤,稱為凌洪。
產(chǎn)生凌汛的自然條件取決于河流所處的地理位置及河道形態(tài)。在高寒地區(qū),河流從低緯度流向高緯度并且河道形態(tài)呈上寬下窄,河道彎曲回環(huán)的地方出現(xiàn)嚴(yán)重凌汛的機(jī)遇較多。這是因?yàn)楹恿鞣鈨鰰r(shí)下段早于上段,解凍時(shí)上段早于下段。而且冰蓋厚度下厚上薄。當(dāng)河道下段出現(xiàn)冰凌以后,阻攔了一部分上游來水,增加了河槽蓄水量,當(dāng)融冰開河時(shí),這部分槽蓄水急劇釋放出來,出現(xiàn)凌峰向下傳遞,沿程冰水越聚越多,冰峰節(jié)節(jié)增大。
當(dāng)上游的冰水向下游傳播時(shí),遇上較窄河段或河道轉(zhuǎn)彎的地方卡冰形成冰壩,使上游水位增高。凌汛嚴(yán)重于否,取決于河道冰凌對(duì)水位影響的程度,通常只有在河道中出現(xiàn)嚴(yán)重的冰或冰壩后,才會(huì)引起水位驟漲,造成嚴(yán)重的凌洪。簡(jiǎn)言之產(chǎn)生凌汛的自然條件有兩個(gè):
1、有冰期的河流。
2、從較低緯度流向較高緯度的河段,且較明顯的南北流向。
氣溫變化的規(guī)律是低緯度河道冷的晚,回暖早,零下氣溫持續(xù)的時(shí)間短;高緯度河道冷的早,回暖晚,零下氣溫持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)。相應(yīng)的冰情變化規(guī)律也就是低緯度河道封凍晚,解凍早,封凍歷時(shí)短,冰?。桓呔暥群拥婪鈨鲈?,解凍晚,封凍歷時(shí)長(zhǎng),冰厚。
如某一河段因氣溫升高或流量增大而開河時(shí),融冰水加河槽蓄水挾帶大量冰塊急劇下泄,而下河段可能因氣溫差異尚未解凍,在上游來水的動(dòng)力作用下,水鼓河開,形成冰壩阻塞河道,致使水位陡漲,造成嚴(yán)重的凌汛災(zāi)害。
水的流量大小和流速快慢對(duì)封凍、解凍與輸冰能力都有直接影響,流量對(duì)冰情的影響既具有熱力作用也有水力作用,如水溫相同流量越大,水體熱量也大,在河槽穩(wěn)定的條件下流量大則流速也大,搬運(yùn)冰塊的能力也越大。
河道形態(tài),對(duì)于冰情、凌汛的變化影響也很大,如彎曲型河段,常常是卡冰壅水的重點(diǎn)地方;寬、淺、亂河段,其河床寬淺,河形散亂,流速較小,冰塊也易擱淺堵塞河道。
冰塞形成的洪水危害
通常發(fā)生在封凍期,且多發(fā)生在急坡變緩和水庫的回水末端,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),逐步抬高水位,對(duì)工程設(shè)施及人類有較大的危害。
冰壩引起的洪水危害
通常發(fā)生在解凍期。常發(fā)生在流向由南向北的緯度差較大的河段,形成速度快,冰壩形成后,冰壩上游水位驟漲,堤防潰決,洪水泛濫成災(zāi)。
冰壓力引起的危害
冰壓力是冰直接作用于建筑物上的力,包括由于流冰的沖擊而產(chǎn)生的動(dòng)壓力,由于大面積冰層受風(fēng)和水剪力的作用而傳遞到建筑物上的靜壓力及整個(gè)冰蓋層膨脹產(chǎn)生的靜壓力。1929年2月在山東省利津縣因冰壩堵塞河道,造成大堤決口,淹沒了利津、沾化兩縣60余村。
世界各國(guó)在高寒地區(qū)的河流都有冰凌危害, 但冰凌危害有不同的種類,需要采取不同的防治措施:
①冰凌凍結(jié)江河、湖泊、港口,影響航運(yùn)交通,可采用破冰船破冰,或在港岸和船閘附近采用空氣篩等防凍措施;
②冰凌凍結(jié)水力發(fā)電廠的引水渠,或阻塞攔污柵,影響發(fā)電出力,可設(shè)法抬高渠道中水位,促使形成冰蓋,防止水內(nèi)冰產(chǎn)生;
③冰凌凍結(jié)各種泄水建筑物的閘門,影響啟閉運(yùn)用,一般采用加熱或其它防凍措施;
④冰凌撞擊建筑物,如橋墩、閘墩、整治河道的堤壩等,多采用局部加固或破碎大塊流冰等措施;
⑤冰蓋膨脹時(shí),會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹力,增加建筑物的荷載,應(yīng)在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)考慮,也可在建筑物臨水面設(shè)置表底水流交換器防凍,或按放圓浮筒減少冰壓力的傳遞等措施;
黃河防凌
1949年以后,在中國(guó)黃河防凌的實(shí)踐中,積累了一定的經(jīng)驗(yàn),隨著對(duì)凌汛成因的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),防凌措施也相應(yīng)地有所改進(jìn)。
①初期認(rèn)為凌汛是由于冰凌的存在而發(fā)生的,冰凌是產(chǎn)生凌汛的主導(dǎo)因素,因而以破冰的方法來防治。采取過的措施有打冰、撒土、破冰船、炸藥爆破、炮彈轟冰、飛機(jī)投彈炸冰等。并且總結(jié)了破冰的經(jīng)驗(yàn):即首先注意掌握冰情預(yù)報(bào),選擇破冰時(shí)機(jī),以在快開河時(shí)破冰最為有效。當(dāng)河道長(zhǎng),冰量大時(shí),還要 選擇可能形成冰壩的重要河段,如淺灘、急彎、堤距狹窄等處破冰。
②如果沒有水流作動(dòng)力,冰凌靜止不動(dòng),不能形成冰凌危害。如果控制水量,不使凌峰形成,可以避免冰壩的產(chǎn)生。即使發(fā)生堵塞,由于來水量有所控制,可限制洪水位的升高,防止危害。故在1960年三門峽水庫和1968年劉家峽水庫建成運(yùn)用后,黃河上、下游的防凌措施,便由破冰為主發(fā)展到以調(diào)節(jié)水量為主、破冰為輔的階段。
調(diào)節(jié)凌汛期河道水量的主要措施有:水庫調(diào)節(jié),利用兩岸涵閘分水,分洪區(qū)滯蓄,展寬堤距等項(xiàng)措施。隨著江河的梯級(jí)開發(fā),有足夠大的水庫庫容,逐段攔蓄冰水,調(diào)節(jié)河道水流、溫度,可以從根本上解決冰凌危害。