冰淩

【字體:      】     打印     2008-10-21 16:34      

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  冰淩(ice run) 水在零攝氏度或低於零攝氏度時,凝結成的固體稱為冰。流動的冰稱為淩。有時冰、淩通用,沒有嚴格區別。

  當氣溫低於河流中的水溫時,水體開始失熱。當氣溫繼續下降,水溫達到和稍低於零攝氏度時,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。湖水結冰僅限于水體表面,深層水體仍保持高於零攝氏度的溫度。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。

  河流冰情的演變過程  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。按照冰的形態變化,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。主要冰淩狀態和要素如下:(1)冰凇。漂浮于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。(2)微冰。多在岸邊出現的透明易碎的薄冰。(3)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、再生岸冰和殘余岸冰等形式。(4)冰花。浮于水面或水中的水內冰、棉冰和冰屑等。(5)流冰花。冰花隨水流流動的現象。(6)流冰。冰塊或兼有少量冰凇、冰花等隨水流流動的現象。(7)水內冰。在水面以下任何部位存在的冰。(8)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。(9)敞露水面寬。測驗斷面上,固定岸冰以外的自由水面寬度。(10)冰蓋。橫跨兩岸覆蓋水面的固定冰層。(11)封凍及封凍日期。測驗河段內出現冰蓋,且敞露水面面積小于河段總面積的20%時為封凍。其開始出現的日期,為封凍日期。(12)冰上雪深。冰面上未受擾動的積雪厚度。(13)層冰層水。冰層中央夾有水層。(14)錨冰。水面以下凍結于河底或建築物上的冰。(15)清溝。封凍期間,河流中未凍結的狹長水溝。(16)連底凍。從水面到河底全斷面凍結成冰。(17)冰塞。冰蓋下面因大量冰花堆積,阻塞了部分過水斷面,造成上游水位壅高的現象。(18)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。(19)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。(20)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。(21)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。(22)殘冰堆積。春季解凍後,沿河兩岸堆積的冰塊。(23)冰期。河流中出現冰情現象的整個時期。(24)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,在零攝氏度上下變幅亦大,一個冬季可有多次封凍、解凍過程。又如黃河上遊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。

  影響河流冰情變化的因素  大體上可歸納為熱力、動力、河道特徵3個方面。(1)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,水流運動産生的熱量。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。(2)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”。(3)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。一般來説,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。

  普通冰的一些性質  (1)水的結晶潛熱或冰的溶解潛熱為80cal/g(=335J/g);(2)純冰在零攝氏度和一個標準大氣壓的條件下,密度為0.91689克每立方厘米(常取0.917);(3)在零攝氏度和1013.25hPa(=1 atm)的條件下,冰的線膨脹系數為52.7x10(-6)K(-1);體積膨脹系數為120x10(-6)K(-1);(4)比熱為2.06J/g.k;(5)導熱系數一般為21mw/(cm.k);(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。

  (王文才 李久昌) 中國水利百科全書/第1卷/111頁/1990.12/水利電力出版社。

  

作者:    責編: Administrator
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