冰坝与冰塞

廖厚初，肖迪芳，栾 建，王立权

（1.黑龙江省哈尔滨水文局，黑龙江 哈尔滨 150010；2.黑龙江省黑河水文局，黑龙江 黑河 164300；3.黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002；4.黑龙江省龙头桥水库管理处，黑龙江 双鸭山 154600）

目前国内外对冰坝的研究多采用冰塞的理论和方法，而冰坝和冰塞是两种不同的概念。冰坝是由大量流冰块下潜、堆积、挤压、堵塞河道，形成巨大的冰堆积体，致使河道的过流能力减小（或几乎等于零）而形成的。冰坝形成后，水位急剧上升，最终形成冰坝凌汛大洪水。冰塞是由冰花和大量小碎冰堆积河道，它使过水断面束窄，从而使冰塞河段及其上游的水位壅高。冰塞既可向上游发展，也能向下游缓慢推移，冰塞形成后，河道的过流能力不大，持续时间较长。因此，从形成原理和组成要素上来看，冰坝和冰塞是不一样的，是两种性质。

1 成因分析

1.1 冰坝的成因

冰坝的形成是极其复杂的，涉及的主要因素有热力因素和动力因素，还有河道地形条件。热力因素包括：气温、辐射、风力等；动力因素包括：水量（封江水位）、冰量、冬春季降水量、开江期降雨量等。

水文气象因素也称为可变因素，反映在热力和水力两方面。热力和水力两种因素互相依存，互为转换。如上游的热力因素（气温）大于下游，积雪和河水融化，汇入下游后，便成为水力因素。在微观上，热力因素大于水力因素时，河冰就地融化，成为“文”开江，不易形成冰坝。而当水力作用大于热力作用时，则促成“武”开江，易形成冰坝。在宏观而上，上下游水、热因素的差异，易于促成冰坝的形成，尤其开江期上下游热力差异愈大，愈加容易促成倒开江和冰坝凌汛。

1.2 冰塞的成因

冰塞的形成较冰坝要容易得多，冰塞有两种，一种是在流凌期形成的冰塞，另一种是在开江期形成的冰塞。前者是因冰花在冰盖下堆积，冰缘移动受阻而水坡面被抬高的河段，以及在有岛屿、砾石等束窄河道形成冰桥的地方，容易形成；后者是因大量碎冰在冰盖下聚集，且易在浅滩、弯道、束窄段形成的。主要影响因素除了河道形态，还有热力和动力等因素，而这些因素中只要有一个达到了，就极易形成冰塞。我国的黄河河套形势复杂，岛屿、浅滩多，上下游气温变化幅度较大，在流凌期间很容易形成冰花和碎冰，这就给形成冰塞提供了冰量，再加上动力因素的影响，就很容易形成冰塞。例如黄河河曲段几乎每年都出现冰塞，但是1982年发生的冰塞是历史上最严重的一次，造成那次冰塞的原因是多方面的。河曲段位于北纬39°～40°，海拔高程800 m以上，冬季气温寒冷，负气温持续时间长，是导致该河段封冻的热力条件。随着流量逐渐增加，流速增大，给水内冰下潜及在冰盖下形成冰塞提供了有利的条件。同时该河段弯道多，曲率大也是冰塞形成的主要因素。加之龙口以上河段每年均有80 km左右不封冻的明流峡谷河段，提供了大量冰花，导致河曲段年年出现冰塞。而黑龙江属于高纬度河流，封冻时，降温急剧，封冻迅速而稳定，不存在大面积、长时间清沟或不封冻河段，不会有大量的冰花源，这样就无明显冰塞形成。

2 凌汛特点

2.1 冰坝凌汛洪水的特点

凌洪波及范围大、规模大、数量多、水位上涨迅速、持续时间长、峰高量大、灾害严重。如1960年冰坝凌汛大洪水，洛古河站水位从4月20日开始上涨，4月25日由于大量冰排卡塞形成冰坝，水位急剧上涨，至4月26日水位由1.50 m上涨到9.24 m，水位变幅达7.74 m。26日冰坝自然溃决，以7～8 m的水头向下游迅猛推进。相距60 km的漠河站4月25日开江，该站起涨水位90.24 m,4月27日4时达到洪峰水位97.21 m，洪水最大水头为6.97 m。干流凌峰自漠河向下游演进，于4月28日到达连崟。在凌洪向下游演进的同时，汇集了各支流径流，干支流冰块同时向凌峰聚集，致使水位迅速上涨，形成冰坝。连崟站水位由1 m猛涨至13.56 m，水位变幅达12.56 m。 4月26日，干流凌峰接纳了额木尔河等支流的水量演进到额木尔古城岛至南盖一带，在上下40余公里的河段卡塞形成冰坝。冰坝尾部区连崟站水位上涨至13.56 m。该处冰坝从4月27日起至5月10日，持续时间长达14 d之久。凌峰越过马伦、开库康、依西肯、三合站等地，至4月9日到达呼玛，呼玛站水位由4月18日的93.12 m，上涨至5月1日20时的100.07 m，水位上涨幅度为6.95 m。5月2日20时，凌峰演进到黑河江段，黑河站最高水位达95.72m。5月3日，在孙吴县霍尔漠津形成最后一处冰坝，水位上涨5 m以上，24 h后溃决。1960年黑龙江上游主要站冰塞和冰坝对比图见图1。

2.2 冰塞凌汛的特点

冰塞形成的凌汛具有洪峰小、量小、范围小、持续时间长等特点。例如黄河上游段、松花江下游的依兰段几乎每年都发生冰塞。

图1 依兰站冰坝和冰塞对比图

3 研究方法

研究冰坝、冰塞的目的是为了预报、控制和防治冰塞灾害。冰坝、冰塞的过程一般分为形成、演变、稳定及消减4个阶段。国外的一些研究多围绕着这4个阶段进行。美国、瑞典、加拿大及前苏联、芬兰等北纬寒带地区国家对冰坝的研究多从冰塞理论分析入手，建立冰水运动的连续方程、非均匀流和冰塞下水流的动量及能量方程，冰塞厚度和冰塞的动力及静力平衡关系，水深、流速与冰底、床面切应力关系，寻找座位浮冰尺寸、冰塞厚度和冰塞抗压和抗剪强度的内在联系。冰坝的形成是极其复杂的，国内外对冰坝的研究多采用冰塞的理论，这种方法是有点牵强的。

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