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  什么是冰凌         
[ 作者:庞启航    转贴自:网络    点击数:4314    更新时间:2008-12-8    文章录入:灌溉科 ]

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  冰凌(ice run) 水在零摄氏度或低于零摄氏度时,凝结成的固体称为冰。流动的冰称为凌。有时冰、凌通用,没有严格区别。

  当气温低于河流中的水温时,水体开始失热。当气温继续下降,水温达到和稍低于零摄氏度时,河流开始在岸边和水内结冰。河流结冰是在动水中结冰,与湖泊结冰不同。湖水结冰仅限于水体表面,深层水体仍保持高于零摄氏度的温度。河流由于水流的紊乱混合作用,水体失热几乎是整个水体同时进行。所以,河流不仅在水的表面形成薄冰和岸冰,而且在水内、河底形成水内冰。

  河流冰情的演变过程  按照冰量的增减,可分为成冰、融冰两个阶段。从开始结冰到最大冰厚出现,称为成冰阶段;冰从开始消融直至春季河流中流冰终止,称为融冰阶段。按照冰的形态变化,可分结冰、封冻、解冻3个时期。从河流开始结冰日到冰花、冰块流动停止日,称为结冰期;从流冰停止日到冰盖融解开始日,称为封冻期;从冰盖消融开始流动日到流冰终止日,称为解冻期。主要冰凌状态和要素如下:(1)冰凇。漂浮于水面成细针状或极薄片状的冰晶,在流动中常聚集成松散的小片或小团。(2)微冰。多在岸边出现的透明易碎的薄冰。(3)岸冰。沿河岸冻结的冰带。因形成的时间和条件不同,又分初生岸冰、固定岸冰、冲积岸冰、再生岸冰和残余岸冰等形式。(4)冰花。浮于水面或水中的水内冰、棉冰和冰屑等。(5)流冰花。冰花随水流流动的现象。(6)流冰。冰块或兼有少量冰凇、冰花等随水流流动的现象。(7)水内冰。在水面以下任何部位存在的冰。(8)疏密度。测验河段内,冰块与冰花的平面面积与敞露水面面积的比值。(9)敞露水面宽。测验断面上,固定岸冰以外的自由水面宽度。(10)冰盖。横跨两岸覆盖水面的固定冰层。(11)封冻及封冻日期。测验河段内出现冰盖,且敞露水面面积小于河段总面积的20%时为封冻。其开始出现的日期,为封冻日期。(12)冰上雪深。冰面上未受扰动的积雪厚度。(13)层冰层水。冰层中央夹有水层。(14)锚冰。水面以下冻结于河底或建筑物上的冰。(15)清沟。封冻期间,河流中未冻结的狭长水沟。(16)连底冻。从水面到河底全断面冻结成冰。(17)冰塞。冰盖下面因大量冰花堆积,阻塞了部分过水断面,造成上游水位壅高的现象。(18)冰坝。在河流的浅滩、卡口或弯道等处,横跨断面并明显壅高水位的冰块堆积体。(19)岸边融冰。封冻冰层自岸边发生明显融化,出现冰上积水或敞露水面的现象。(20)冰滑动。整片或被分裂的封冻冰层顺流滑动一段距离后,又停滞不动的现象。(21)解冻及解冻日期。测验河段内,已无冰盖,或敞露水面面积已超过河段总面积为20%时为解冻。其开始发生的日期为解冻日期。在较长河段内有上下贯通敞露水面者,俗称开河。(22)残冰堆积。春季解冻后,沿河两岸堆积的冰块。(23)冰期。河流中出现冰情现象的整个时期。(24)封冻期。河流中出现封冻现象的整个时期。

  由于地形地貌的差异,河流形态及水量变化不一。因此,并非所有河流都会出现上述的冰情演变过程。譬如,在黄河下游,有的年份冷空气活动频繁,在零摄氏度上下变幅亦大,一个冬季可有多次封冻、解冻过程。又如黄河上游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冻。

  影响河流冰情变化的因素  大体上可归纳为热力、动力、河道特征3个方面。(1)热力因素:第一种情况是水体得到热量,如太阳直接辐射和散射辐射,地下水加入的热量,水流运动产生的热量。第二种情况是使水体失去的热量,如水面或冰面的有效逆辐射。第三种情况是在一定条件下使水体得热,在另一种条件下使水体失热,如蒸发时失热,凝结时得热;降雪时失热,降雨时得热;大气与水流的热交换;河床与水流的热交换等。对于一个河段,单位时间内水体总热量的变化,可列水体热量平衡方程式进行计算。一般情况下,在成冰阶段,水流为失热过程,在融冰阶段,水流为得热过程。(2)动力因素:主要包括水位、流量、流速、风向、风速及波浪等。在封冻期,同样的热力条件下,如果流量大、流速快、顺流方向的风速大,则水流的输冰能力强,冰块很难静止下来,就能推迟封冻日期甚至不封冻;反之,则容易封冻。在融冰期,同样的热力条件下,如果流量大、流速快、涨差大、顺流方向的风力强,则容易形成“武开河”;反之,则容易形成“文开河”。(3)河道特征:主要包括地理位置、河流走向及河道边界条件等。在同样热力和动力条件下,有些河段先封冻,有些河段后封冻,有些河段容易形成冰塞、冰坝,有些河段则不容易形成冰塞、冰坝。一般来说,在陡弯、多弯处及沙滩较多处,先开始封冻,解冻时也容易形成冰坝。

  普通冰的一些性质  (1)水的结晶潜热或冰的融解潜热为80cal/g(=335J/g);(2)纯冰在零摄氏度和一个标准大气压的条件下,密度为0.91689克每立方米(常取0.917);(3)在零摄氏度和1013.25hPa(=1 atm)的条件下,冰的线膨胀系数为52.7x10(-6)K(-1);体积膨胀系数为120x10(-6)K(-1);(4)比热为2.06J/g.k;(5)导热系数一般为21mw/(cm.k);(6)强度受温度、冰结构、加荷速度及试验方法影响较大,尚无公认的计算公式和数据。抗压强度范围在0.3~5.5MPa/cm(2);抗剪强度约为抗压强度的1/2;抗弯强度约为抗压强度的1/5。

  (王文才 李久昌) 中国水利百科全书/第1卷/111页/1990.12/水利电力出版社。

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