河道特征对黑龙江上游冰坝生消影响

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摘要：1研究背景 黑龙江上游河道具有典型山区性河流特征，河谷宽窄相间，河道比降变化急剧，支流较多，而部分河段具备平原河流特征，岛屿串珠相连，浅滩急流相间出现[1]。上游支流的

1研究背景

黑龙江上游河道具有典型山区性河流特征，河谷宽窄相间，河道比降变化急剧，支流较多，而部分河段具备平原河流特征，岛屿串珠相连，浅滩急流相间出现[1]。上游支流的额木尔河和石勒喀河河道流向均为西南流向东北，由低纬度流向高纬度，易造成上游开河早于下游，形成“武开江”[2]。“武开江”是在水力和热力共同作用下的机械开河，其特点是水势变化急剧，冰质坚硬，流冰多而集中，开河过程时间短，而“武开江”易导致冰坝形成[3-4]。春季开河（江）时，大量流冰块在特定河段，如河道束窄处、浅滩、急弯、连续弯道、尚未解冻冰盖的前缘等处受阻，冰块上爬下插，堆积形成冰凌阻水体，往往严重阻塞过水断面，使其上游水位显著壅高[5]。冰坝的形成是水流条件、冰量以及河流边界条件综合作用的结果，具体可归纳为：需要有集中而又有足够数量和强度的冰量，以及需要有阻止流冰顺利宣泄的河流边界条件，如河道束窄处、急弯或连续弯道、多分叉河段、未解体的冰盖等，当冰量集中时往往容易在这些地点发生堵塞，形成冰坝[6]。由于冰坝形成后持续时间较短，溃决时常有凌峰产生，且一般沿程递增，易对沿岸人民生命财产安全和水利工程等造成严重的破坏。

冰塞冰坝成灾机理主要通过历史冰凌洪水灾害的成因分析、原型观测及建立数学模型三个途径进行研究。Beltaos[7-9]描述和分析了开河期冰块堆积、冰坝形成、冰坝破坏的物理过程，提出当雍高水位超过封江水位高度与封冻期冰厚成一定比例时，冰盖会发生破裂产生流冰，这一特定的临界值为经验数值；Nafziger等[10]对冰塞消减水位变化和流凌运动进行观测分析，提出冰塞上游段融化所产生的波浪会引起冰塞的固结和释放；郭新蕾等[11-12]采用一维树状数学模型模拟调水工程等人工渠道冰盖发展过程。针对黑龙江干流冰塞冰坝情况，戴长雷等[13]统计分析黑龙江历史冰坝典型年建立相应经验公式对黑龙江冰坝进行预报；许丽玲等[14]选取与开江时间预报密切相关的气象因子，采用多元统计回归，建立黑龙江上游开江日期预报模型；王涛等[15-16]通过对降雪（雨）和气温分析建立了基于神经网络的冰坝预报模型；杨开林等[17]把冰、水、热动力学理论与爆破效果相结合，进行了冰盖下爆破预防冰坝的理论探究。目前对于冰坝的成因机理分析在热力条件及水力条件下的研究较多，在河道特征下的机理研究却较少，难以为防凌防汛提供高效服务[18]。

影响冰坝生消是多种因素共同作用的结果，主要因素有三点：热力条件、水力条件和河道特征。其中河道特征是基本不变的，而热力、水力条件是变化因素。本文在对黑龙江开江期冰坝成因机理研究的基础上，选择冰坝易发河段量化河道特征参数，开展有利于冰坝形成的热力与水力条件下，河道特征与冰坝生消的相关性研究。重点是根据河道比降、河道弯曲系数、河道缩窄系数建立河段冰坝形成概率回归方程，通过对比分析典型年的河道特征，建立适用于黑龙江上游段冰坝发生位置预报模型，为冰凌灾害预防提供可靠的理论依据。

2研究区域概况

黑龙江位于我国最北端，是中俄界河，流域处于寒温带地区，东亚大陆季风气候特点突出，在极地大陆气团、蒙古高压控制下，冬季漫长，寒冷干燥，且上游冰坝区河道狭窄曲折，河口流路散乱，所以黑龙江上游冰坝多为河床阻塞型[19]。一般将雍水高度超过8.0 m的冰坝定义为严重冰坝[20]，表1为黑龙江历史冰坝发生情况[13]，1950—2013年以来的64年间，严重冰坝发生22次，发生概率为34.4%，平均3年发生一次较为严重冰坝，且发生地点不固定，持续时间一般为2～3 d，最长达到15 d[21]。其中1960年和1985年为特大冰坝，最大雍高水头分别达到13.56 m和12.60 m；冰坝中心加林达最高水位超过1958年特大洪水2.18 m和1.22 m；在黑龙江霍尔莫津段以上近千公里的江段形成冰坝超过17处，持续时间均超过10 d。

表1黑龙江历史冰坝发生情况年份1950 1953 1956 1958 1960 1961 1964 1971 1973 1977 1981 1985 1986 1987 1988 1991 1994 1995 1999 2000 2004 2009 2010 2013开河日期（月-日）05-01 04-26 04-27 04-30 04-23 05-05 05-03 04-23 04-18 05-04 05-08 04-22 05-01 04-29 05-03 05-02 04-28 04-29 04-14 04-25 05-01冰坝产生河段加林达—欧浦洛古河—漠河洛古河—漠河连崟—湖通镇洛古河—霍尔漠津连崟加林达—马伦洛古河—三道卡加林达—湖通镇漠河—开库康洛古河—漠河洛古河—霍尔漠津洛古河—马伦开库康—鸥浦开库康洛古河—马伦洛古河—开库康洛古河—下游20km漠河—欧浦洛古河—呼玛县漠河—开库康北红—红旗岭北红—兴安漠河—呼玛最大雍高水头/m 9.40 7.46 7.39 10.14 13.56 8.03 8.00 9.90 8.20 6.65 7.46 12.60 9.25 6.17 5.11 8.80 10.93 10.10 7.58 9.23 2.10 7.60 8.34冰坝中心位置欧浦洛古河洛古河马伦加林达连崟古城岛洛古河古城岛漠河洛古河加林达加林达鸥浦开库康洛古河洛古河洛古河漠河下游金山乡/呼玛上江岛马伦红旗岭兴安镇漠河冰坝起止日期（月-日）05-09—05-11 05-05—05-08 05-08—05-10 05-05—05-10 04-27—05-10 05-02—05-14 04-23—05-04 05-06—06-01 04-28—04-30 04-17—05-29 05-04—05-08 04-28—05-04 04-29—05-10 05-05—05-09 05-02—05-09 04-29—05-01 04-29—05-06 04-16—04-21 05-03—05-09 05-02—05-07

文章来源：《黑龙江科学》 网址: http://www.hljkxzz.cn/qikandaodu/2021/0316/1142.html

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