第1章　绪论

1.1　研究意义

河冰是在特定气象水文、地形河势和水力条件作用下产生的一种自然现象，凌汛则是因河道中冰凌对水流的阻力作用而引起的一种涨水现象。江河冰凌的演变过程是防洪减灾和水资源开发利用时必须考虑的一个重要因素。

冰塞是寒冷地区河道封冻过程中普遍存在的一种冰凌阻塞河道的现象，其形成及带来的灾害不仅直接影响到江河冬季的航运交通和灌溉供水、水力发电等水利水电工程效益的发挥，而且当河流中的冰塞严重阻塞河道时，往往会导致洪水泛滥成灾，给人民生命财产带来严重损失。因此，研究冰塞运动规律，防治冰塞灾害，是寒冷地区国家发展中必须考虑和解决的一个问题。

我国是一个冰情严重、冰塞灾害频繁的国家。北纬30°以北，占全国70%地区的江河，都处在寒冷地区，每年冬季均会出现冰冻，而且都有发生冰塞灾害的可能。例如［1］：1982年1—2月，黄河中游河曲河段出现了历史上严重的冰塞灾害，冰盖和冰花最大厚度分别达到1.1m和9.3m，最高水位超过历史记载约4m，造成河段内的沿河村庄、农田受淹，直接经济损失750万元，间接损失达1亿元以上；1993年冬季，黄河宁蒙河段发生严重冰塞，巴彦高勒水文站达到了千年一遇的最高水位，造成其下游决口，口门宽38m，淹没面积80km2，直接经济损失达4000万元；1996年1月底，黄河小北干流潼关河段因河道萎缩，流冰不畅而产生严重冰塞，造成大荔县一半面积受灾，估计经济损失达2.5亿元；1997年1月10日，黄河下游河南台前河段因冰塞壅水漫滩，至1月16日，滩地淹没10万亩?，水深1～1.5m，107个村庄受灾；黑河段历年因冰塞而成灾的情况也非常严重，自1916年有水文资料记载以来，曾出现过20次大冰塞，1985年黑龙江上游漠河地区因开河冰塞泛滥成灾，造成36000人受灾，经济损失4290万元。

由冰凌洪水造成的经济损失日益增加，并出现了许多新情况和新问题。因此，迫切需要对冰凌的形成机理和数值模型进行研究，合理调度河道流量，改善冰期河道水流状态，防止或减轻冰塞造成的灾害。然而我国目前控制冰塞灾害的措施多半是采用大炮轰、飞机炸的办法来破冰。另外，近年随着众多调水工程的建设，河、渠道冬季安全输水已成为一个重要的课题。因此，河、渠中冰塞形成及防治的研究具有重要的理论与实用价值。鉴于此，研究冰塞的形成机理及演变规律，对我国研究防凌措施、做好冰情预报、达到有效防凌等有非常重大的意义。

河道开河是指春季封冻河道上冰盖消融破裂、自上而下的流动现象［2－4］。开河过程受气温条件、水力条件和河道地貌特征等诸多因素影响。根据各种因素所起作用的不同，一般分为文开河、武开河和半文半武开河三种情况。文开河是由热力因素主导的良性开河，冰盖体就地融解，通常不会造成危害。而武开河是由水力作用主导的恶性开河。发生武开河时，冰盖体尚未充分解体，水力因素突变导致冰盖体断裂破碎，大量冰块随水流冲向下游。其特点是流量剧增，流冰量大而集中，冰质坚硬。如果大量冰块在特定河段，如河道束窄处、浅滩、急弯或连续弯道、多分叉河段、尚未解冻冰盖前缘等障碍物附近，发生堆积，则将形成冰坝。冰坝的形成将严重减小河道过流能力，引起河道水位迅猛上涨，往往给江河两岸带来严重灾难和损失。

2008年3月11日上午10时，内蒙古封冻河段进入开河期，水位快速上涨。3月20日三湖河口水文站水位高达1021.22m。经过多日浸泡的黄河内蒙古杭锦旗独贵特拉镇奎素段黄河大堤195～196桩号处等发生溃堤，方圆100多km2的土地迅速变成了一片汪洋，造成3885户、1万人受灾，直接经济损失达6.9亿元。1994年4月16日，松花江佳木斯市下游约14km处形成了特大冰坝，冰坝长度达7～8km，高度达6～7m。冰坝导致河道堵塞，河水出槽，冰块上岸，水位达79.47m，比历史同期水位高出4.14m，因灾造成直接经济损失达1700余万元［5］。2000年春季，黑龙江上游干支流产生7处冰坝，使漠河、塔河、呼玛三个县沿江9个乡镇的10个村屯被淹，4188人受灾，4986公亩?农田被淹，倒塌、毁坏房屋1086间，江堤多处决口，直接经济损失达1500多万元［6］。自2008年1月22日起，伊犁河谷遭遇较为罕见的持续低温天气，伊犁河及其3大支流浮冰不断增多，在河道转弯处或河床狭窄地段积聚形成多处冰坝阻塞河道，至2月14日，冰凌灾害造成伊犁地区六个县市的部分乡镇受到洪水袭击，直接经济损失达720多万元。

研究春季河道的开河机理，并据此提出准确且普遍适用的开河预报模型，可以为开河期冰坝的防治提供宝贵的准备时间，为防凌部门的决策提供切实可行的科学依据。因此，开河期冰盖断裂机理及开河判别准则的研究对实现有效的防凌防汛具有非常重要的意义，也是江河冰凌研究领域中必须考虑和解决的一个重要问题。