凌汛

凌汛

凌汛,俗稱冰排,是冰凌對水流產生阻力而引起的江河水位明顯上漲的水文現象。凌汛主要是由於受氣溫、水溫、流量與河道形態等幾方面因素的綜合影響而形成的。凌汛可能引起冰塞、冰壩等現象使得河流水位驟漲,最終讓堤防潰決,洪水泛濫成災。

基本信息

凌汛,由於下段河道結冰或冰凌積成的冰壩阻塞河道,使河道不暢而引起河水上漲的現象。有時冰凌聚集,形成冰塞或冰壩,大幅度地抬高水位,輕則漫灘,重則決堤成災。

基本信息

詞目:凌汛
拼音:língxùn
注音:ㄌㄧㄥˊㄒㄩㄣˋ
英文:iceflood[1]

引證解釋

指上游冰雪融化,而下游尚未解凍所形成的河水猛漲。
清陳康祺《郎潛紀聞》卷十:“黃河水信……冬曰凌汛,十月曰伏槽水,十一月十二月曰蹙凌水。”[1]

簡介

凌汛黃河凌汛

凌汛,俗稱冰排,是冰凌對水流產生阻力而引起的江河水位明顯上漲的水文現象。通俗地說,就是水錶有冰層,且破裂成塊狀,下有水流,帶動冰塊向下游運動,當河堤狹窄時冰層不斷堆積,造成對堤壩的壓力過大,即為凌汛。

凌汛主要是由於受氣溫水溫流量河道形態等幾方面因素的綜合影響而形成的。中國北方的大河,如黃河黑龍江松花江,容易發生凌汛。 在冬季的封河期和春季的開河期都有可能發生凌汛。

冰凌有時可以聚集成冰塞或冰壩,造成水位大幅度抬高,最終漫灘或決堤,稱為凌洪。

產生原因

產生凌汛的自然條件取決於河流所處的地理位置及河道形態。在高寒地區,河流從低緯度流向高緯度並且河道形態呈上寬下窄,河道彎曲迴環的地方出現嚴重凌汛的機遇較多。這是因為河流封凍時下段早於上段,解凍時上段早於下段。而且冰蓋厚度下厚上薄。當河道下段出現冰凌以後,阻攔了一部分上游來水,增加了河槽蓄水量,當融冰開河時,這部分槽蓄水急劇釋放出來,出現凌峰向下傳遞,沿程冰水越聚越多,冰峰節節增大。

當上游的冰水向下游傳播時,遇上較窄河段或河道轉彎的地方卡冰形成冰壩,使上游水位增高。凌汛嚴重於否,取決於河道冰凌對水位影響的程度,通常只有在河道中出現嚴重的冰或冰壩後,才會引起水位驟漲,造成嚴重的凌洪。簡言之產生凌汛的自然條件有兩個:

1、有冰期的河流。

2、從較低緯度流向較高緯度的河段,且較明顯的南北流向。

特徵

凌汛的主要特徵是:
(1)凌峰沿程增大。冬季河道封凍,攔蓄了一部分上游來水,增加了河槽的蓄水量,當上游先於下游解凍開河時,被攔蓄的水急劇釋放出來,產生凌峰,向下傳遞,又迫使沿程封凍段解凍,使冰水匯集,凌峰沿程增大。[2]
(2)水位高。由於冰凌對水流的阻力作用,以及水內冰和冰蓋占去了部分過水麵積,在同流量下,水位比無冰期為高。如黃河下游利津水文站,1955年伏汛期洪峰流量為5760m/s,相應水位12.00m,而該年凌汛洪峰流量僅為1960m/s,其水位達15.31m。冰塞、冰壩,可使局部河段嚴重壅水,如松花江冰壩高達16m,原蘇聯別巧列河冰壩壅高水位達14m。[2]
(3)封凍後流速減小。由於過水斷面濕周增大,水力半徑減小以及冰蓋底面糙率的作用,增加了水流的阻力,與無冰期相比,同水位下斷面最大流速值明顯減小,且位置下移到水流的中央附近,冰蓋底面愈粗糙,下移深度愈大。等流速線在過水斷面中形成閉合曲線。[2]
(4)槽蓄水量變幅大。由於凌汛期水流所受的阻力增大,河槽蓄水量比無冰期明顯增加。根據冰情發展,槽蓄水量的變化可分為3個階段:①形成階段。封凍開始到穩定封凍,槽蓄水量逐漸增加,直至最大。②穩定階段。穩封期冰蓋下水流處於相對穩定狀態,槽蓄量變化不大。③釋放階段。解凍期冰蓋融化,槽蓄量釋放並逐漸減少,直至恢復到無冰期狀態。槽蓄水量與凌洪的關係主要表現在解凍開河期,由於冰蓋的破裂和消融,解除了對水流的阻力,槽蓄水量迅速釋放,形成凌洪。[2]

影響因素

凌汛黃河凌汛

氣溫變化的規律是低緯度河道冷的晚,回暖早,零下氣溫持續的時間短;高緯度河道冷的早,回暖晚,零下氣溫持續的時間長。相應的冰情變化規律也就是低緯度河道封凍晚,解凍早,封凍歷時短,冰薄;高緯度河道封凍早,解凍晚,封凍歷時長,冰厚。

如某一河段因氣溫升高或流量增大而開河時,融冰水加河槽蓄水挾帶大量冰塊急劇下泄,而下河段可能因氣溫差異尚未解凍,在上游來水的動力作用下,水鼓河開,形成冰壩阻塞河道,致使水位陡漲,造成嚴重的凌汛災害。
水的流量大小和流速快慢對封凍、解凍與輸冰能力都有直接影響,流量對冰情的影響既具有熱力作用也有水力作用,如水溫相同流量越大,水體熱量也大,在河槽穩定的條件下流量大則流速也大,搬運冰塊的能力也越大。
河道形態,對於冰情、凌汛的變化影響也很大,如彎曲型河段,常常是卡冰壅水的重點地方;寬、淺、亂河段,其河床寬淺,河形散亂,流速較小,冰塊也易擱淺堵塞河道。

主要危害

冰塞形成的洪水危害

通常發生在封凍期,且多發生在急坡變緩和水庫的回水末端,持續時間較長,逐步抬高水位,對工程設施及人類有較大的危害。

冰壩引起的洪水危害

通常發生在解凍期。常發生在流向由南向北的緯度差較大的河段,形成速度快,冰壩形成後,冰壩上游水位驟漲,堤防潰決,洪水泛濫成災。

冰壓力引起的危害

冰壓力是冰直接作用於建築物上的力,包括由於流凍的衝擊而產生的動壓力,由於大面積冰層受風和水剪力的作用而傳遞到建築物上的靜壓力及整個冰蓋層膨脹產生的靜壓力。1929年2月在山東省利津縣因冰壩堵塞河道,造成大堤決口,淹沒了利津、霑化兩縣60餘村。

防凌措施

凌汛黃河凌汛形成的冰壩

世界各國在高寒地區的河流都有冰凌危害,但冰凌危害有不同的種類,需要採取不同的防治措施: 

①冰凌凍結江河湖泊港口,影響航運交通,可採用破冰船破冰,或在港岸和船閘附近採用空氣篩等防凍措施; 

②冰凌凍結水力發電廠引水渠,或阻塞攔污柵,影響發電出力,可設法抬高渠道中水位,促使形成冰蓋,防止水內冰產生;

③冰凌凍結各種泄水建築物的閘門,影響啟閉運用,一般採用加熱或其它防凍措施;

④冰凌撞擊建築物,如橋墩閘墩、整治河道的堤壩等,多採用局部加固或破碎大塊流冰等措施;

⑤冰蓋膨脹時,會產生很大的膨脹力,增加建築物的荷載,應在設計建築物時考慮,也可在建築物臨水面設定表底水流交換器防凍,或按放圓浮筒減少冰壓力的傳遞等措施;

舉例

黃河防凌

1949年以後,在中國黃河防凌的實踐中,積累了一定的經驗,隨著對凌汛成因的進一步認識,防凌措施也相應地有所改進。

①初期認為凌汛是由於冰凌的存在而發生的,冰凌是產生凌汛的主導因素,因而以破凍的方法來防治。採取過的措施有打冰、撒土、破冰船、炸藥爆破、炮彈轟冰、飛機投彈炸冰等。並且總結了破凍的經驗:即首先注意掌握冰情預報,選擇破冰時機,以在快開河時破冰最為有效。當河道長,冰量大時,還要選擇可能形成冰壩的重要河段,如淺灘、急彎、堤距狹窄等處破冰。

②如果沒有水流作動力,冰凌靜止不動,不能形成冰凌危害。如果控制水量,不使凌峰形成,可以避免冰壩的產生。即使發生堵塞,由於來水量有所控制,可限制洪水位的升高,防止危害。故在1960年三門峽水庫和1968年劉家峽水庫建成運用後,黃河上、下游的防凌措施,便由破冰為主發展到以調節水量為主、破冰為輔的階段。

調節凌汛期河道水量的主要措施有:水庫調節,利用兩岸涵閘分水,分洪區滯蓄,展寬堤距等項措施。隨著江河的梯級開發,有足夠大的水庫庫容,逐段攔蓄冰水,調節河道水流、溫度,可以從根本上解決冰凌危害。

黃河至蘭州段

黃河沿至蘭州河段為黃河上游的首端,雖氣候嚴寒而漫長,但由於黃河穿行於青藏高原山脈之間,
凌汛凌汛
各河段河道比降相差懸殊,流速變化亦較大。因此,有的區間河段既有流凌又能封凍;有的區間河段僅能流凌不能封凍;還有的區間河段在自然條件下經常發生封凍,但水庫修建後改變了熱力、水力條件,使水庫上游發生過幾次冰塞,水庫下游變封凍為不封凍。
黃河沿至瑪曲河段,長911.6公里,初冰開始期,一般發生在10月中旬至11月下旬,最早在8月21日(1960年)。終冰日期一般在翌年4月上旬至5月下旬,最晚在6月29日(1956年)。是全河中封凍期最長的河段。如黃河沿站歷年平均封凍歷時為160天,最長達193天,最短也有128天,最大河心冰厚為1.28米,平均冰厚為0.93米;瑪曲站歷年平均封凍歷時為105天,最長為118天,最短為95天。
瑪曲至循化河段,長726公里,由於水流的動力作用大,只能流凌而不能封凍。初冰日期一段發生在11月下旬,終冰日期發生在2月下旬至3月上旬。
循化至蘭州河段,長21l公里,初冰日期一般發生在11月下旬,終冰日期為2月下旬。冬季常因氣溫驟降使流凌密度迅速增加,在蘭州以上有局部的卡凌封凍,蘭州斷面附近經常封凍。20世紀60年代初,鹽鍋峽水庫建成蓄水至劉家峽水庫建成前,劉鹽河段曾出現過幾個年度的巨大冰塞災害。在鹽鍋峽水庫以下蘭州河段已開始不封凍,但有稀疏流凌。1968年劉家峽水庫蓄水運用後,由於它調節了熱量和水量,導致上游流入庫區的冰被融化,水庫冬季下泄的水溫高達3~5℃,蘭州河段已不再出現流凌和封凍。

②寧夏段凌汛

黃河寧夏段,自中衛縣南長灘入境至石嘴山麻黃溝出境,全長397公里,流向自南向北。黑山峽至棗
凌汛凌汛
園135公里為峽谷河段,河面寬200~300米,因坡陡流急,只有冷冬年份才能封河,稱為不常封凍河段。棗園以下260多公里,河面寬500~1000米,因坡緩、流速小、氣溫低,為常封凍河段。冷冬年最上封至下河沿,暖冬年則封凍不超過棗園
青銅峽、劉家峽水庫相繼運用後,因冬季流量增大,水溫增高,不封河段由棗園下延20多公里到新田;青銅峽壩下有40~90公里的不封凍河段,潘昶以下100多公里仍為封凍河段。
寧夏河段一般年份凌洪災害不大,特殊情況可使局部河段產生冰塞壅水造成凌洪災害。
在位於青銅峽水庫壩上45公里處的中寧縣石空至棗園河段,1967年
山西吉縣出現百年不遇特大凌汛
冬至1968年春,發生連續3次冰塞壅水。冰塞體長16公里,冰蓋厚0.4米,冰蓋下冰花最厚達l米多。冰塞最高壅水位,比暢流期5240立方米每秒的相應水位還高1.3米,形成凌汛災害。成災原因,一是上游來冰量多,有源源不斷的流冰自上而下在石空河段形成冰塞;二是封河後,上游來水猛漲,1967年12月6日,黃河上游劉家峽水庫導流洞閘門失靈,下泄流量比封河時流量增大300~750立方米每秒,致使石空以上水鼓冰開,大量冰花冰塊下潛在棗園上下,形成嚴重的冰塞。三是青銅峽水庫蓄水位較高,阻礙流冰下泄,該庫1967年12月下旬至1968年1月中旬,蓄水位比天然情況下水位抬高13米。因此,冰塞體不能下移,故在石空至棗園河段造成冰塞雍水災害。

③內蒙古段凌汛

黃河內蒙河段,地處黃河最北端,從寧夏的石嘴山市和內蒙古伊克昭盟的拉僧廟入境,至伊克昭盟準格爾旗馬柵的榆樹灣出境,幹流全長840公里,總落差僅162.5米。泫河段河寬坡緩,逶迤曲折,雖地處上游,但在昭君墳至頭道拐的河道比降已接近黃河河口的比降。黃河在內蒙古河段,區間的支流較少而且均為雨洪產流的時令河,冰期幾乎無水補給,因此,內蒙古河段冰期來水絕大部分是蘭州以上的來水。
內蒙古河段地處黃河流域最北端,高程海拔千米以上,離海洋距離遠,曖溫氣流難以到達,常為蒙古高壓控制,大陸性氣候特徵顯著,冬季嚴寒漫長,氣溫在零度以下的時間持續4—5個月,最低氣溫可達零下35℃,這段河流冰凍期4—5個月,大部分為穩定封河段。由於河道流向自南向北,其上游甘寧夏段溫度高,內蒙古段溫度低,故河道流凌段溯源而上,而解凍開河則由甘肅、寧夏段逐漸向下發展,在自然情況下,內蒙古段包頭的流凌封凍時間,常比蘭州早20多天,而解凍開河時間卻晚一個多月。
冬季內蒙古段河道流量一般在每秒400立方米以上。此段氣溫低、冰層厚,洪峰過境水鼓冰裂,造成大塊流冰多,加之河勢的作用,流冰密集卡冰結壩,使河道水位猛裂抬升,極易造成串堤決口、淹沒成災。
據不完全統計,內蒙古段解凍開河期,歷史上年年均有程度不同的災害發生,平均兩年就有一次。1968年黃河上游劉家峽水庫投入運用後,冰期調節了河道的水量和熱量,使內蒙古段的凌汛發生了明顯改變,災害大為減輕。但是,凌汛複雜,影響因素多,在特殊情況下,仍有發生較大凌汛災害的可能,黃河凌汛威脅並未徹底解除。因為上游水庫離下游凌洪嚴重河段距離過遠,上游水庫的調節運用,並不能從根本上解除內蒙古河段的凌洪威脅,根據工農業生產的需水要求,不可能在解凍期完全斷流;而且水庫防凌庫容有限,也不可能較長時間蓄水。因此,在現階段,還需綜合運用多種防凌措施,才能減輕或免除凌汛災害的發生。

④黃河下游凌汛

黃河,從河南省桃花峪到入海口稱為下游,全長786公里,兩岸築有大堤,在山東墾利縣注入渤海。下遊河道上寬下窄,河道走向呈西南、東北方向,冬季經常受寒潮侵襲,日平均氣溫上下河段相差3~4℃,並且是正負交替出現,河道流量一般在每秒200~400立方米。由於河道、氣象、水文等自然條件作用,下游每年都有凌汛,經常發生插凌、封河。新中國成立以來封河30多次,大多先由河口開始封河,而後逐段向上插封。一般年份封凍總長約400公里左右,最短40公里,最長703公里。開河則由上而下,冰水沿程積集,造成明顯凌峰,並易在淺灘、急彎或狹窄河段受阻卡塞,形成冰壩,使河段水位迅速抬高,威脅堤防安全,甚至造成凌災。
黃河下游凌汛在歷史上曾以決口頻繁、危害嚴重、難以防治而聞名。據歷史上不完全統計,自1883年至1936年的54年中,就有21年凌汛期發生決口,平均五年二決口。即使在新中國成立初期,黃河下游山東河口地區仍發生過兩次凌汛決口。歷史上曾有“伏汛好搶,凌汛難防”、“凌汛決口,河官無罪”之說。新中國成立以後,黃河下遊人民在黨和政府的領導下,戰勝了多次嚴重凌汛,扭轉了歷史上五年兩決口的險惡局面,連續取得了49年凌汛未決口的偉大成就。

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