河流防凌安全流量的分析方法

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1、河流防凌安全流量的分析方法　　1、问题的提出　　河道的凌汛灾害主要是由于河道内产生冰塞或冰坝、壅高水位造成的。一般情况下，引发冰塞或冰坝的因素主要有以下三个：一是容易形成冰塞或冰坝的河道形态条件；二是适宜形成凌汛的不利气候因素；三是适于产生大量流冰的水流动力因素。实践证明，在尚不能改变河道边界条件和不利的气候因素的前提下，依据短期较有效的气温预报和下游的凌情适时地调控上游来水量，使封、开河期上游来水均匀平稳，避免不利的动力条件和不利的气候条件相遭遇，是缓解河段凌情、减轻或避免凌灾的重要手段。　　因此，河流防凌安全流量就是经适时调控后的上游来水

2、量，是防凌调度一个重要基本参数。显而易见，河流防凌安全流量包含三个方面的内容：一是从何时开始调控，何时结束调控，即调控的开始时间和结束时间；二是调控的流量是多大，即凌汛期河道内维持多大的流量对于河道的防凌来说是比较安全的；三是调控的流量过程，即在调控的过程中维持怎样的流量过程，对河道的防凌来说是比较有利的。　　河道的凌情影响要素较多，且相互制约和影响。除了热力条件、水动力因素等条件外，河道边界条件也是凌情发展并形成凌灾的重要因素。由于凌汛期河道安全流量问题本身较为复杂，影响因素众多，鉴于篇幅所限，本次仅对河道边界条件不发生明显变化条件下防凌安

3、全流量的分析方法进行初步探讨。对于河道边界条件发生明显变化的河段，还应分析河道冲淤引起的平滩流量和冰下过流能力变化等情况，该方法可以参考使用。　　2、河流防凌安全流量的分析方法　　2.1分析河流凌情及凌灾基本特点　　分析河流的凌情和凌灾基本特点是研究河流凌情演变规律的基础工作，该项工作的主要目的是为了对流域的凌情有初步的认识，并可以确定研究流域的凌汛期划分时间。主要包含以下几个内容：　　（1）分析河流的自然地理和河道特点。包括流域的地理位置和河流走向、河道的纵横断面变化等基本特点。河道的边界条件对凌汛的影响是非常重要的，对动力条件有重要的制约

4、作用。　　（2）统计分析河道内凌情基本特征值。包括开始流凌时间、结束流凌时间、开始封冻时间、结束封冻时间、封冻长度、流凌密度等基本凌情参数，从而可以初步了解研究流域的凌情基本特点，并确定和划分河流的凌汛期。　　（3）统计分析流域内凌汛期气温资料。包括多年平均气温、极端最低气温、极端最高气温、累积负气温、气温变化曲线等，从而可以了解和认识凌汛期流域的气温变化规律以及气温与凌情的基本关系。　　（4）统计分析凌汛期河流的径流特点。包括凌汛期径流量、径流过程、径流地区分布规律。在此基础上，可以分析统计河道内各河段的槽蓄水增量。该项工作中，需要着重分析

5、流域内大中型水利枢纽工程对凌汛期径流过程的影响。随着水利水电开发程度的逐步提高，很多流域内兴建的大中型水利枢纽工程具有较大的调蓄功能，往往在凌汛期发电运用，会对河道的凌情产生较大的影响。　　（5）在上述分析的基础上，总结河道内的凌灾基本特点和成因。凌灾的成因一般包括流域自然地理特点、热力因素、河道边界条件、水动力因素等几方面。通过分析，可以提出河道内凌灾的主要致灾因素。　　2.2分析对比有无凌灾年的流量过程　　利用实测气温和流量资料分析确定河道凌汛期安全流量是常用的方法之一。该方法利用流域凌汛期的气温和流量观测资料，分析在大致相同的气温条件下

6、凌灾年份和非凌灾年份的流量变化过程，分析流量与凌灾的基本关系，并重点研究凌汛灾害最为集中时段的流量变化情况，通过对比分析不发生凌灾时河道内实测安全流量，合理确定气温基本相似的条件下，河道内不易发生冰凌灾害的河道安全流量及其过程。可见，该方法必须有三个前提，一是河道的边界条件没有明显变化，二是流量的监测断面必须一致，三是有无凌灾年份的气温过程基本相似（包括气温变化趋势和累积负气温）。　　2.3分析河道冰下过流能力　　一般情况下，河道冰下过流能力根据水文测站实测断面和流量资料综合分析确定，但往往河段内水文测站较少。所以，可以根据以往冰凌运动机理研

7、究成果，选取多个代表断面进行数值分析计算，分析冰期的河道冰下过流能力。根据国内外学者的研究，封冻冰盖稳定性即冰盖下安全流量符合傅汝德数所反映的临界稳定性准则。　　根据《凌汛计算规范》（SL428-2008），当冰盖前缘水流的傅汝德数Fr大于临界傅汝德数Frc时，或冰盖前缘水流流速υ大于冰花下潜临界流速（也称第一临界流速）υ01时，则冰花潜入冰盖底面；冰花潜入冰盖底面后，冰盖下由于阻力增大，流速减小，当其小于冰花堆积临界流速（也称第二临界流速）υ02时，下潜冰花即发生堆积，冰塞开始形成并逐渐发展，

8、造成上游水位壅高、流速减小。当υ＜υ01，冰花不再下潜，沿冰盖前缘平铺上延。Fr计算公式如下：　　　　式中:υ0为冰