弯槽段冰塞形成临界条件的试验研究

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1、弯槽段冰塞形成临界条件的试验研宄摘要：冬季北方河流经常出现冰塞现象，而弯道处易于卡封是普遍认识，但对其形成机理的认识尚有待探索。借助于实验室的试验水槽，通过改变水流条件和冰流量条件，研究了S型弯槽和直槽冰塞形成条件，并进行对比分析，试验表明：弯槽段冰塞形成的临界Fr值大于直槽临界Fr值，即在相同水深的条件下，更大的流速时弯槽段也能形成冰塞；弯槽段能形成冰塞的Fr值范围大于直槽，故弯槽段更易形成冰塞；平衡冰塞厚度大致随着初始流速的增大而减小，随着初始水深的增大而增大，随着冰流量的增加而增加。关键词：冰塞；佛汝德数；临界值；平衡冰塞厚度；试验研究中图分类号：TV1311文献标志

2、码：A文章编号:16721683(2016)06008704ExperimentalstudyofcriticalconditionoficejamformationinacurvedchannelWANGTao，CHENPangpang，LIShuyi，WANGJun(SchoolofCivilEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Icejamisacommonphenomenonforrivesincoldregions.Lodgmentandgorgingcaneasily

3、occurespeciallyincurvedchannels.Theformationoficejamanditsthicknessdistributionincurvedchannelswerenotfullyunderstood.Bychangingtheflowconditionsandicedischargeinaflumeinthelaboratory，theconditionoficejamforminginacurvedchannelandstraightflutewasstudiedandcomparativelyanalyzed.Theexperimen

4、tresultsshowedthatthethresholdFrnumberoficejamformingforcurvedchannelwaslargerthanthatforstraightflute,thatistosayundertheconditionofthesamewaterdepth,thebiggervelocityofcurvedchannelcouldalsoformicejam.TheFrnumberoficejamformationinacurvedchannelrangedlargerthanthatinstraightflute.Thecurv

5、edchannelwasmorelikelytoformicejam.Balanceoficejamthicknessdecreasedwiththeincreaseofinitialvelocity，roughlyincreasedastheinitialwaterdepthincreased，andincreasedwiththeincreaseoftheiceflowrule.Keywords:icejam；Froudenumber；threshold；balancethickness；experimentalstudy高纬度地区河流在冬季常形成冰塞。冰塞的出现会增加

6、过水断面湿周，减小冰盖下过流能力，使河道中水位急剧壅高，极易引发凌洪灾害［14］。因此，研宄冰塞形成的临界条件对预防凌洪灾害具有重要的意义和实用价值［57］。关于冰塞的形成演变，国内外学者进行了大量的试验研究。王军等［8］在实验室条件下，利用直槽开展了冰塞问题的相关研究，揭示了水位变化以及冰塞厚度变化的一般规律。Beltaos［911］基于弯槽试验，指出弯道水流不利于输冰，从而使天然河道中的弯道处常成为初始冰塞形成的［HJ1.9mm］地点或卡封场所。Healy和Hicks［1213］基于模型试验在动态流速条件下，对由于流量突增对冰塞形成和演变的影响进行了研宄，通过试验发现，

7、冰塞厚度在高动态流动情况下比稳定流动条件下要略薄一点。Urroz［1415］利用一个具有13个连续弯道的水槽得出初始冰塞形成的两种主要方式以及冰水流量比与Fr的关系，利用180°的楔形断面试验水槽研宄了弯道冰塞冰厚分布规律和提出了弯道螺旋流；隋觉义［16］等对水内冰冰塞的演变过程进行了较为全面的研宄，并与黄河河曲段的原型观测进行比较，得出弯曲河道横断面冰厚分布不仅受水力条件影响，如Fr，还与河道弯曲段中心线曲率有关；王军等［1718］分别对“S”型和“U”型弯槽开展了较为全面的冰塞演变试验研宄，提出了弯槽段的冰塞堆