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摘要：通过对张二庄站冰情的观测，摸清它们的产生原因、形成规律及各种冰情对冬季输水产生得影响，探索应采取得措施，最大限度的减少冰情对冬季輸水产生得危害。
关键词：冬季输水；冰情观测；水内冰；冰流量
中图分类号：TV85文献标识码：A
基本情况
在冬季输水过程中，由于气温较低，河道内常出现冰情现象，尤其是在流冰、封冻和解冻时期，常会发生各种冰情灾害。冰塞、冰坝的形成会阻碍水流的过水断面，威胁水工建筑物及堤防安全，对冬季输水产生严重的影响。为摸清引黄济淀冬季输水期间的冰情、冰害及对输水产生的影响，总结归纳冬季输水期冰情的产生、发展、变化规律及可能发生的冰害对河道输水以及水工建筑物的影响，探索应采取的防冰害、防冻胀措施，我处在今年的引黄济淀期间实施了冰情观测工作，设置了张二庄和献县两个固定观测站，其中张二庄站完成了水文、气象观测、冰情目测、冰厚测量、及冰流量和水内冰观测。
冰情观测方法
水内冰观测
水内冰观测断面设置三条垂线，每条垂线分别于相对水深0.2、0.5倍及河底设置三个冰网，每天日落前将冰网放入河中，次日日出前取出冰网观测。记录冰网加冰的重量，冰的厚度、颜色、硬度、分布情况等。放、取冰网时，观测水位、冰情现象、天气状况等要素，并量取各冰网处的温度，每个冰网处的水温测试时间不低于五分钟，冰网处的流速采用水文数据。每次下网之前需根据水位的变化调节各垂线上三处冰网的位置。9日至12日，分别在水文缆道起点距为25m、35m、45m（25m处为左岸冰边缘2m处，35m为中泓处，45m为右岸冰边缘6m处）处，布置三条垂线；13日-16日，因岸冰边缘向河中心延伸，分别在水文缆道上起点距为28m、32m、45m（28为岸冰边缘处，32为中泓处）处，布置三条垂线；17日在28m、32m处布置两条垂线；18日-20日在32m 处布置一条垂线；20日起，河面封冻，停止观测。
2、冰流量观测
冰流量观测采用简测法，对冰速、流冰花团或流冰块疏密度、敞露水面宽等冰情要素进行测验。敞露水面宽采用水文缆道测量，流冰疏密度采用统计法，在水文观测断面上，根据流冰花的分布情况大致均匀布设三条垂线，用冰花采集器在每条垂线处采集三次流冰花，量取每次采集的流冰花的重量，厚度，同时观测敞露水面宽、水位、风力风向及河段冰情。冰速数据采用水文数据。根据以上测得数据，计算出冰流量、平均流速、平均疏密度、流冰花平均厚度及密度等数据。
3、冰厚测量
张二庄站冰厚测量断面位于水文观测断面下游约60m处，每日完成以上两项观测后进行冰厚测量工作。按照规定，凿两个冰孔量取冰厚，取其平均值，作为测量冰厚的具体结果。测量过程中，将水深、冰上雪深、水浸冰厚一并量出。每次测量，需在上次观测冰窟一米范围内，凿取新的冰窟。1月9日至18日，冰厚测量地点选在起点距20m 处，此断面处只有岸冰生成，测得的岸冰平均厚度0.2m；1月19日至27日，，全断面封冻，冰厚测量地点选在起点距60m 处（此断面河心位置），测得平均冰厚0.26m。
冰情观测初步分析
1、水内冰观测初步分析
通过观测断面上不同垂线之间、同一垂线不同相对深度之间冰网结晶情况表明，在三条垂线之间，中间垂线（中泓处）上冰网结晶较多，两侧垂线上冰网结晶情况较少或基本没有，这种情况的产生与河水的流速关系较大，断面流速越大，水流中携带的水内冰越多，在冰网上的结晶数量也就越多。同一垂线上，不相同对深度的冰网上结晶情况也不相同，冰网结晶情况跟此处的流速、温度有关。根据观测发现，0.2倍相对水深的冰网结晶要比0.5倍相对水深及河底的冰网结晶数量要多。同时进行的水温观测表明，同一垂线上的三个不同深度的水温，沿水深方向由浅到深，水温由低到高，但是相差细微。同一垂线上的三个不同深度的流速，沿水深方向由浅到深，数值减小。水深浅的地方流速快，温度低，结晶较多，水深较大的地方流速慢，结晶较少。同一冰网上，冰网外侧表面结晶分布较多，网底部次之，内侧较少。冰网内结晶体形状多为片状，水内冰颜色为白色略带微黄，因含泥沙量少于规定含量，故忽略不计，浑水冰重即为清水冰重。19日河面封冻后，于19、20日连侧两天，冰网上均无水内冰，可见水内冰的生成于冰盖形成前。从以上不难看出，水内冰的产生与流速、气温关系密切。从中泓处至两边，从水深浅处至深处，结晶情况表现为逐渐递减的变化趋势。
2、冰流量观测初步分析
随着负气温的持续下降，当气温低于水温时，水体开始失热，水温下降达到一定程度，河中即开始产生流冰花。通过观测计算分析，张二庄观测断面冰流量受气温及上游河道影响较大。简单分析1月10日～16日（上游河段未封冻时）的冰流量观测曲线综合图：水位随着流速的变化而变化；流冰花的疏密度随着冰流量增大而增大，但疏密度的变化不是很大，它们在气温-5.2℃～-13℃之间，随着温度的变化成相反变化；冰花平均厚度在上述温度范围内随温度升高而增大。
1月19日，观测断面前大部分河面封冻，流冰花在流动过程中大部分堆积冻结在冰缘及冰盖下，偶有少量流冰花自冰面缝隙之间流下，集中于起点距28—35m处（中泓处）,且数量较少。冰流量观测期间，冰情现象主要是松散状流冰花团，疏密度在0.2～0.4之间，多为稀疏流冰，偶尔出现中度流冰。
3、冰厚测量初步分析
岸冰、冰盖的形成受温度、流速的影响。随着冬季温度的降低，河岸因岩土失热较快，岸边河水流速较低，冰晶体生成，形成沿河两岸冻结成薄而不稳定的初生岸冰，随着温度的持续下降，初生岸冰由两岸向河中央延伸，冰层加厚逐渐形成了固定岸冰。固定岸冰与聚集、冻结在岸冰边缘的流冰花，形成冰盖。在温度相对稳定的一段时间内，冰层厚度变化较小，如1月19日—27日，河面封冻后，测得河中央冰厚较为均匀，约27cm左右。此段河面的封冻形式基本为平封，偶尔受水位涨落较大等因素的影响，出现冰面裂缝、冰面塌陷、冰堆等现象。2月15日起，气温开始回升，水温随之升高，封冻自上而下、从中间向两边开始解冻。冰层从两侧向中间逐渐变薄。张二庄站解冻期，未出现流冰块现象，开河形式为文开河。
四、结论
通过此次冰情观测，初步得出如下结论:
1、气温降到一定温度，跨河建筑物下最先封冻形成冰盖。河中岸冰随温度降低，由两岸向中间延伸，加宽、加厚，直至形成稳定的冰盖。张二庄站封冻形式基本为平封，输水后期水位变化较大，冰盖出现裂缝、坍塌及竖立现象。随着气温回升，河内出现再生清沟，此时河槽内水量少，流速小，约在0.06—0.12m3/s,封冻自上而下开始解冻，冰盖及岸冰就地消融，河内基本无流冰块，形成文开河。整个观测期间，未出现冰塞、冰坝现象。
2、水内冰生成于冰盖形成前，水内冰的生成与水温、流速有关。水内冰的生成数量，由中泓处向两岸、由水深浅处向深处依次递减；由冰网外侧到底部，再到内侧，依次递减。水内温度由水深浅处向深处依次递增，测得均为正值，整个观测期间，温度大约均在0.2-0.3左右。
3、冰流量观测开展较晚，观测期间冰流量及疏密度较小，两者受温度影响较大。上游河段封冻后，流冰花部分结冰于上游冰盖，只有少数流下且位于中泓处。所观测到流冰花为松散状流冰花团，疏密度大部分为稀疏流冰花，极少数为中度流冰花。
关键词：冬季输水；冰情观测；水内冰；冰流量
中图分类号：TV85文献标识码：A
基本情况
在冬季输水过程中，由于气温较低，河道内常出现冰情现象，尤其是在流冰、封冻和解冻时期，常会发生各种冰情灾害。冰塞、冰坝的形成会阻碍水流的过水断面，威胁水工建筑物及堤防安全，对冬季输水产生严重的影响。为摸清引黄济淀冬季输水期间的冰情、冰害及对输水产生的影响，总结归纳冬季输水期冰情的产生、发展、变化规律及可能发生的冰害对河道输水以及水工建筑物的影响，探索应采取的防冰害、防冻胀措施，我处在今年的引黄济淀期间实施了冰情观测工作，设置了张二庄和献县两个固定观测站，其中张二庄站完成了水文、气象观测、冰情目测、冰厚测量、及冰流量和水内冰观测。
冰情观测方法
水内冰观测
水内冰观测断面设置三条垂线，每条垂线分别于相对水深0.2、0.5倍及河底设置三个冰网，每天日落前将冰网放入河中，次日日出前取出冰网观测。记录冰网加冰的重量，冰的厚度、颜色、硬度、分布情况等。放、取冰网时，观测水位、冰情现象、天气状况等要素，并量取各冰网处的温度，每个冰网处的水温测试时间不低于五分钟，冰网处的流速采用水文数据。每次下网之前需根据水位的变化调节各垂线上三处冰网的位置。9日至12日，分别在水文缆道起点距为25m、35m、45m（25m处为左岸冰边缘2m处，35m为中泓处，45m为右岸冰边缘6m处）处，布置三条垂线；13日-16日，因岸冰边缘向河中心延伸，分别在水文缆道上起点距为28m、32m、45m（28为岸冰边缘处，32为中泓处）处，布置三条垂线；17日在28m、32m处布置两条垂线；18日-20日在32m 处布置一条垂线；20日起，河面封冻，停止观测。
2、冰流量观测
冰流量观测采用简测法，对冰速、流冰花团或流冰块疏密度、敞露水面宽等冰情要素进行测验。敞露水面宽采用水文缆道测量，流冰疏密度采用统计法，在水文观测断面上，根据流冰花的分布情况大致均匀布设三条垂线，用冰花采集器在每条垂线处采集三次流冰花，量取每次采集的流冰花的重量，厚度，同时观测敞露水面宽、水位、风力风向及河段冰情。冰速数据采用水文数据。根据以上测得数据，计算出冰流量、平均流速、平均疏密度、流冰花平均厚度及密度等数据。
3、冰厚测量
张二庄站冰厚测量断面位于水文观测断面下游约60m处，每日完成以上两项观测后进行冰厚测量工作。按照规定，凿两个冰孔量取冰厚，取其平均值，作为测量冰厚的具体结果。测量过程中，将水深、冰上雪深、水浸冰厚一并量出。每次测量，需在上次观测冰窟一米范围内，凿取新的冰窟。1月9日至18日，冰厚测量地点选在起点距20m 处，此断面处只有岸冰生成，测得的岸冰平均厚度0.2m；1月19日至27日，，全断面封冻，冰厚测量地点选在起点距60m 处（此断面河心位置），测得平均冰厚0.26m。
冰情观测初步分析
1、水内冰观测初步分析
通过观测断面上不同垂线之间、同一垂线不同相对深度之间冰网结晶情况表明，在三条垂线之间，中间垂线（中泓处）上冰网结晶较多，两侧垂线上冰网结晶情况较少或基本没有，这种情况的产生与河水的流速关系较大，断面流速越大，水流中携带的水内冰越多，在冰网上的结晶数量也就越多。同一垂线上，不相同对深度的冰网上结晶情况也不相同，冰网结晶情况跟此处的流速、温度有关。根据观测发现，0.2倍相对水深的冰网结晶要比0.5倍相对水深及河底的冰网结晶数量要多。同时进行的水温观测表明，同一垂线上的三个不同深度的水温，沿水深方向由浅到深，水温由低到高，但是相差细微。同一垂线上的三个不同深度的流速，沿水深方向由浅到深，数值减小。水深浅的地方流速快，温度低，结晶较多，水深较大的地方流速慢，结晶较少。同一冰网上，冰网外侧表面结晶分布较多，网底部次之，内侧较少。冰网内结晶体形状多为片状，水内冰颜色为白色略带微黄，因含泥沙量少于规定含量，故忽略不计，浑水冰重即为清水冰重。19日河面封冻后，于19、20日连侧两天，冰网上均无水内冰，可见水内冰的生成于冰盖形成前。从以上不难看出，水内冰的产生与流速、气温关系密切。从中泓处至两边，从水深浅处至深处，结晶情况表现为逐渐递减的变化趋势。
2、冰流量观测初步分析
随着负气温的持续下降，当气温低于水温时，水体开始失热，水温下降达到一定程度，河中即开始产生流冰花。通过观测计算分析，张二庄观测断面冰流量受气温及上游河道影响较大。简单分析1月10日～16日（上游河段未封冻时）的冰流量观测曲线综合图：水位随着流速的变化而变化；流冰花的疏密度随着冰流量增大而增大，但疏密度的变化不是很大，它们在气温-5.2℃～-13℃之间，随着温度的变化成相反变化；冰花平均厚度在上述温度范围内随温度升高而增大。
1月19日，观测断面前大部分河面封冻，流冰花在流动过程中大部分堆积冻结在冰缘及冰盖下，偶有少量流冰花自冰面缝隙之间流下，集中于起点距28—35m处（中泓处）,且数量较少。冰流量观测期间，冰情现象主要是松散状流冰花团，疏密度在0.2～0.4之间，多为稀疏流冰，偶尔出现中度流冰。
3、冰厚测量初步分析
岸冰、冰盖的形成受温度、流速的影响。随着冬季温度的降低，河岸因岩土失热较快，岸边河水流速较低，冰晶体生成，形成沿河两岸冻结成薄而不稳定的初生岸冰，随着温度的持续下降，初生岸冰由两岸向河中央延伸，冰层加厚逐渐形成了固定岸冰。固定岸冰与聚集、冻结在岸冰边缘的流冰花，形成冰盖。在温度相对稳定的一段时间内，冰层厚度变化较小，如1月19日—27日，河面封冻后，测得河中央冰厚较为均匀，约27cm左右。此段河面的封冻形式基本为平封，偶尔受水位涨落较大等因素的影响，出现冰面裂缝、冰面塌陷、冰堆等现象。2月15日起，气温开始回升，水温随之升高，封冻自上而下、从中间向两边开始解冻。冰层从两侧向中间逐渐变薄。张二庄站解冻期，未出现流冰块现象，开河形式为文开河。
四、结论
通过此次冰情观测，初步得出如下结论:
1、气温降到一定温度，跨河建筑物下最先封冻形成冰盖。河中岸冰随温度降低，由两岸向中间延伸，加宽、加厚，直至形成稳定的冰盖。张二庄站封冻形式基本为平封，输水后期水位变化较大，冰盖出现裂缝、坍塌及竖立现象。随着气温回升，河内出现再生清沟，此时河槽内水量少，流速小，约在0.06—0.12m3/s,封冻自上而下开始解冻，冰盖及岸冰就地消融，河内基本无流冰块，形成文开河。整个观测期间，未出现冰塞、冰坝现象。
2、水内冰生成于冰盖形成前，水内冰的生成与水温、流速有关。水内冰的生成数量，由中泓处向两岸、由水深浅处向深处依次递减；由冰网外侧到底部，再到内侧，依次递减。水内温度由水深浅处向深处依次递增，测得均为正值，整个观测期间，温度大约均在0.2-0.3左右。
3、冰流量观测开展较晚，观测期间冰流量及疏密度较小，两者受温度影响较大。上游河段封冻后，流冰花部分结冰于上游冰盖，只有少数流下且位于中泓处。所观测到流冰花为松散状流冰花团，疏密度大部分为稀疏流冰花，极少数为中度流冰花。