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凌汛

凌汛,由于下段河道结冰或冰凌积成的冰坝阻塞河道,使河道不畅而引起河水上涨的现象。有时冰凌聚集,形成冰塞或冰坝,大幅度地抬高水位,轻则漫滩,重则决堤成灾。

词目:凌汛

拼音: líng xùn

注音: ㄌㄧㄥ ㄒㄩㄣ

英文:ice flood [1]

指上游冰雪融化,而下游尚未解冻所形成的河水猛涨。

陈康祺《郎潜纪闻》卷十:“ 黄河 水信……冬曰凌汛,十月曰伏槽水,十一月十二月曰蹙凌水。” [1]

凌汛,俗称冰排,是冰凌对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的水文现象。冰凌有时可以聚集成冰塞或冰坝,造成水位大幅度地抬高,最终漫滩或决堤,称为凌洪。在冬季的封河期和春季的开河期都有可能发生凌汛。中国北方的大河,如黄河、黑龙江、松花江,容易发生凌汛。

通俗地说,就是水表有冰层,且破裂成块状,冰下有水流,带动冰块向下游运动,当河堤狭窄时冰层不断堆积,造成对堤坝的压力过大,即为凌汛。

汛期的区别:汛期即一个水利名词,是指河水在一年中有规律显著上涨的时期。“汛”就是水盛的样子,“汛期”就是河流水盛的时期,汛期不等于水灾,但是水灾一般都在汛期。而凌汛是指水冻成冰排。两者不同。

产生凌汛的自然条件取决于河流所处的地理位置及河道形态。在高寒地区,河流从低纬度流向高纬度并且河道形态呈上宽下窄,河道弯曲回环的地方出现严重凌汛的机遇较多。这是因为河流封冻时下段早于上段,解冻时上段早于下段。而且冰盖厚度下段厚上段薄。当河道下段出现冰凌以后,阻拦了一部分上游来水,增加了河槽蓄水量,当融冰开河时,这部分槽蓄水急剧释放出来,出现凌峰向下传递,沿程冰水越聚越多,冰峰节节增大。当上游的冰水向下游传播时,遇上较窄河段或河道转弯的地方卡冰形成冰坝,使上游水位增高。凌汛严重于否,取决于河道冰凌对水位影响的程度,通常只有在河道中出现严重的冰或冰坝后,才会引起水位骤涨,造成严重的凌洪。简言之:

1、有冰期的河流。(多指零度以下的河流)

2、从较低纬度流向较高纬度的河段,且较明显的南北流向。我国黄河在宁夏和在山东境内的河段都有凌汛现象,东北的河流在满足上述条件时也同样会出现凌汛现象。

凌汛的产生与河流所处的地理位置有密切关系。一般来说,河流所处的纬度愈高,出现严重凌汛的几率愈多。据统计,位于50°N以北俄罗斯境内的河流,凡流域面积大于10万km,出现严重凌汛的几率为80-。黑龙江上游洛古水文站和松花江依兰水文站的纬度分别为53°27' N和46°18' N。据26年的资料,前者发生严重凌汛的几率为67-,后者约50-。同时,河流自低纬度流向高纬度是凌汛产生的重要因素。例如黄河上游的宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段和黄河下游河段,流向均为自低纬度向高纬度,上下游纬度差分别为4°37' 和3°00' ;黑龙江支流额尔古纳河,从河源到与黑龙江汇流的河口,河道大致呈南北流向,纬度差7°左右:解冻开河时先支后干,常出现“武开河”。欧洲的易北河,也是从低纬度流向高纬度,在下游德国的汉堡刚近常出现冰坝,造成灾害。在一些中纬度地区,强寒潮过程对凌汛也有很大影响。例如黄河下游1968~1969年度凌汛期,日平均气温在约0℃的基础上有4次大幅度升降,形成了3次封冻,3次解冻的严重凌汛局面。河流解冻前夕一次较大降雨也会加速融冰,促使很快解冻,造成槽蓄水量的急剧释放,形成凌峰。 [2]

河道形态对凌汛有较大影响。河道窄弯、河心滩多、河床纵比降缓、弯曲半径大的河段,极易卡冰,抬高水位。

河道中流冰量的大小也是形成凌汛的主要因素。据统计,冰期流量在100 m/s以下的河流,很少发生凌汛问题。流冰量的变化主要表现在槽蓄水增量的大小,槽蓄水增量是产生凌峰的重要因素,一旦有适宜的气温条件,则极易产生凌峰,形成冰坝,造成灾害。

冰凌洪水按成因可以分为融冰洪水、冰塞洪水和冰坝洪水。 [2]

凌汛的主要特征是:

(1)凌峰沿程增大。冬季河道封冻,拦蓄了一部分上游来水,增加了河槽的蓄水量,当上游先于下游解冻开河时,被拦蓄的水急剧释放出来,产生凌峰,向下传递,又迫使沿程封冻段解冻,使冰水汇集,凌峰沿程增大。 [2]

(2)水位高。由于冰凌对水流的阻力作用,以及水内冰和冰盖占去了部分过水面积,在同流量下,水位比无冰期为高。如黄河下游利津水文站,1955年伏汛期洪峰流量为5760 m/s,相应水位12.00 m,而该年凌汛洪峰流量仅为1960 m/s,其水位达15.31 m。冰塞、冰坝,可使局部河段严重壅水,如松花江冰坝高达16 m,原苏联别巧列河冰坝壅高水位达14 m。 [2]

(3)封冻后流速减小。由于过水断面湿周增大,水力半径减小以及冰盖底面糙率的作用,增加了水流的阻力,与无冰期相比,同水位下断面最大流速值明显减小,且位置下移到水流的中央附近,冰盖底面愈粗糙,下移深度愈大。等流速线在过水断面中形成闭合曲线。 [2]

(4)槽蓄水量变幅大。由于凌汛期水流所受的阻力增大,河槽蓄水量比无冰期明显增加。根据冰情发展,槽蓄水量的变化可分为3个阶段:①形成阶段。封冻开始到稳定封冻,槽蓄水量逐渐增加,直至最大。②稳定阶段。稳封期冰盖下水流处于相对稳定状态,槽蓄量变化不大。③释放阶段。解冻期冰盖融化,槽蓄量释放并逐渐减少,直至恢复到无冰期状态。槽蓄水量与凌洪的关系主要表现在解冻开河期,由于冰盖的破裂和消融,解除了对水流的阻力,槽蓄水量迅速释放,形成凌洪。 [2]

①冰塞形成的洪水危害。通常发生在封冻期,且多发生在急坡变缓和水库的回水末端,持 续时间较长,逐步抬高水位,对工程设施及人类有较大的危害。

②冰坝引起的洪水危害。通常发生在解冻期。常发生在 流向由南向北的纬度差较大的河段,形成速度快,冰坝形成后,冰坝上游水位骤涨,堤防溃决,洪水泛滥成灾。

冰压力引起的危害。冰压力是冰直接作用于建筑物上的力,包括由于流冰的冲击而产生的动压力,由于大面积冰层受风和水剪力的作用而传递到建筑物上的静压力及整个冰盖层膨胀产生的静压力。 1929年2月在山东省利津县冰坝堵塞河道, 造成决口,淹没了利津、沾化两县60余村

防治江河、湖泊、港口以及水工建筑物受冰凌危害所采取的措施。世界各国在高寒地区的河流都有冰凌危害,但冰凌危害有不同的种类,需要采取不同的防治措施:

①冰凌冻结江河、湖泊、港口,影响航运交通,可采用破冰船破冰,或在港岸和船闸附近采用空气筛等防冻措施;

②冰凌冻结水力发电厂的引水渠,或阻塞拦 污栅,影响发电出力,可设法抬高渠道中水位,促使形成冰盖,防止水内冰产生的措施;

③冰凌冻结各种 泄水建筑物的闸门,影响启闭运用,一般采用加热或其它防冻措施;

④冰凌撞击建筑物,如桥墩、闸墩、整治河道的丁坝等,多采用局部加固或破碎大块流冰等措施;

⑤冰盖膨胀时,会产生很大的膨胀力,增加建筑物的荷载,应在设计建筑物时考虑,也可在建筑物临水面设置表底水流交换器防冻,或按放圆浮筒减少冰压力的传递等措施;

1949年以后,在黄河防凌的实践中,积累了一定的经验,随着对凌汛成因的进一步认识,防凌措施也相应地有所改进。基本上经历了以下两个阶段:

①初期认为凌汛是由于冰凌的存在而发生的,冰凌是产生凌汛的主导因素,因而以破冰的方法来防治。采取过的措施有打冰、撒土、破冰船、炸药爆破、炮弹轰冰、飞机投弹炸冰等。并且总结了破冰的经验:即首先注意掌握冰情预报,选择破冰时机,以在快开河时破冰最为有效。早破遇气温下降又复冻结;晚破则失去破冰机会。当河道长,冰量大时,还要选择可能形成冰坝的重要河段,如浅滩、急弯、堤距 狭窄等处破冰。

②在实践中认识到河内的冰凌如果没有水流作动力,冰凌静止不动,就不能形成冰凌危害。

所以水流应该是形成冰凌危害的关键。如果控制水量,不使凌峰形成,可以避免冰坝的产生。即使发生堵塞,由于来水量有所控制,可限制洪水位的升 高,防止危害。故在1960年三门峡水库和1968年刘家 峡水库建成运用后,黄河上、下游的防凌措施,便由 破冰为主发展到以调节水量为主、破冰为辅的阶段。 调节凌汛期河道水量的主要措施有:水库调节,利用两岸涵闸分水,分洪区滞蓄,展宽堤距等项措施。随着江河的梯级开发,有足够大的水库库容,逐段拦蓄冰水,调节河道水流、温度,可以从根本上解决冰凌危害。

世界上有凌汛的河流主要有:

黄河 松花江 乌苏里江鄂毕河(中国境内称额尔齐斯河) 叶尼塞河勒拿河

卫星遥感监测

1996年元月中旬至2月上旬,黄河上漂动的冰凌在陕西的大荔河段遇到冰坝的拦阻,形成了自1929年以来最大的凌汛。元月22日,雨林乡一带黄河水位高达336.4米,相当于15 000立方米/秒洪水流量时的水位,大大超过了河道的行洪能力,于是洪水漫过河堤,淹没良田,冲毁房屋。2月4日,被淹面积达到 13 673公顷。面对凌汛灾害,军民奋力抢险,并采取果断措施,用飞机炸毁冰坝。凌汛灾害于2月5日得到控制。灾害发生后,有关部门利用极轨气象卫星数据,对凌汛发生、发展过程进行动态监测,及时向防汛领导部门提供了卫星监测图像和数据,为战胜凌汛作出了贡献。
  卫星遥感为什么能够监测凌汛呢?其根据是不同地物的光谱响应特征不同。在近红外波段,洁净水体的反射率远比土壤和植被的反射率低,所以在卫星图像上可以很容易地区分水体和非水体的界限。像黄河这样泥沙含量较高的水体,其反射率的最大值移向可见光波段,但仍比土壤和植被为低。这样,在卫星图像上就能够将发生凌汛的地点及其区域判读出来,进而可以根据像元数估算淹没范围和面积。此次对黄河凌汛先后进行了4次监测,都是利用白天下午两点的美国的极轨气象卫星的数据。这些数据分别属于可见光、近红外、热红外三个波段。利用计算机对这些数据进行处理,按照红、绿、蓝通道制成三通道假彩色合成图像,并在图像上判定水淹区域和测算水淹面积。然后把监测结果图像和统计图表报告防汛领导部门,用来指挥抗灾。 [3]

凌汛,是黄河常见的一种自然现象,由冰凌壅塞引起的暂时涨水。由于黄河所处纬度较高,下游河道,一般年份冬季结冰封河。春初解冻开河,冰水齐下,冰凌壅塞,水位上涨,形成凌汛洪水,此时期为黄河凌汛期。黄河下游河道因上下河段纬度相差3度多,冬季平均气温相差摄氏3~4度。上段河道封冻晚、开河早,结冰较薄;下段河道封河早、开河晚,结冰较厚。一般在1~2月间,气温升高,上段低纬度河段封冻首先解冻开河,封冻期间河槽积蓄的水量急剧释放下泄,形成凌汛洪水,洪峰流量沿程递增,水位上涨;但下段高纬度河段因气温仍低,冰凌固封,在水流动力作用下,水鼓冰开,形成“武开河”。“武开河”时,解冻来得很快,特别是气温猛升或水位暴涨,大块冰凌汹涌而下,这样就容易造成冰凌,有时大量冰凌在狭窄、弯曲、浅滩处阻塞,形成冰塞、冰坝,致使水位陡涨,由于冰凌、流冰插塞,过流面积减少,可形成冰坝,随着水位的提高,将会出现水鼓冰裂、冰凌漫堤的情形,形成凌灾,其危害程度常常超过洪灾。有的年份,上下河段气温变幅相差不大,河道封冻分段解冻开河或就地解冻,不致形成大的凌汛洪水,开河也比较平稳顺利,这种情况一般称为“文开河”。

黄河沿至兰州河段为黄河上游的首端,虽气候严寒而漫长,但由于黄河穿行于青藏高原山脉之间,各河段河道比降相差悬殊,流速变化亦较大。因此,有的区间河段既有流凌又能封冻;有的区间河段仅能流凌不能封冻;还有的区间河段在自然条件下经常发生封冻,但水库修建后改变了热力、水力条件,使水库上游发生过几次冰塞,水库下游变封冻为不封冻。

黄河沿至玛曲河段,长911.6公里,初冰开始期,一般发生在10月中旬至11月下旬,最早在8月21日(1960年)。终冰日期一般在翌年4月上旬至5月下旬,最晚在6月29日(1956年)。是全河中封冻期最长的河段。如黄河沿站历年平均封冻历时为160天,最长达193天,最短也有 128天,最大河心冰厚为1.28米,平均冰厚为0.93米;玛曲站历年平均封冻历时为105天,最长为118天,最短为95天。

玛曲至循化河段,长726公里,由于水流的动力作用大,只能流凌而不能封冻。初冰日期一段发生在11月下旬,终冰日期发生在2月下旬至3月上旬。

循化至兰州河段,长21l公里,初冰日期一般发生在11月下旬,终冰日期为2月下旬。冬季常因气温骤降使流凌密度迅速增加,在兰州以上有局部的卡凌封冻,兰州断面附近经常封冻。20世纪60年代初,盐锅峡水库建成蓄水至刘家峡水库建成前,刘盐河段曾出现过几个年度的巨大冰塞灾害。在盐锅峡水库以下兰州河段已开始不封冻,但有稀疏流凌。 1968年刘家峡水库蓄水运用后,由于它调节了热量和水量,导致上游流入库区的冰被融化,水库冬季下泄的水温高达3~5℃,兰州河段已不再出现流凌和封冻。

黄河宁夏段,自中卫县南长滩入境至石嘴山麻黄沟出境,全长397公里,流向自南向北。黑山峡至枣园135公里为峡谷河段,河面宽200~300米,因坡陡流急,只有冷冬年份才能封河,称为不常封冻河段。枣园以下260多公里,河面宽500~1 000米,因坡缓、流速小、气温低,为常封冻河段。冷冬年最上封至下河沿,暖冬年则封冻不超过枣园。

青铜峡、刘家峡水库相继运用后,因冬季流量增大,水温增高,不封河段由枣园下延20多公里到新田;青铜峡坝下有40~90公里的不封冻河段,潘昶以下100多公里仍为封冻河段。

宁夏河段一般年份凌洪灾害不大,特殊情况可使局部河段产生冰塞壅水造成凌洪灾害。

在位于青铜峡水库坝上45公里处的中宁县石空至枣园河段, 1967年冬至1968年春,发生连续3次冰塞壅水。冰塞体长16公里,冰盖厚0.4米,冰盖下冰花最厚达1米多。冰塞最高壅水位,比畅流期5240立方米每秒的相应水位还高1.3米,形成凌汛灾害。成灾原因,一是上游来冰量多,有源源不断的流冰自上而下在石空河段形成冰塞;二是封河后,上游来水猛涨,1967年12月6日,黄河上游刘家峡水库导流洞闸门失灵,下泄流量比封河时流量增大300~750立方米每秒,致使石空以上水鼓冰开,大量冰花冰块下潜在枣园上下,形成严重的冰塞。三是青铜峡水库蓄水位较高,阻碍流冰下泄, 该库1967年12 月下旬至1968年1月中旬,蓄水位比天然情况下水位抬高13米。因此,冰塞体不能下移,故在石空至枣园河段造成冰塞雍水灾害。

内蒙古段凌汛

黄河内蒙河段,地处黄河最北端,从宁夏的石嘴山市和内蒙古伊克昭盟的拉僧庙入境,至伊克昭盟准格尔旗马栅的榆树湾出境,干流全长840公里,总落差仅162.5米。泫河段河宽坡缓,逶迤曲折,虽地处上游,但在昭君坟至头道拐的河道比降已接近黄河河口的比降。黄河在内蒙古河段,区间的支流较少而且均为雨洪产流的时令河,冰期几乎无水补给,因此,内蒙古河段冰期来水绝大部分是兰州以上的来水。

内蒙古河段地处黄河流域最北端,高程海拔千米以上,离海洋距离远,暧温气流难以到达,常为蒙古高压控制,大陆性气候特征显著,冬季严寒漫长,气温在零度以下的时间持续45个月,最低气温可达零下35℃,这段河流冰冻期45个月,大部分为稳定封河段。由于河道流向自南向北,其上游甘宁夏段温度高,内蒙古段温度低,故河道流凌段溯源而上,而解冻开河则由甘肃、宁夏段逐渐向下发展,在自然情况下,内蒙古段包头的流凌封冻时间,常比兰州早20多天,而解冻开河时间却晚一个多月。

冬季内蒙古段河道流量一般在每秒400立方米以上。此段气温低、冰层厚,洪峰过境水鼓冰裂,造成大块流冰多,加之河势的作用,流冰密集卡冰结坝,使河道水位猛裂抬升,极易造成串堤决口、淹没成灾。

据不完全统计,内蒙古段解冻开河期,历史上年年均有程度不同的灾害发生,平均两年就有一次。1968年黄河上游刘家峡水库投入运用后,冰期调节了河道的水量和热量,使内蒙古段的凌汛发生了明显改变,灾害大为减轻。但是,凌汛复杂,影响因素多,在特殊情况下,仍有发生较大凌汛灾害的可能,黄河凌汛威胁并未彻底解除。因为上游水库离下游凌洪严重河段距离过远,上游水库的调节运用,并不能从根本上解除内蒙古河段的凌洪威胁,根据工农业生产的需水要求,不可能在解冻期完全断流;而且水库防凌库容有限,也不可能较长时间蓄水。因此,在现阶段,还需综合运用多种防凌措施,才能减轻或免除凌汛灾害的发生。

黄河,从河南省桃花峪到入海口称为下游,全长786公里,两岸筑有大堤,在山东垦利县注入渤海。下游河道上宽下窄,河道走向呈西南、东北方向,冬季经常受寒潮侵袭,日平均气温上下河段相差3~4℃,并且是正负交替出现,河道流量一般在每秒200~400立方米。由于河道、气象、水文等自然条件作用,下游每年都有凌汛,经常发生插凌、封河。新中国成立以来封河30多次,大多先由河口开始封河,而后逐段向上插封。一般年份封冻总长约400公里左右,最短40公里,最长703公里。开河则由上而下,冰水沿程积集,造成明显凌峰,并易在浅滩、急弯或狭窄河段受阻卡塞,形成冰坝,使河段水位迅速抬高,威胁堤防安全,甚至造成凌灾。

黄河下游凌汛在历史上曾以决口频繁、危害严重、难以防治而闻名。据历史上不完全统计,自1883年至1936年的54年中,就有21年凌汛期发生决口,平均五年二决口。即使在新中国成立初期,黄河下游山东河口地区仍发生过两次凌汛决口。历史上曾有“伏汛好抢,凌汛难防”、“凌汛决口,河官无罪”之说。新中国成立以后,黄河下游人民在党和政府的领导下,战胜了多次严重凌汛,扭转了历史上五年两决口的险恶局面,连续取得了49年凌汛未决口的伟大成就。

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