巴州河流冰情特性分析

陳　宇

(新疆巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 巴州 841000)

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巴州河流冰情特性分析

陳宇

(新疆巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 巴州 841000)

冰情是河流冬季獨(dú)特的水文現(xiàn)象之一。在對(duì)新疆巴音郭楞蒙古自治州(簡(jiǎn)稱“巴州”)12處水文站點(diǎn)多年冰情觀測(cè)資料整理分析的基礎(chǔ)上，深入研究巴州境內(nèi)河流冰情的時(shí)空變化規(guī)律，將對(duì)諸如冬季水電站的正常運(yùn)行、航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)、水工設(shè)計(jì)等方面具有很大的實(shí)際意義。

巴州；河流冰情；分析

巴州位于新疆維吾爾自治區(qū)南疆地區(qū)，占地面積約48萬(wàn) km2，有“華夏第一州”的美譽(yù)。境內(nèi)分布有內(nèi)陸第一大淡水湖博斯騰湖和開都河、車爾臣河、迪那河等數(shù)條主要河流，對(duì)這些湖泊及河流的冰情進(jìn)行系統(tǒng)分析，就是要了解和掌握冰情演變規(guī)律，有利于水工建筑物的安全運(yùn)行和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

1　巴州河流冰情及特性分析

1.1河流冰情

河流冰情，是指河水因熱量變化所產(chǎn)生的結(jié)冰、封凍和解凍現(xiàn)象，也就是從氣溫降到0℃以下，河水中開始結(jié)冰到氣溫轉(zhuǎn)正，流冰全部消失的冰凌發(fā)生、變化和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的統(tǒng)稱。

結(jié)冰是指當(dāng)氣溫下降到0℃以下，水面蒸發(fā)的水分子凍成冰晶，落回水面，水中出現(xiàn)凝結(jié)核，產(chǎn)生水面或水中冰晶。封凍經(jīng)歷冰蓋形成與冰蓋增厚兩個(gè)階段，當(dāng)流冰冰質(zhì)較硬，呈圓盤狀，而且寬度大于整個(gè)水面寬約70%時(shí)，在排泄不暢的狹窄段、陡彎和淺灘等處，凌塊受阻，互相凍結(jié)，逆流而上，形成冰蓋，出現(xiàn)封凍。解凍是指氣溫回升至 0℃以后，河岸土壤吸熱較冰層多，沿岸冰層首先消融，出現(xiàn)自由水面，稱脫岸，如果上游來(lái)水溫度較高，會(huì)加速冰蓋下部融化，在水流或大風(fēng)作用下，產(chǎn)生冰層滑動(dòng)，甚至斷裂現(xiàn)象。

巴州境內(nèi)觀測(cè)冰情的水文測(cè)站有12處，觀測(cè)年限從幾年到數(shù)十年不等，各河流對(duì)應(yīng)觀測(cè)站點(diǎn)的冰情特征值詳見巴州各河流多年冰厚及冰情統(tǒng)計(jì)表1。

表1　巴州各河流多年冰厚及冰情統(tǒng)計(jì)表

備注:1.最大河心冰厚根據(jù)有實(shí)測(cè)資料的年份統(tǒng)計(jì);2.大山口站水流較急,一般只有岸冰而不封凍,個(gè)別年份上下游可出現(xiàn)冰橋;3.迪那河冬季流量很小,容易封凍；4.開都河各監(jiān)測(cè)站從上游至下游依次排列。

1.2冰情特性分析

影響河流冰情的因素很多。根據(jù)對(duì)巴州河流冰情的分析，有以下幾個(gè)主要因素：即:氣溫與水溫、河道形態(tài)、緯度與高程、水工建筑物等。它們都直接影響河流冰情生、消的全過(guò)程，以及一些特殊冰情的發(fā)生。

1.2.1氣溫與水溫

河流無(wú)論結(jié)冰、封凍或解凍均與氣溫的變化有密切的聯(lián)系，氣溫對(duì)水溫的影響最為直接，而氣溫又與緯度和海拔高程有作密切關(guān)系，幾者相互作用，相互影響。如表1中的開都河流域，氣溫隨高程升高而遞減，流域最早初冰發(fā)生時(shí)間順序也是自上而下排列的，巴音布魯克為9月15日、山恨土海為10月10日、大山口為10月22日、焉耆為10月26日、寶浪樞木分水閘為11月2日，而最晚融冰發(fā)生時(shí)間順序卻是自下而上的。另外，從各河流平均封凍天數(shù)來(lái)看，整體呈現(xiàn)北部較南部長(zhǎng)，山區(qū)較平原長(zhǎng)的特點(diǎn)。以上所述從多方面說(shuō)明了氣溫與水溫對(duì)冰情的影響是最為直接的。

1.2.2河道形態(tài)

包括河道寬度、順直程度、縱坡降等，直接影響著水流速度，水流湍急的河流，封凍天數(shù)較少甚至全年不封凍。如表1中的開都河大山口水文站所處河段，因縱坡較陡，水流較急，全年均不封凍，而上游的巴音布魯克水文站以及下游的焉耆水文站等，因所處河段坡度較緩，水流較慢，冬季有長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的連續(xù)封凍期。

1.2.3緯度與高程

太陽(yáng)輻射直接影響河冰的生消。影響太陽(yáng)總輻射的因子大致有:天文、地理、幾何、物理、氣象等五類?，F(xiàn)著重探討地理因子中緯度與海拔高度對(duì)河流冰情的影響，它是河流所在地域氣候變化、冰情生消過(guò)程的決定性因素。由表1中的最早初冰日期、開始封凍日期、解凍日期以及最晚融冰日期等冰情特征值可以看出，各特征值出現(xiàn)日期有明顯的水平和垂直地帶性，即自北而南、從山區(qū)向平原推遲的特點(diǎn)。如在同一經(jīng)度上，巴州北部的開都河大山口水文站較南部的車爾臣河且末水文站最早初冰日期要早8天，而最晚融冰日期要晚8天；又如開都河流域的山區(qū)水文站巴音布魯克較平原水文站焉耆最早初冰日期要早約40天，而最晚融冰日期要晚約40 d。充分說(shuō)明了緯度與高程也是影響河流冰情的重要因素之一。

1.2.4水工建筑物

河道上修建水工建筑物后，將明顯改變上下游的水力、熱力條件，由此會(huì)產(chǎn)生新的冰情問(wèn)題。如開都河大山口水文站測(cè)驗(yàn)河段上游修建有大山口電站水庫(kù)，該水庫(kù)調(diào)蓄了水流熱量，即使是在最為嚴(yán)寒的12月、1月、2月，其測(cè)驗(yàn)斷面出的多年平均水溫均在0.3℃以上，致使下游河道有一段距離全年不封凍。由此可見，水工建筑物也會(huì)在一定程度上影響其附近河段的冰情特征。

2　冰情對(duì)河川水文情勢(shì)的影響

巴州各河流冰情對(duì)河川水文情勢(shì)的影響主要表現(xiàn)為：

2.1起固體水庫(kù)的作用

巴州為水資源貧乏地區(qū)，水資源極為緊張，河水的主要用途是工業(yè)生產(chǎn)，而春季往往是巴州農(nóng)業(yè)最為缺水的季節(jié)。河流形成冰體有利于將冬季部分水量已固體水庫(kù)的形式滯蓄與河道中，待春季氣溫升高時(shí)融化補(bǔ)給河水，在一定程度上有利于緩解春季農(nóng)業(yè)用水。

2.2冰洪

一些河流的河段，由于河道冰花堵塞，發(fā)生壅冰現(xiàn)象，抬高水位，從而形成冬季洪水。如開都河和靜縣上游鄉(xiāng)于1966、1974、1984年12月均發(fā)生過(guò)冰洪，特別是1984年12月25至26日發(fā)生冰洪，造成倒塌房屋51戶，淹地6600畝(表層有機(jī)土被沖走)?？兹负訋?kù)爾勒大橋以及和什力克鄉(xiāng)也均發(fā)生過(guò)壅冰溢水的情況。

2.3冰災(zāi)

氣溫回升到0℃及以上時(shí)，由于土壤吸熱較冰層多，所以沿岸冰層首先消融，如果此時(shí)上游來(lái)水溫度較高，冰蓋快速融化，再加上大風(fēng)作用，就會(huì)產(chǎn)生冰層急速斷裂現(xiàn)象，在大風(fēng)作用下各斷裂冰層快速向同一方向移動(dòng)，相互疊加，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生破壞性極強(qiáng)的推動(dòng)力，從而導(dǎo)致災(zāi)難的發(fā)生。如博斯騰湖曾經(jīng)發(fā)生的冰災(zāi)，導(dǎo)致湖泊附近居民房屋不同程度受損，原博斯騰湖水位站房屋及測(cè)驗(yàn)設(shè)施也被損毀，給國(guó)家和人民的財(cái)產(chǎn)帶倆了損失。

3　結(jié)語(yǔ)

河流冰情對(duì)河川水文情勢(shì)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要意義，巴州地域面積大，而河流冰情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)太少，在很大程度上制約了冰情預(yù)報(bào)工作的開展，建議政府部門應(yīng)加大重點(diǎn)河、湖冰情監(jiān)測(cè)投入，相關(guān)水利部門應(yīng)加快推進(jìn)冰情預(yù)報(bào)試點(diǎn)工作，進(jìn)一步完善冰情資料收集、整理、分析、預(yù)報(bào)系統(tǒng)，從而更好為漁業(yè)、農(nóng)業(yè)以及水利工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行提供有力保障。

[1]周文盛.阿勒泰地區(qū)河流冰情特征.干旱區(qū)地理.1998.

[2]馬喜祥.中國(guó)河流冰情.黃河水利出版社.2009.

2016-02-01

陳宇(1983-)，男，貴州習(xí)水人，工程師，主要從事水文水資源分析、評(píng)價(jià)工作。

P332.8

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1004-1184(2016)04-0152-02