冬季河流冰流量测验初探.pdf

第48卷第9期
甘肃水利水电技术
Vol48, No 9
2012年9月
GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECANOLOGY
p.,2012
?水文水资源?
冬季河流冰流量测验初探
王联合,黄开玲
(阿勒泰水文水资源劫測局,新疆阿勃泰836500)
摘要:通过对冬季河流冰流量测验工作总结,找到了适合北方河流冬季冰流量测验的有效方法。对准确掌握河道冰
流曼及其变化规律,防治冰情灾害具有重要的意义。
关键词:冰流量;测验方法;探讨;北方河流
中图分类号:P332.8
文獻标志码:B
文章编号:2095-0144(2012)09-0003-03
冰情成因
ー平均流冰疏密度
河流冰情现象是北方河流的重要特征。水流在3特征值的确定
运动的过程中不断的与大气进行热交换,当外界气
计算冰流量主要涉及以上几个特征值,因此,在
温降至0℃以下时,河流水面向大气散热,直到有效实际测验中选择合适的测验方法和测验断面是提高
混合层中的热量全部散尽,随着河流水温的降低并冰流量测验精度的关键。
低于0℃时,在流速较小的岸边产生岸冰,而在流速3.1断面的选择
较大的主流部分就会产生水内冰,即以冰花团的形
测验断面是否合理是提高冰流量测验精度的最
式分布在水流的各层中,并在运动过程中,通过增主要因素之一,从冰流量计算公式中可以看出,影响
长、聚合和在过冷却水中机械凝结形成较大、密集的冰流量的所有因素均由验断面所决定,因此,合理
环形冰花堆积,当外界气温回升至0℃以上,河流水选择冰流量测验断面就显得尤为重要,而良好的冰
面不断吸收大气热量,河流中的环形冰花团与水流流量测验断面应具备以下几个条件
进行热交换而融解,直至河流水温上升至0℃以上
(1)断面顺直,形态变化基本相似,水流集中
而消失。由于冰的密度较大,导热率低,因此,岸冰无较大的叉河,且测验断面上下游无阻水现象。
较冰花融解的速度要慢,当岸冰较宽时,由于表面融
(2)测验断面上游无跌水或水流形态急剧发生改
解使得冰层变薄,内部凝结力变小,在受水流的冲击变处,避免冰花或冰块物理形态变化影响测验结果。
作用下不断坍塌随水流运动,形成流冰块,这就是水
3)测验断面应远离蓄水建筑物或受人为因素影
流冰情产生和消亡的过程。
响较大的区域,尽量保持冰花或冰块自然运动形态。
2冰流量计算原理
从上述三个条件来看,选择冰流量测验断面的
冰流量是指单位时间内通过过水断面的冰花或原则可以概括为:水流和冰花的物理和运动形态在
冰块体积,计算原理与河道流量方法相同,区别在于测验河段及上下游一定范围内基本保持一致。
所计算的物质形态差异,因此,在测验方面,冰流量3.2散露水面宽
主要测定河道固态水的几个特征值,如:平均冰块或
敞露水面宽采用皮尺丈量或测距仪测量,每次
冰花速度、平均冰花厚、测验河段敞露河面宽、平均测量应固定同一位置。
冰花疏密度等主要特征值,然后采用式(1)进行冰流3.3断面平均流冰花或冰块速度
量计算。
首先选定测验河段位置,然后量取河段的长度,用
Q=Bhui
于测定测点流冰花或流冰块速度,采用式(2)计算:
式中:Q一冰流量(m3/s);
B-一敞露河面宽(m)
L
平均折实冰花厚(m)
式中
流冰花或冰块速度(m/s)
Dー一平均流速(ms)
T一流冰花或冰块在观测河段内运行的时
收稿日期:2012-08-13
作者简介:王联合(1968-),男,河南许昌人,主要从事水文水资源勘测。
2012年第9期
甘肃水利水电技术
第48卷
间(s);
各种方法互有优缺点,具体叙述如下
Lー一测验河段的长度(m)。
目估法是采用人工目测水面流冰花或冰块疏密
实际测验中,主要在主流位置测定流冰花或冰度,但观测值因人而异,随意性大,由于人工观测精
块速度,一般测取5~8个测点冰速,按水面浮标法度为0.1,而规范要求观测精度为0.01,因此,人工观
选择最长和最短历时之差不超过最短历时10%的测测观测误差至少大于10%,此法用于定性研究河道
点冰速3~5个,然后将选定的测点冰速算术平均即冰流量变化规律还可满足精度要求,其优点是方法
为断面平均流冰花或冰块速度,见式(3)。
简单,便于随时观测。
+D2+…+Un)
精测法是在测验断面上按冰花或冰块的分布情
况,在断面上布设若干条垂线,在每一条垂线测量冰
式中:訪一一断面平均流冰花或流冰块速度(m/s);
花或冰块在测量时段内通过的次数,然后统计各垂
01、2…-测点流冰花或流冰块速度(mk);线冰的出现次数与时段总数之比,即为各垂线的疏
nー一测点数。
密度,各垂线硫密度算术平均值为观测时段的断面
3.4平均折实冰花厚
疏密度。此法精度较高,能精确反映观测时段断面
(1)计算测点冰花折算系数:在测流断面位置
疏密度的平均分布情况,但由于需要的人数多,且在
选取冰花较为集中且具有代表性的位置进行冰花取室外操作,受观测气象因素较大,实际操作比较困难,
样,冰花采样器形式采用横截面25cmx25cm的正对于日观测的常观项目来说,实际操作性比较差。
方体,并秤取采样器重量。取样时,在断面不同位置
为解决上述两种方法的不足,在实践中总结出
由流动的冰花表面垂直向下至冰花底部截取冰花样摄影法观遡疏密度,此法就是在人工观测的同时,采
体,然后在采样器内量取冰花厚度、秤取冰花重量,用数码相机同时拍照河段水流平面图,然后对每次
最后采用式(4)计算出测点冰花么重ッ,而断面平拍照的图片采用专用软件量出冰花或冰块面积与图
均冰花么重为各测点冰花么重的算术平均值,采用
片中过水河段所包围的总面积,而冰花或冰块所占
式(5)计算,冰花折算系数采用式(6)计算,折实冰花
总面积的比值即为冰花疏密度,此法简单、操作性
厚采用式(7)计算。
强,对观测人员的观测水平要求不高,是野外观测比
100A
4)较合适的方法。采用摄影法需要注意的一点,就是
式中:y一测点冰花么重
拍照地点应固定,不亦轻易改变,而且拍摄的河段范
冰花重量(g);
围业应在观测河段的同一区域,这样就保证了测量
A一釆样器截面积(em2);
数据的一致性。
一冰花厚(m)
将各参数值代入式(1)即可计算出河段冰流量
结果,下面以新疆某河流1水文站2011-2012年冬
yV=(y+y+…+Yn)
季冰流量测验进行具体阐述。
式中:y、YyY。一测点冰花么重
该站测验河段颀直,上下游无水利工程,水流自
nー—测点数。
然、通畅,观测点位于水位基本断面,疏密度采用人
在此基础上采用式(6)计算冰花折算系数。
工目测和摄影法同时观测,但分析认为,摄影法精度
较高,因此,本站采用摄影法观测的疏密度,见图
0.91
(1站摄影法图片)。
(2)采用式(7)计算平均折实冰花厚度。
式中:h平均冰块厚或平均折实冰花厚度(m);
B-一冰花折算系数。
3.5平均流冰块或冰花疏密度
平均冰花硫密度采用施测