冰塞水位分析

高纬度地区河流冬季常形成冰塞,冰塞堵塞过流断面,使湿周增加,致上游水位升高,常因此产生凌洪灾害,冰塞的解体、溃决又常使下游产生灾害。冰期水位是冰塞演变和发展的重要结果之一,对于防灾减灾具有重要的参考价值。依据实验室资料和黄河河曲段的实测资料,针对直道和弯槽,对比分析了不同冰流量、不同初始水深和流速时模拟冰塞和天然河道冰期水位的变化规律。     

基于人工神经网络预测弯道段冰塞壅水

寒冷地区河流冬季常形成凌洪灾害,冰情的预报和预测大致可分为冰塞出现的位置、上游水位升高和开河冰塞的预报.依据实验资料,分析了弯槽段冰塞壅高上游水位和佛汝得数以及冰流量之间的变化关系,采用BP网络对水位壅高及弯槽断面水位进行了模拟预测并和回归分析的结果进行了对比,结果表明:人工神经网络技术可以提高对水位的模拟预测精度.     

桥墩影响下冰塞水位变化规律的试验

采用聚乙烯颗粒为天然冰模拟材料,对桥墩影响下的冰塞水位变化规律进行了探索性试验研究.试验发现,有桥墩时,冰塞演变可分为冰塞越过桥墩和未越过桥墩两种情况;冰塞动态演变过程中,桥墩附近冰塞底部存在冲刷现象,由此产生的冲刷输冰流量会引发较为复杂的冰塞水位演变过程.研究表明,有桥墩条件下,水力及来冰量条件对平衡冰塞时的水位增值影响规律与无桥墩时基本一致;水流条件和来冰流量相同条件下,当冰塞能越过桥墩达到平衡时,墩径较大时水位增值也较大,在断面阻塞程度相同条件下,双墩水位增值大于单墩.     

天然河道冰塞演变发展的数值模拟

应用河流动力学和热力学等原理,建立了冰塞形成及演变发展的冰水耦合的综合动态数学模型,并利用黄河河曲段原型实测资料进行了验证,同时对冰塞体厚度和水位的演变规律进行了研究分析。计算结果表明:提出的数值模型能较好地模拟河道封冻过程中冰塞体的发展演变过程。     

河流冰塞数值模拟进展

冰塞是高纬度地区河流凌汛的主要诱因.为防凌减灾,围绕着河冰问题的试验研究、原型观测和数值模拟,国内外学者展开了大量的研究.就数值模拟方面,综述了国内外学者在河冰一维、二维数值模拟方面的研究成果;重点描述了Shen的一维模型和模拟冰塞体溃决的二维模型及其在实际中的应用;在评述和分析各模型特点的基础上,尝试提出了今后的发展方向.     

桥墩墩型对平衡冰塞水位影响的试验研究

冰塞的出现使上游水位壅高,极易诱发凌洪灾害。桥墩墩型是影响桥墩附近冰塞壅水的重要因素之一。通过模型试验,对不同墩型影响下的平衡冰塞水位增值过程进行研究,并与无桥墩条件和明流情况进行了对比。试验结果表明:在试验冰水流量比条件下,当Fr≤0.145时,无桥墩条件下平衡冰塞水位增值小于有桥墩;当Fr>0.145时,无桥墩条件下平衡冰塞水位增值大于有桥墩;桥墩墩型引起的平衡冰塞水位增值由大到小排序为长方形桥墩、尖端形桥墩、圆端形桥墩和圆柱形桥墩。易发生冰塞的河段,建造桥梁时应当尽量选用圆柱形、圆端形桥墩。     

南水北调典型倒虹吸防冰塞安全运行试验

研究倒虹吸等局部水工建筑物的防冰塞安全运行条件对于南水北调输水工程的冰期安全运行有着重要的意义。通过真冰条件下的倒虹吸冰水动力学试验,模拟了不同水力条件时冰块在倒虹吸进口前的堆积和演变过程,得到了倒虹吸防冰塞安全运行时各相关水力参数间的关系。根据实验结论对南水北调中线工程京石段倒虹吸的冰期输水能力和调控进行了分析,为该输水工程倒虹吸冰期的安全运行提供参考。     

万家寨水库冰塞计算方法探讨

通过对冰塞体的受力分析找出影响冰塞河段稳定流速的因素, 利用万家寨水库冰塞实测资料建立了稳定流速计算的经验关系式.稳定流速计算公式与有压管流能量方程联解求出各断面测压管水位和冰盖底部高程, 根据浮力原理求出冰塞河段的冰面高程.经实测资料验证, 结果精度较好, 达到设计要求.     

过渡段对连续弯道水流影响的数值模拟

通过分析不同长度的过渡段对连接连续弯曲河道后弯水流的影响,探讨航道整治工程设计中过渡段长度的确定依据。在模型试验资料验证的基础上,采用RNG k-ε湍流模型和VOF方法处理自由水面的水气两相流数学模型,对连续弯道水流进行模拟计算。对比不同过渡段长度条件下后弯水流特征的变化情况,发现增加过渡段长度可以减弱前弯对后弯水流的影响。当相对过渡段长度大于一定数值后,后弯的特征水流情况保持稳定,增加过渡段长度所引起的减弱前弯水流对后弯水流影响的效应基本丧失。以后弯水流条件趋于稳定为特征定义临界过渡段长度,可作为航道尺度设计中过渡段长度取值的计算基础。     

无定河流域下游段河冰形成演变的数学模型研究

冰凌是北方河流冬春季常见的现象, 由于环境因素的变化, 河道冰情也在不断的变化, 甚至在一些地区出现凌汛灾害. 根据冰塞形成发展的机理, 利用水力学模型和热力学模型模拟研究了无定河流域下游段丁家沟至白家川的每年春季河流水位、封河日期和开河日期. 模拟结果较为理想, 并分析了形成凌汛的原因, 旨在给该区域水循环研究、水资源的开发利用、水土保持等工作提供有力的科学技术支持.     

黑龙江呼玛段炸药破冰试验研究

黑龙江几乎每年开河期都有不同程度的冰坝发生, 由此引发的洪水泛滥给人们生命财产带来了巨大损失, 而防凌爆破是预防冰坝发生的主要手段之一。为了确保开河期间不发生因冰坝造成的凌汛灾害, 2018年开河前在黑龙江呼玛段实施防凌爆破。通过冰厚、 水深同步测量的冰水情数据分析, 找到河道狭窄、 流速缓慢的地方为冰坝潜在发生的位置, 采取针对性的爆破。分析了爆破坑实测直径与炸药用量、 冰厚、 水深间的关系, 并将爆破后呼玛段测量数据带入本项目组提出的爆破坑半径计算新公式中, 计算值和实测值较为接近, 可为北方高寒区河流冰下爆破提供参考。     

黄河封河期冰凌预警地电测试技术研究

黄河流域地形地貌相差悬殊,受西伯利亚和蒙古一带冷空气的影响,冬春季干、支流有不同程度的冰情出现.由于黄河凌情来势迅猛,水位急剧壅高,易决口成灾,开展冰凌预警研究是十分必要的.黄河封河期冰盖下流凌量及冰塞体的生长状况是黄河冰凌预警的关键要素,采用地电测试技术,对冰水两相流进行视电阻率测量,绘制电测深曲线,数字化模拟冰凌参数,评估冰塞体的生长及冰块堆积状况,为防凌减灾提供预警服务.测试结果表明,平稳流凌时,测深曲线经子波分解后阈值为10Ω·m左右,当出现局部冰塞时阈值达到100Ω·m左右,数值易于区分,基于电测深曲线的差异性进行冰凌预警的方法是可行的,可为防凌减灾提供预警服务.     

黄河河曲段冰塞水位的分析计算

本文根据黄河河曲段６年的实测资料，分析了该冰塞河段冰期水位的变化规律，讨论了该河段冰塞水位的变化与冰塞演变的相互关系。建立了冰塞水位变化的参数关系式，基于原型的观测研究，对试验室模拟冰塞的水位进行了分析研究，研究表明：试验室模拟冰塞水位的变化规律与天然河道中冰塞水位的变化规律相同。由此，可以进行冰塞水位的计算及其预报。     

Mobilization of metal-contaminated sediment by ice-jam floods

 A large river ice jam and associated flooding in February 1996 on the Blackfoot and Clark Fork Rivers of western Montana mobilized large amounts of fine-grained sediment. Metal concentrations in sediment downstream from a reservoir containing large amounts of contaminated sediment were enriched in metals after the ice jam, while open reaches above the reservoir were diluted by ice-jam processes. This varied response shows the importance of understanding ice jam events to sediment and metal transport and suggests that ice jams must be considered as important agents affecting sediment metal concentrations in rivers. Received: 4 December 1997 · Accepted: 23 February 1998     

An anisotropic elastic‐decohesive constitutive relation for sea ice

Thermodynamic growth or melt and mechanical redistribution due to lead opening or ridge formation shape the thickness distribution of the Arctic ice cover and impact the overall strength of pack ice. Specifically, the deformation and strength of ice are not isotropic but vary with the thickness and lead orientation. To reflect these facts, we develop an anisotropic, elastic‐decohesive constitutive model for sea ice together with a model to describe an oriented, ice thickness distribution. The tight connection between the mechanical response and the thickness distribution is an improvement over a previous model that only depended on the average ice thickness. The model describes mechanical responses anisotropically in both the elastic and failure regimes. In the elastic regime, the constitutive relation implicitly reflects strong and weak directions of the pack ice depending on the distribution of thin ice (including open water) and thicker ice (e.g., multi‐year ice or ridges). In the failure regime, the model predicts both failure initiation and the lead orientation. Evolution from initial failure to complete failure when traction‐free crack surfaces are formed is also modeled. Crack or lead width is determined during the evolution. Various examples of failure surfaces are presented to describe the behavior of modeled ice when the thickness distribution varies. The model predictions are also illustrated and compared with previous modeling efforts by examining regions of ice under idealized loading. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.