开河期冰坝预测方法研究进展

对国际上现有各种冰坝预测模型进行分析比较,并讨论了各自的优缺点。认为现有的大多数模型是针对某一特定河段建立的,没有一种模型具有明显优势;各种模型的预测结果均具有较大取伪误差,模型中参数选择具有任意性。提出了进一步的研究方向:为了减小预测误差,应增加模型中的变量,并采用统计方法如逐步回归法确定模型变量;为了评价预报结果的可靠性,应对预测误差(包括取伪误差和弃真误差)进行定量分析;对冰坝形成及溃决的机理应进行深入研究。

河渠冰水力学研究进展和趋势

从河渠冰水力学基本理论7个方面(水热循环机理、流冰形成输移扩散机理、锚冰岸冰形成发展释放、封河冰塞机理、开河冰坝机理、水工建筑物冰塞机理、水冰沙互馈作用机理)、河渠冰情预测预报及过程模拟、河冰关键参数观测技术与装备等层面介绍了国内外的河冰水力学研究的主要进展和动向,剖析了当前科学研究和工程应用研究中存在的难题,并从理论和技术角度阐明了相关原因并指出方向.总结提出了河渠冰水力学未来需要重点开展的研究,如在河渠冰水力学基本理论拓展方面,应进一步完善现有河冰理论框架,尤其是河流锚冰生长和释放过程、卡冰和初始冰盖形成的热力-动力-地形特征影响的定量化机制、复式断面冰盖下水力特性和河冰运动与岸滩侵蚀过程中的水冰沙耦合作用机理等;在变化环境下的冰情预报方面,应多尺度结合,进一步探索中长期气候变化或短期极端情况对北方河流冰情的影响,尤其是研发不同尺度区域、长短期结合的水文-水力预测预报模型技术,对于科学研判河流冰情未来情势具有指导意义;在冰凌灾害全过程监测与防控技术装备方面,应进一步研发能反映冰塞内部渗流、冰塞内摩擦力以及冰塞冰坝内部反映其演化过程的关键监测传感器和装备,弥补现有观测的不足;在冰湖溃决模拟等方面,应加大观测力度并多学科交叉,注重开展低温条件下冰湖溃口演化的机理试验探索,尤其是研究水流冲蚀溃口冰碛土下切和坍塌过程等.

冰盖前缘冰坝形成及演进过程的离散元-水动力学耦合分析

基于冰盖影响下冰坝形成和演进的动力特性,该文针对冰坝与冰盖相互作用及冰盖破碎问题,在离散元河冰动力学模型的基础上,发展了具有冻结破碎功能的黏结失效模型,对碎冰在冰盖前缘堆积形成冰坝以及冰盖前缘破碎、冰坝推进下移的过程进行模拟。模拟结果显示:该模型能够较全面地描述冰盖前缘冰坝形成和冰盖破碎冰坝推移的过程;冰盖会导致堆冰发生在冰盖前端或冰盖底部,冰坝体的平衡状态受到来冰量、河道边壁阻力、冰盖强度和水力等因素的影响;冰盖在水位变化条件下先沿河岸纵向断裂,进而冰坝与冰盖前端作用并向下游推移,冰坝推移过程中冰坝与冰盖的作用力是累积-释放的循环过程;由冰盖前端破碎产生的碎冰会造成更严重的堆冰和河道壅水。模拟结果对现场观测难以捕捉到的动力过程及过程中水力、冰力等信息做出了描述,可为冰坝形成和演进的机理研究及冰区凌汛的防治提供参考。