武开河的边壁阻力判别准则

春季河道武开河可能导致冰坝形成,但至今仍缺乏以力学机制为基础上的开河预测方法.根据水动力学及固体力学基本理论,提出了以河道纵向冰缝处冰层残余抗剪强度为基础的边壁阻力判别准则,可用于武开河的开河预测.应用黄河河曲段1987年和1988年冬季原型观测资料对纵向冰缝处的残余抗剪强度进行了分析研究,并进而提出了其临界值.观测资料包括开河日期,河道宽度,流量及冰盖厚度.结果表明,初始开河期冰缝处的剪切应力年际变化不大.

春季河道武开河与文开河的判别准则初探

根据春季河道武开河初始发生时的边界约束条件,提出以开河期水位增值作为河道开河方式的判别准则。对于某一特定河段,存在一个高于稳封期最高水位的水位增长值,该值可作为区别武开河与文开河的临界值,其大小近似与稳封期冰盖体最大厚度成正比。应用黄河昭君坟水文站原型观测资料对所提出的判别准则中的参数进行率定,使该准则可以用于河道武开河或文开河的判别。

武开河的边界约束判别准则

根据封冻河道春季冰盖破裂机理，采用弯曲河道边界约束概念，提出可用于预测武开河发生的判别准则，并对其适用性进行了论证。应用黄河河曲段1985—1994年的原型观测资料对该判别准则进行验证，结果表明该准则可以较好地用于河道武开河的判别。

基于力学分析的武开河模型研究进展

寒带河流在春季往往会由于水力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。武开河期间主要由于气温的突变或上游流域有集中性的降雨,导致河道水流量激增、水位迅速上涨,迫使冰盖发生破裂而开河。这一现象会导致冰坝形成,进而形成自然灾害。该文基于力学分析推导出开河模型作为河冰研究的一部分,能够对冰情进行有效的预测。

新疆额尔齐斯河南湾水文站开河规律探讨及武开河成因分析

1997年3月29日额尔齐斯河南湾水文站发生了有记录资料(1985年12月至今)以来唯一一次特殊“武开河”解冻冰情现象,冰情极其特殊且影响后果严重,有必要全面分析其特殊冰情现象、特征及其影响因素。利用“1997·3·29”推冰前后的实测冰情、气温、水位等资料,对特殊“武开河”推冰现象、特征及其主要影响因素进行分析,结果显示:相较于其他年份解冻期气温缓慢稳定上升,这次“武开河”推冰现象发生前气温偏低;受气温转正时间短,气温偏低和冰厚较厚因素制约,“武开河”冰情发生前整个河流断面无推冰迹象,岸边无融冰,只有冰上流水现象;上游开河略早,来水量增加迅猛。“武开河”发生与最大冰厚间无必然因果关系,但上游来水量的急剧增加,水位快速上涨对于“武开河”解冻冰情现象的发生起了决定性作用。新疆阿勒泰地区发生冰凌溃坝型洪水的风险较低,对冰凌灾害的研究与预防方面应主要加强对推冰现象及过程的研究与预警方面。

基于塑性破坏的武开河应力判别式研究

寒区河流在春季往往会由于水力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,进而形成凌洪灾害。基于弹塑性力学分析,得到了考虑塑性变形的开河极限应力计算公式,与仅考虑弹性变形的极限应力公式相比,前者计算结果约为后者的1.39倍。通过黄河河曲段实例应用分析表明,开河前夕,将冰盖视为弹塑性材料,比视为完全弹性材料能够更好地消除判别结果误差,可为武开河判别提供理论参考。

开河期冰盖纵向冰缝形成机理

春季河道武开河可能导致冰坝形成,至今仍缺乏以力学机制为基础的开河预测方法。春季河道径流增加导致与岸壁冻结的冰盖底部产生上举力,并引起纵向冰缝产生。利用力学分析中弹性基础上的梁理论对开河期冰盖纵向冰缝形成机理进行了研究,提出了纵向冰缝间距解析表达式,可用于开河期冰盖断裂预测。应用原型观测资料对提出的纵向冰缝间距理论表达式进行了验证分析。研究结果表明,开河期纵向冰缝间距计算值与实测值吻合较好。

开河期冰盖横向冰缝形成机理

春季随着流量或水位增加,冰盖底部受水流上举力作用发生弯曲,首先在岸壁附近形成纵向冰缝,破坏冰盖与岸壁的冻结,导致冰盖体中间部分与岸壁脱落分离。采用弹性基础梁的理论及计算方法,通过对冰盖体弯矩及弯曲应力分析,针对平面弯曲和垂直弯曲两种弯曲形式导致冰盖体横向冰缝形成机理进行了研究,并提出了横向冰缝间距的计算表达式。计算结果得到了实测资料的验证。研究结果表明,横向冰缝间距与开河初期冰盖宽度、厚度、冰的抗弯强度及地貌特征有关。

水力与热力耦合的开河判别准则

寒带河流在春季往往会由于水力和热力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,造成巨大的自然灾害。通过冰盖断裂机理的力学分析,耦合热力对冰盖材料性质的影响,提出了一种开河判别方法。应用黄河河曲段实测原型资料进行验证分析,结果表明该准则判定结果与实际相符,是一种行之有效的判别准则。

利用水位变化的黑龙江开河方式和开河日期预报

天然河道发生武开河时容易产生冰塞冰坝,造成凌汛灾害。在分析破冰水位和实测日水位的基础上,提前准确预报开河方式和开河日期并及时采取相应防范技术,是防凌减灾的一项重要非工程措施。基于冰盖挠度破坏原理,在利用水位变化判断开河模式的研究基础上将一维冰厚模型的度日法进行优化,计算河道冰厚变化,预报2015-2018年黑龙江开河方式及开河日期。结果表明:开河日期预报除2017年预报值和实测值误差1天,其余年份均完全相同;开河方式预报除因2018年开河水位过低导致水动力不足影响到预报的准确度外,其余年份预报值和实测值相同。

弯曲冰块在顺直河段中的输移条件

针对弯曲冰块在顺直河段中的输移条件,以春季封冻河道的冰盖破裂机理为基础,根据水动力学、热力学、固体力学及气象水文等学科理论,综合考虑水力、热力、河势及地貌特征等影响因素,引入顺直河道固体边壁的约束条件,建立力学分析模型,进而提出了弯曲冰块在顺直河道中输移所需最小流量即临界流量的判别准则,并对其适用性及相关参数进行了研究分析。应用黄河河曲段的原型观测资料对该准则及相关参数进行了率定及验证,结果表明提出的针对弯曲冰块在顺直河段输移的临界流量计算值与实测值较为接近,可以认为该输移判别准则能够较好地用于判别弯曲冰块在顺直河段中的输移情况。此外,根据实测资料提出了反映热力消融对冰盖体厚度减小、强度降低等的综合系数表达式,可用于没有开河历史观测资料河道的冰情研究。

分层计算冰盖弹模对冰盖破裂的影响分析

春季由于流域气温突升或在开河期有集中降雨,导致河道流量剧增、水位迅涨等情况发生,由此形成较大的涌水波向下游传播,作用于下游的冰盖,并导致冰盖破裂。基于弹性地基梁理论,针对涌水波对下游冰盖的作用机理及冰缝形成进行了研究,尝试性采用分层计算的方法处理冰盖的弹性模量,计算结果表明冰盖的破冰波长和裂缝位置范围略有减少,获得了更符合工程实际的理论解析解。