冰凌

簡介

當氣溫繼續下降，水溫達到和稍低冰凌於0℃時，河流開始在岸邊和水內結冰。河流結冰是在動水中結冰，與湖泊結冰不同。湖水結冰僅限於水體表面，深層水體仍保持高於0℃的溫度。河流由於水流的紊亂混合作用，水體失熱幾乎是整個水體同時進行。所以，河流不僅在水的表面形成薄冰和岸冰，而且在水內、河底形成水內冰。

冰凌演變

演變過程按照冰量的增減，可分為成冰、融冰兩個階段。從開始結冰到最大冰厚出現，稱為成冰階段；冰從開始消融直至春季河流中流冰終止，稱為融冰階段。按照凍的形態變化，可分結冰、封凍、解凍3個時期。從河流開始結冰日到冰花、冰塊流動停止日，稱為結冰期；從流冰停止日到冰蓋融解開始日，稱為封凍期；從冰蓋消融開始流動日到流冰終止日，稱為解凍期。狀態和要素主要冰凌狀態和要素如下：冰凇。漂浮於水面成細針狀或極薄片狀的冰晶，在流動中常聚集成鬆散的小片或小團。微冰。多在岸邊出現的透明易碎的薄冰。岸冰。沿河岸凍結的冰帶。因形成的時間和條件不同，又分初生岸冰、固定岸冰、沖積岸冰、再生岸冰和殘餘岸冰等形式。冰花。浮於水面或水中的水內冰、棉冰和冰屑等。流冰花。冰花隨水流流動的現象。流冰。冰塊或兼有少量冰凇、冰花等隨水流流動的現象。水內冰。在水面以下任何部位存在的冰。疏密度。測驗河段內，冰塊與冰花的平面面積與敞露水面面積的比值。敞露水面寬。測驗斷面上，固定岸冰以外的自由水面寬度。冰蓋。橫跨兩岸覆蓋水面的固定冰層。封凍及封凍日期。測驗河段內出現冰蓋，且敞露水面面積小於河段總面積的20%時為封凍。其開始出現的日期，為封凍日期。冰上雪深。冰面上未受擾動的積雪厚度。層冰層水。冰層中央夾有水層。錨冰。水面以下凍結於河底或建築物上的冰。清溝。封凍期間，河流中未凍結的狹長水溝。連底凍。從水面到河底全斷面凍結成冰。冰塞。冰蓋下面因大量冰花堆積，阻塞了部分過水斷面，造成上游水位壅高的現象。冰壩。在河流的淺灘、卡口或彎道等處，橫跨斷面並明顯壅高水位的冰塊堆積體。岸邊融冰。封凍冰層自岸邊發生明顯融化，出現冰上積水或敞露水面的現象。冰滑動。整片或被分裂的封凍冰層順流滑動一段距離後，又停滯不動的現象。解凍及解凍日期。測驗河段內，已無冰蓋，或敞露水面面積已超過河段總面積為20%時為解凍。其開始發生的日期為解凍日期。在較長河段內有上下貫通敞露水面者，俗稱開河。殘冰堆積。春季解凍後，沿河兩岸堆積的冰塊。冰期。河流中出現冰情現象的整個時期。封凍期。河流中出現封凍現象的整個時期。由於地形地貌的差異，河流形態及水量變化不一。因此，並非所有河流都會出現上述的冰情演變過程。譬如，在黃河下游，有的年份冷空氣活動頻繁，在0℃上下變幅亦大，一個冬季可有多次封凍、解凍過程。又如黃河上游某些河段及新疆部分河流，河道很陡，水流湍急，冬季只有流冰而不封凍。

變化因素

大體上可歸納為熱力、動力、河道特徵3個方面。熱力因素：第一種情況是水體得到熱量，如太陽直接輻射和散射輻射，地下水加入的熱量，水流運動產生的熱量。第二種情況是使水體失去的熱量，如水面或冰面的有效逆輻射。第三種情況是在一定條件下使水體得熱，在另一種條件下使水體失熱，如蒸發時失熱，凝結時得熱；降雪時失熱，降雨時得熱；大氣與水流的熱交換；河床與水流的熱交換等。對於一個河段，單位時間內水體總熱量的變化，可列水體熱量平衡方程式進行計算。一般情況下，在成冰階段，水流為失熱過程，在融冰階段，水流為得熱過程。動力因素：主要包括水位、流量、流速、風向、風速及波浪等。在封凍期，同樣的熱力條件下，如果流量大、流速快、順流方向的風速大，則水流的輸冰能力強，冰塊很難靜止下來，就能推遲封凍日期甚至不封凍；反之，則容易封凍。在融冰期，同樣的熱力條件下，如果流量大、流速快、漲差大、順流方向的風力強，則容易形成“武開河”；反之，則容易形成“文開河”。河道特徵：主要包括地理位置、河流走向及河道邊界條件等。在同樣熱力和動力條件下，有些河段先封凍，有些河段後封凍，有些河段容易形成冰塞、冰壩，有些河段則不容易形成冰塞、冰壩。一般來說，在陡彎、多彎處及沙灘較多處，先開始封凍，解凍時也容易形成冰壩。

普通性質

（1）水的結晶潛熱或凍的融解潛熱為80cal/g(=335J/g)；（2）純冰在0℃和一個標準大氣壓的條件下，密度為0.91689克每立方米（常取0.917）；（3）在0℃和1013.25hPa(=1 atm)的條件下，凍的線膨脹係數為52.7×10⁻⁶K⁻¹;體積膨脹係數為120×10⁻⁶K⁻¹；（4）比熱為2.06J/g.k；（5）導熱係數一般為21mw/(cm·k)；（6）強度受溫度、冰結構、加荷速度及試驗方法影響較大，尚無公認的計算公式和數據。抗壓強度範圍在0.3~5.5MPa/cm²；抗剪強度約為抗壓強度的1/2；抗彎強度約為抗壓強度的1/5。

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