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1、河流防凌安全流量的分析方法,防洪工程论文河道的凌汛灾祸主要是由于河道内产生冰塞或冰坝、壅高水位造成的。 一般情况下，引发冰塞或冰坝的因素主要有下面三个： 一是容易构成冰塞或冰坝的河道形态条件；二是适宜构成凌汛的不利气候因素；三是适于产生大量流冰的水流动力因素。实践证明，在尚不能改变河道边界条件和不利的气候因素的前提下，根据短期较有效的气温预报和下游的凌情适时地调控上游来水量，使封、开河期上游来水均匀平稳，避免不利的动力条件和不利的气候条件相遭遇， 是缓解河段凌情、减轻或避免凌灾的重要手段。 因而， 河流防凌安全流量就是经适时调控后的上游来水量，是防凌调度一个重要基本参数。 显而易见，河流防凌安
2、全流量包含三个方面的内容： 一是从何时开场调控，何时结束调控，即调控的开场时间和结束时间；二是调控的流量是多大，即凌汛期河道内维持多大的流量对于河道的防凌来讲是比拟安全的； 三是调控的流量经过，即在调控的经过中维持如何的流量经过，对河道的防凌来讲是比拟有利的。 河道的凌情影响要素较多，且互相制约和影响。除了热力条件、水动力因素等条件外，河道边界条件也是凌情发展并构成凌灾的重要因素。 由于凌汛期河道安全流量问题本身较为复杂，影响因素诸多，鉴于篇幅所限，本次仅对河道边界条件不发生明显变化条件下防凌安全流量的分析方式方法进行初步讨论。 对于河道边界条件发生明显变化的河段，还应分析河道冲淤引起的平滩流
3、量和冰下过流能力变化等情况，该方式方法能够参考使用。 2、 河流防凌安全流量的分析方式方法 2.1 分析河流凌情及凌灾基本特点 分析河流的凌情和凌灾基本特点是研究河流凌情演变规律的基础工作，该项工作的主要目的是为了对流域的凌情有初步的认识，并能够确定研究流域的凌汛期划分时间。 主要包含下面几个内容： 1分析河流的自然地理和河道特点。 包括流域的地理位置和河流走向、河道的纵横断面变化等基本特点。 河道的边界条件对凌汛的影响是非常重要的，对动力条件有重要的制约作用。 2统计分析河道内凌情基本特征值。 包括开场流凌时间、结束流凌时间、开场封冻时间、结束封冻时间、封冻长度、流凌密度等基本凌情参数，进而
4、能够初步了解研究流域的凌情基本特点，并确定和划分河流的凌汛期。 3统计分析流域内凌汛期气温资料。 包括多年平均气温、极端最低气温、极端最高气温、累积负气温、气温变化曲线等， 进而能够了解和认识凌汛期流域的气温变化规律以及气温与凌情的基本关系。 4统计分析凌汛期河流的径流特点。包括凌汛期径流量、径流经过、径流地区分布规律。在这里基础上，能够分析统计河道内各河段的槽蓄水增量。该项工作中，需要着重分析流域内大中型水利枢纽工程对凌汛期径流经过的影响。随着水利水电开发程度的逐步提高，很多流域内兴建的大中型水利枢纽工程具有较大的调蓄功能，往往在凌汛期发电运用，会对河道的凌情产生较大的影响。 5在上述分析的
5、基础上，总结河道内的凌灾基本特点和成因。凌灾的成因一般包括流域自然地理特点、热力因素、河道边界条件、水动力因素等几方面。 通过分析，能够提出河道内凌灾的主要致灾因素。 2.2 分析比照有无凌灾年的流量经过 利用实测气温和流量资料分析确定河道凌汛期安全流量是常用的方式方法之一。 该方式方法利用流域凌汛期的气温和流量观测资料， 分析在大致一样的气温条件下凌灾年份和非凌灾年份的流量变化经过， 分析流量与凌灾的基本关系， 并重点研究凌汛灾祸最为集中时段的流量变化情况， 通过比照分析不发生凌灾时河道内实测安全流量，合理确定气温基本类似的条件下，河道内不易发生冰凌灾祸的河道安全流量及其经过。可见，该方式方
6、法必须有三个前提， 一是河道的边界条件没有明显变化，二是流量的监测断面必须一致，三是有无凌灾年份的气温经过基本类似 包括气温变化趋势和累积负气温。 2.3 分析河道冰下过流能力 一般情况下， 河道冰下过流能力根据水文测站实测断面和流量资料综合分析确定， 但往往河段内水文测站较少。 所以， 能够根据以往冰凌运动机理研究成果，选取多个代表断面进行数值分析计算，分析冰期的河道冰下过流能力。根据国内外学者的研究， 封冻冰盖稳定性即冰盖下安全流量符合傅汝德数所反映的临界稳定性准则。 根据(凌汛计算规范SL428-2008，当冰盖前缘水流的傅汝德数 Fr 大于临界傅汝德数 Frc时， 或冰盖前缘水流流速
7、υ 大于冰花下潜临界流速 也称幅所限，本次仅列出冰凌灾祸较为严重的 19871988 年为典型年，采用气温较接近、无冰凌灾祸的 19771978年进行比照分析。 两个有无灾祸典型年的选择知足前述的三个前提， 即河道的边界条件没有明显变化，流量的监测断面基本一致，有无凌灾年份的气温经过基本接近。 具体见表 1 和图 1、图 2。 从 19871988 年等多个典型年份及其相应的比照年份的气温和流量经过分析，在气温条件比拟接近的情况下，有、无灾年份的流量经过共同具有下面几个方面的特点： 1从凌汛期的流量经过来看 ，有灾年份流量经过没有固定的变化规律，忽大忽小，无灾年份的流量经过表现
8、为从 11 月份至翌年 2 月份逐步递减的经过，至 3 月又逐步回升的特点，这种变化特点也与流域的气温变化特点基本吻合。 2从凌汛期的流量大小来看 ，有灾年份凌汛期流量偏大， 凌汛期平均流量基本上均大于 200m3/s，无灾年份凌汛期平均流量相对较小，十分是凌情集中发生的 12 月至翌年 2 月， 有灾年份的平均流量在200m3/s 左右，无灾年份的平均流量一般在 150m3/s 左右，有灾年份比无灾年份，该时段平均流量偏大 20%以上，最大的偏大 60%以上。 3从凌汛期的流量波动幅度来看，有灾年份的凌汛期流量波动幅度大，且波动频繁，波动幅度最大能够到达一倍以上；无灾年份的凌汛期流量经过比拟
9、平稳，日流量的递减和递增幅度均不大，一般变幅都在 20%以内。 4从凌汛期的最小流量来看，有灾年份的凌汛期最小日流量一般要比无灾年份的大，一般偏大 20%左右，无灾年份的最小日流量为 150110m3/s。 无灾年份的最小日流量与月平均流量比拟接近。 假如按月平均流量计算，12 月翌年 2 月无灾年份的月平均流量为150130 m3/s。 综上所述，根据有无灾祸年份的径流经过分析结果，AA 河干流凌汛期的流量经过维持在 150130 m3/s，且从11 月份至翌年 2 月份逐步递减的流量经过时，发生冰凌灾祸的几率较小，是相比照较安全的流量。 3.3 河道冰下过流能力 分析河道冰下过流能力时，
10、应选择具有河道代表性的多个典型断面，进行理论分析计算，得到河道冰下过流能力， 本次仅列出 AA 河几个代表断面的冰下过流能力和傅汝德数的关系表和典型断面的关系图，见表 2 和图 3。从表 2 能够看出，傅汝德数为 0.09 时，各典型断面的冰下过流能力为 120140 m3/s， 平均流速 0.530.58m/s。 根据前述的冰塞临界流速和临界傅汝德数的分析成果，冰盖前缘水流流速大于 0.6m/s，傅汝德数大于 0.9 时，冰盖前缘易产生冰塞。 所以，AA 干流各典型断面冰盖前缘不产生冰塞的适宜流量为 120140m3/s。 3.4 防凌安全流量拟定 根据前述 AA 流域干流凌汛期的流量经过变
11、化特点分析，AA 干流流量较大且波动幅度变大是构成冰凌灾祸的重要原因， 能够利用水库防凌的基本措施，调节凌汛期河道流量经过，创造良好的封开河形势。根据凌汛期相近气温条件下， 干流有无灾祸年份凌汛期的流量经过分析，根据几个典型年的分析结果，12 月至翌年 2 月无灾年份的河道流量比拟平稳，最小流量为 130150m3/s，河道流量经过维持在这里流量范围内，能够有效减小凌灾的发生几率。 根据凌汛期冰下过流能力分析，AA 河各典型断面冰期傅汝德数为 0.9 时， 不发生冰塞的冰下过流能力为 120 140m3/s，河道内流量经过维持在这里范围内，能够有效减少冰塞的发生几率。根据 AA 干流凌汛期安全
12、流量的其他约束条件分析，AA 河最小流量不能小于生态基流 120 m3/s。 根据以上分析结果， 考虑到 AA 河凌汛期不稳定封河期次数较多，冰期流量较大的特点，以控制河道流量经过，减小河道槽蓄水增量为目的，初步拟定 AA 河的河道安全流量为 150130m3/s。 4、 小结 河流防凌安全流量是进行防凌调度的重要根据之一。 从分析河流凌情和凌灾基本特点、比照分析有无凌灾年的流量经过、分析河道冰下过流能力等多个方面对河流防凌安全流量进行了初步讨论和分析。 但是，由于影响河道凌情的因素较多，且互相影响，凌灾的成因非常复杂，河流防凌安全流量的分析确定是比拟困难的。 当前，分析河流防凌安全流量还是处于初步研究的阶段，以后应在逐步积累凌情资料和防凌调度经历体验的基础上，深切进入研究冰凌演变机理，采用更为科学合理的方式方法分析确定河流防凌安全流量， 为流域的防凌调度提供技术根据。