2.1　冰塞的特征和成因

2.1.1　冰塞的特征和分类

冰塞是北方寒冷地区河道上冰块阻塞河道的一种常见自然现象，在封冻期和开河期都有可能形成。封冻期形成的冰塞称为封河冰塞，开河期形成的冰塞称为开河冰塞（国内常称为冰坝）。冰塞形成后，阻塞河道的部分或大部分过水断面，使河道过流能力减小，引起上游壅水，在严重的情况下，将使上游河水猛涨，造成冰塞灾害。

冰塞的定义和分类在国内外不同。在国内，常按季节区分阻水现象，冰塞一般指封冻期冰盖下形成的封河冰塞，如图2－1所示。而在国外，冰塞则包括开河冰塞，如图2－2所示。1986年，第八次国际冰凌学术讨论会上，国际水力研究协会河冰水力学组将冰塞定义为阻碍水流的碎冰或冰花的固定集中体，即认为静状冰盖、大的锚冰都属于冰塞的范畴。这种定义方法揭示出无论是哪种方式的阻水现象，其形成机理均类似。但这种定义方法较为笼统，有时候容易混淆概念。Shen［22］按冰塞形成的原因，将冰塞分为两种：一种是表面冰塞，由浮于水表面的大量流冰块堆积而成，既可在封冻期形成，也可在开河期形成，封冻期形成的表面冰塞，其堆积冰块由破碎的表面冰元组成，如水表面运动的冰盘和浮冰块，开河期形成的表面冰塞，其堆积冰块由冰盖崩塌后所形成碎冰块组成；另一种是水内冰冰塞，由河道封冻后冰盖下的水内冰颗粒堆积而成，一般在封冻期形成。这种分类方法较好地揭示了冰塞的组成，但没能揭示出冰塞形成的方式。本书中，所指冰塞为上述各种冰塞的统称，其中包括封河冰塞和开河冰塞，而按冰塞的形成方式将冰塞分为窄河冰塞和宽河冰塞。

图2－1　封河冰塞示意图

图2－2　开河冰塞示意图

2.1.2　影响冰塞形成及演变的因素

冰塞的形成和发展是一个非常复杂的物理过程，其形成和发展受到气候、流量和河道特征等多方面因素的影响。气候因素主要指气温及其变化过程，它通过水体与周围环境的热交换过程影响水温的变化和水流中冰晶的形成。气温越低，热交换过程中水体散热越多，水温越低，从而导致河道中由于结晶而形成的冰晶增多。流量主要从水力作用影响冰塞现象。在一般情况下，流量越大，水流的流速也越大，其动力作用就越大，冰块堵塞、形成冰塞的可能性就越小，另外流量大也导致水流的紊动作用大，从而影响冰的形成。河道特征及河势是影响冰塞形成的内部因素，它不但能通过影响河道中水流的热力和水力特征影响冰塞的形成，而且其形态特征中的几何边界条件是导致卡冰阻水形成冰塞的关键因素，影响冰塞的形成位置以及冰塞的灾害程度等。另外，冰塞的形成也受到各种人力因素的影响，如人工修建的水库和河道中的各种建筑物等。

2.1.3　冰塞形成的条件

冰塞的形成一般包括三个方面的条件。第一，河道中必须存在阻碍冰块运动的障碍物，如冰盖、急弯、峡谷、人造建筑物等；第二，在河道上游必须有足够的冰花、冰块；第三，河道中必须存在一定的水动力条件，障碍物前的流速或水流的弗劳德数需大于某个临界值，且河段的输冰能力应小于来冰量，只有这样，冰花、冰块才能潜入水下并不断地堆积而形成冰塞。