雙橋墩條件下冰塞發展臨界條件試驗初步研究

王 童，王 軍，胡昊天，桑連升

(合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009)

1 研究背景

冰塞是寒冷地區河流特有的自然現象，它的存在使濕周增大，冰蓋下過流能力減小，導致上游水位壅高，誘發凌洪災害[1]。眾多學者對冰塞的觀測、預報以及數值模擬展開了深入的研究，其中觀測方面[2-4]從簡單的觀測水位、流量、冰情等水文參數發展到考慮相關熱力學、氣象學參數并采用各種高科技裝備；冰塞的預報[5-8]則從總結歷史數據到采用一套考慮冰水力學、熱力學、氣象及人工智能等影響的綜合體系；數值模擬[9-11]則解決了以往模型試驗所不易或不能解決的相關問題，對一些傳統公式中的參數進行了修正，并在理論方面取得一些突破。而跨河橋墩的存在對河道原有的水力條件和邊界條件產生了一定的影響，橋墩和冰塞產生相互作用，冰塞也更容易形成[12]。

河流封凍伊始，封凍冰蓋前緣處存在冰塊的下潛和堆積，冰塊下潛的臨界條件與冰塞形成的臨界條件有關。研究初期，學者們常用臨界下潛流速判斷冰塊下潛的臨界條件：Ashton[13]分別基于不同河流實測數據，提出冰塊下潛的臨界流速在0.6～0.7 m/s之間；Michel[14]通過整理分析模型試驗的數據，得出了冰塊的臨界下潛流速的表達式。此后，Uzuner等[15]和Kennedy[16]、隋覺義等[17]、王軍[18]等考慮冰塊尺寸、密度以及堵塞程度等影響因素，通過不同方法得出了冰塊下潛的臨界弗勞德數計算公式，但都沒有考慮橋墩對冰塞形成臨界條件的影響?！?br>