实测冰-水侧向界面热力学融化速率

在融冰期的乌梁素海人工挖凿开敞水域以模拟浮冰-水道系统,连续观测冰-水侧向界面的热力学侧向融化。根据实测数据,分析冰-水侧向界面的形状变化和影响融化速率的因素。结果显示,冰-水侧面中部形状近似直线,下部呈圆弧状,上部受气温影响向内或向外倾斜。气温是影响融化速率的主要因素,平均气温越高,融化速率越大。风速越大融化速率越低,既表现在高风速与低气温往往同时出现,又表现在风速加速了水体蒸发而降低水温。风拖曳表层水体运动,加速迎风侧水体的热量对流,降低水温,降低融化速率;通过二元回归分析建立融化速率、气温和风速之间的关系的相关关系。     

水库冰表层形变的现场观测与分析

冰层应变是决定静冰压力的主导因素。以红旗泡水库冰为例,开展不同方向上冰表形变的原位观测,改进现有冰温度应力计算模型来预测表层应力和评价边界约束、冰裂缝、风等环境因素对冰应力的影响。分析发现:冰层在边界约束下仍随冰温改变而伸长或收缩,日收缩量与膨胀量不等导致冰面产生残余形变,且呈各向异性;冰表层实际应变应由温度应变与环境调整应变组成,且第一主应变方向受寒潮和强风共同作用会发生偏转;冰应力模型表明环境调整应变可释放少量温度应力,但在冰温快速升高时,环境调整应变致使主应力明显高于温度应力。因此,静冰力计算模型不考虑因边界位移、冰层裂缝发展等引起的冰层形变(即环境调整应变)会产生较大误差。     

乌梁素海湖泊冰生长过程的现场观测

为了研究湖泊结冰过程中特有的水文特性对冰封期水环境的影响,以乌梁素海湖泊为研究对象,对湖泊冰生长过程中气温、冰温和水温进行在线观测,以分析冰温和水温对气温的响应关系。用冰钻钻取冰厚依次为9.5、21.0、31.0、41.0、59.0 cm时的冰柱样品,对其表观密度进行测定,并从冰的透明度、冰晶体类型、气泡数量和冰柱底面纹理四方面分析每段冰柱的形态结构。结果表明:冰温和气温有相同的变化趋势,冰温的变化滞后于气温的;冰下水的温度不受气温的影响,稳定在-0.25~-0.50℃;湖冰生长期冰的表观密度为895.2~903.3 kg/m3,冰柱下层的表观密度小于上层的,这与冰生长速率和气泡的数量及体积有关;湖冰生长过程中不同深度冰柱的透明度、晶体类型、气泡含量和底面纹理有较大差异。     

河渠冰水力学、冰情观测与预报研究进展

冰情预报是进行防凌指挥、调度、决策的重要科学依据,也是一项复杂的系统工程,涉及冰水力学、热力学、气象及人工智能等学科。本文回顾了近几十年来冰水力学基础理论、模型实验和原型观测、冰情预报等方面的研究进展,包括:冰盖下流动的糙率计算,冰盖、冰塞、冰坝形成发展的理论研究及数值模拟,模型实验、原型观测典型成果,探地雷达、超声波技术、摄影、摄像、遥感、无人机航拍等现代冰情观测技术的发展与应用等。在此基础上,总结和归纳出研究现状及存在的一些急需解决的科学问题。     

圆形地下连续墙的压力与变位现场观测与分析

本文结合现场实测,对深埋圆形地下连续墙设计的某些参数作了探讨.认为上海软土地层孔隙水压可取静水压力的0.6～0.7倍;作用在结构壁上土压力(水土合算)建议采用苏联学者别列赞采夫的公式:?     

引江济太过程中氮、磷入湖通量计算及削减分析

基于望虞河和贡湖2018年日均水质资料及引江济太水量数据,分析得到望虞河和贡湖氮、磷浓度年内变化特征和污染物入湖通量,结合贡湖饮用水水源保护区水质目标和历年来引江济太时间分布特征,提出在确保供水安全前提下,可于氮、磷浓度相对较低的9、10月份提前引水,并适当推后冬季引水时间,同时加快推进望虞河两岸农业面源污染源头治理,有利于入湖污染削减。     

二滩水库坝前及下泄水体水温分布现场观测与分析

采用多功能水质参数仪YSI6600进行雅砻江干流二滩水库坝前水温全年观测,水温资料分析结果表明:二滩水库坝前水体常年处于温度分层状态,夏季表层与底层温差较大,冬季温差较小;电站进水口三维流动特性明显,导致进水口多取用表层温水,下泄水体水温比进水口处同高程水体水温高0.8℃左右。     

太阳辐射和地温对冰盖下水温的影响

太阳辐射可以透射穿过雪盖和冰盖与地温一起影响冰下水温的变化,加剧冰盖底部的融解和冲蚀,使得冰盖更易于崩溃开河。基于现有理论和原型观测研究成果,建立了描述太阳辐射在雪盖、冰盖和水体中的透射和吸收规律的数学模型;利用观测数据回归分析的方法,提出了太阳辐射可见光在水体中消光系数的参数化模型;然后研究了冰下水温的变化与太阳辐射和地温的函数关系。研究证实,冰下水温随太阳净辐射和地温的增加而升高,随雪厚和冰厚的增加而下降,并且与水体与冰盖的热交换系数成反比。此外,太阳辐射的透射可能使得开河期冰盖糙率不是减小,而是增大。     

Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir

A width-averaged 2-D numerical model for simulating vertical distributions of flow and water temperature in reservoirs with an ice cover is developed. In this model, the 2-D flow and water temperature distributions are solved by the finite volume method with the k-? turbulent model. The heat conduction in the ice cover is modeled by the vertical heat transfer and the heat exchanges through the air-ice and ice-water interfaces. The model is applied to a 153 km long reservoir in Songhua River and the simulated results are in a good agreement with the field data of both the vertical water temperature and the ice thickness. The simulated results show that the ice cover thickness in the reservoir is not uniform, the maximum thickness appears in the middle reach, the outflow temperature has an obvious variation as compared with the natural temperature, and a buoyant flow occurs in the reservoir surface at the freeze-up and break-up periods. The model can effectively simulate the water temperature and the ice conditions of large reservoirs in cold regions.     

寒区水库冰盖形成与消融机理分析

根据对黑龙江省胜利水库冬季冰盖十余年资料的研究，考虑冰盖与大气、水的热交换过程及水库水温变化对冰盖厚度的影响等因素，建立了寒区水库冰盖生长的一维数值模型并给出了求解方法。与传统经验法相比，此模型考虑因素多，计算结果更符合实际，精度较高。同时还探讨了水库冰盖消融阶段冰压力沿深度分布规律、累积日平均气温与冰厚的关系和水库开库方式与累积气温的关系等。     

二维流冰消融数学模型

本文采用水深平均κ－ε以方程紊流模型与流冰扩流体模型首次推出了适合于天然实际工程水域复杂条件的紊流流冰消融数学模型。模型还利用离散型动态边界拟合坐标变换系统以适应天然水域的不规则边界与复杂流态，对天然流场中常出现的露滩、断流、动态水边界及几何曲率影响等特殊数值计算问题的处理颇有实效，具有较大的实用价值。本文以丹东电厂温排水缓冰工程为例验证了数学模型。     

冰期河湖与大气的热交换模型

河湖与大气的热交换模型是计算分析冰凌形成、发展、消融时空变化规律的基础.基于现有太阳辐射、长波辐射、蒸发和对流模型研究成果,以现场冰情要素观测及历史天气资料为依据,建立了适用于冰期计算分析的河湖与大气的热交换非线性模型.提出了考虑晴天散射的太阳辐射计算模型,以Iziomon公式计算大气长波逆辐射,以俄罗斯冬季公式计算蒸...     

水塘静水冰生消原型研究与数值模拟

为研究静水冰生长消融规律,2014年11月中旬至2015年3月中旬在内蒙古托克托县南湖水塘进行不同时段、不同水深静水冰生消的原型试验,通过试验观测得到冰盖厚度、水温和冰温随时间及气温变化过程。根据对水塘静水水体结冰和融化物理过程的分析,建立水温及冰盖生长、消融相互作用的耦合模型。结果表明:气温是静水冰盖生消的主要影响因素;在冰盖演变过程中,水深对其影响较小,仅对结冰后期冰厚及冰盖完全消融时间有所影响;表层水温受气温影响明显,深层水温受影响较小;冰面温度与气温变化同步。基于已有的数学模型,加入野外观测边界条件及气-冰-水三态热交换公式,模拟水温及冰盖生长和消融过程,发现冰厚和水温的计算值与实测值基本吻合,差值在波动允许范围内,此结果深化了对静态水域冰盖生效机理的认识。     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

水塘静水冰生消过程及冰盖演变的原型试验

为研究静水冰生消过程及冰盖演变规律,于2014年11月中旬至2015年3月中旬对内蒙古自治区托克托县南湖水塘的冰情变化进行原型试验,研究不同时段气温、不同水深对静水冰生消过程、冰盖演变及水温分布、冰面温度的影响。试验结果表明:气温是影响静水冰情的主要因素,在冰盖增长期,冰厚与累积日均负气温线性相关;冰盖不稳定变化期和消融后期,冰厚及冰盖增长率主要受时段气温影响;水深对最大冰厚和冰融化消失时间有影响,对冰盖演变过程的影响不明显;气温变化对表层水温的影响较大,对深层水温的影响相对较小;冰面温度与气温变化同步。