黄河万家寨老牛湾客运码头防洪评价报告20140917（按山西河务局审(8)

量大，致使库尾河段形成冰塞，冰塞壅水高度达5m～7m，开河期在三道塔村形成冰坝，壅水2m以上，最高水位达到了983.42m，接近984m的移民高程，冰坝上下游水位差6m，且持续时间长达7天，造成三道塔村河段3个村庄受淹，6000多人受灾，800亩农田冲毁，林地120亩被淹，沿黄公路部分上水，交通中断。

从实测凌情资料看，冰塞冰坝主要发生在窑沟火车站至交通水泥厂，其发生冰塞冰坝的回水影响一般不超过拐上。万家寨库区河道示意图见图4.1-1。 4.1.3 万家寨水库凌汛期运用方式

万家寨水库的防凌调度运用，主要根据内蒙古河段封开河情况，以水库库水位的控制调度为主。根据近几年万家寨水库的防凌运用经验，其凌汛期调度运用方式为：封河发展期按控制库水位不超过970m运行；稳定封河期按控制库水位972m左右运行；在头道拐小流量过程结束后，可按不超过975m控制运行；开河期按控制库水位不超过970m运行，若遇特殊凌情水库要随时降低水位。同时，万家寨水库泄流要平稳，河曲河段解冻前，下泄流量一般不超过1000m3/s。

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客运码头

图4.1-1 万家寨水库库区河道示意图

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4.2 万家寨水库运用对工程河段防凌影响分析

码头工程位于万家寨水库大坝上游约12.1km处。万家寨水库蓄水运用后，改变了库区河道的天然状态，码头位置处河段将由原来的不完全封冻变为年年封冻，但建库前后均未出现过冰塞、冰坝的情况，基本未出现凌汛灾害。码头修建后，占据了部分过水断面，使同水位下过流能力降低，可能使冰花及冰块在码头位置处堆积，壅高上游水位。本次参考万家寨库区河段上下游冰情，对万家寨库区河段因新建码头能否出现冰塞、冰坝进行估算。

4.2.1 冰塞壅水分析

从冰塞的形成时间来看，河段的冰塞一般形成于流凌封河期。流凌封河期，气温下降，河道内产生冰花和流凌，随着气温进一步降低，冰花密度加大，流凌速度减小，大量流凌向下游输送。此时，如果下游河道已经封冻，下游河段河道狭窄或者比降由缓变陡，大量冰花在水流作用下潜入冰盖下并在冰盖下堆积，从而形成冰塞。

影响冰塞形成和发展的因素很多，且相互关系非常复杂，主要有热力因素、水力因素及河道边界条件三个方面。热力因素是指气温和水温，气温越低，产冰量越大，充足的来冰量和体积大硬度高的冰块是产生封冻和冰塞的必要条件；水力因素是指流速和水深，流速的大小和水深的变化反映在河道输冰能力和冰盖下流冰的运动状态，是冰塞形成和演变的必要条件；河道边界条件是指比降、弯曲形态、河道特性等，反映在对冰塞体的拦截和阻力，在初封期对卡冰阻水起很大作用。

鉴于冰塞形成条件较为复杂，在进行冰塞壅水分析时，首先应初步判定工程河段冰塞形成的可能性及其影响范围。根据《凌汛计算规范》（SL428－2008），冰塞形成的动力条件可用冰盖前缘水流的临界佛汝德数Fr或临界流速判别。其表达式为：

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Fr?v0?gH0?12

式中，v0——冰盖前缘的断面平均流速，m/s； H0——冰盖前缘平均水深，m；

g——重力加速度，m/s2；

当冰盖前缘水流的佛汝德数Fr大于临界佛汝德数Frc时，或冰盖前缘水流流速v大于冰花下潜临界流速（也称第一临界流速）v01时，则冰花潜入冰盖底面；冰花潜入冰盖底面后，冰盖下由于阻力增大，流速减小，当其小于冰花堆积临界流速（也称第二临界流速）v02时，下潜冰花即发生堆积，冰塞开始形成并逐渐发展，造成上游水位壅高。当v?v01时，冰花不再下潜，而是沿冰盖前缘平铺上延。

根据不同的河段和冰花堆积的孔隙度分析，Fr在0.06～0.12之间变化。我国原水电部西北勘测设计研究院、北京勘测设计研究院根据黄河刘家峡至盐锅峡河段的观测资料分析，Frc=0.09。冰花下潜临界流速的计算，国内外有不少观测研究成果，而且其结果比较接近，变化在0.6～0.7m/s之间。

修建码头后使河道行洪面积减小而且改变水流方向，冰花遇阻挡后，有一部分在冰盖前沿下潜，可能会成为产生冰塞的地方。采用修建码头后的断面资料及库区实测断面资料，将封河流量分为400m3/s、600m3/s、800m3/s三个量级，水库起调水位分别为960m、965m、970m，经计算码头断面处佛汝德数Fr在0.02～0.07之间，冰花不能潜入冰盖下形成冰塞。 4.2.2 冰坝壅水分析

开河期，上游河段形成的流冰在下游河道内受阻，冰块上爬下插或挤压堆积形成阻水冰堆体，严重阻塞过水断面，使上游水位显著壅高，形成冰坝。从冰坝的形成地点上来看，冰坝多发生在河流急弯、狭窄段、水库回水末段、河流汇合处以及冬季冰塞河段等地方。冰坝溃决后以更多的冰

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量和水量向下游迅速推进，如果在下游又遇到坚固的冰盖或者弯道、狭窄、浅滩河段，会再次形成新的冰坝再次壅水。

一般情况下，冰坝在形成过程中，坝体一边在加长增厚，内部又在不断的消融，往往不等冰坝发展到稳定成熟期便溃决，所以，冰坝很不容易形成稳定的坝体。根据《凌汛计算规范》，冰坝形成的水力条件可用冰块下潜临界流速判别，冰块下潜临界流速与冰块尺寸有关，由于其尺寸、强度都较冰花为大，所以其下潜临界流速应比冰花的为大。据黄河流域冰坝统计，冰块下潜流速为0.68～1.31m/s。由于新建码头位置距坝址较近，稳定封冻后流速很小，不具备形成冰坝的动力条件。

开河期库区主要卡冰结坝河段位于坝上53km～63km的牛龙湾河段，该河段弯道多，河道断面宽度、河床比降变化大，加上浑河入口及铁路桥，冰凌在此下泄不畅，易卡冰结坝。当冰坝溃决后，堆冰体会推移至下游继续堆积。从近年观测资料来看，由于码头所在位置距坝较近，开河冰坝溃决下移未运行至码头所在河段即完全消除。同时，万家寨水库开河期控制水位不超过970m运行，970m～980m之间有2.4亿m3的库容拦冰。因此，库尾河段的冰坝一般影响不到码头所在位置。

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