影响冰情变化的因素很多,可归纳为自然因素和人为因素两类。现以黄河下游和内蒙河段为例,具体分析其主要影响因素。
2.1 自然因素
(1)河流走向与河道形态 首先,从大的平面形态看,黄河下游白兰考东坝头折向东北,纬度增加3度,因此,气温上暖下寒;其次,河道形态的上宽下窄,引起槽蓄水量的上多下少和排洪能力的上大下小;其三,就局部河段而言,河道的宽窄,鸡心滩的多少大小,河床纵比降的陡缓,弯曲半径的大小等对卡冰阻水都有影响。例如:济南的老徐庄、利津的王庄、垦利的张家圈等河段之所以能成为历史上卡冰结坝的重点河段,就是因为开河期块大质坚的密集流冰,在通过“L”、“v”、“s”型弯道时要拐90度甚至连拐数弯而极易卡冰的缘故。
(2)热力因素 气温是导致冰情演变的主要热力因素,是影响冰量和冰质(冰的机械强度)变化的决定因素,由于黄河下游河道是由西南流向东北,纬度逐渐增高,所以上段河道降温迟、回暖早、负气温持续时间短;而下段河道降温早、回暖晚、负气温持续时间长。与气温变化相对应的凌情变化规律是,上段河道封冻晚、解冻早、封河历时短、冰盖薄;而下段河道封冻早、解冻晚、封冻历时长、冰盖厚。以郑州、北镇二站的气温分别代表上下两个河段的热力因素。
可以看出,北镇与郑州的同期气温相比,12月、1月、2月依次低2.8℃、3.37℃、3.11℃。某些年份上下两个河段的气温差值更大,如1957年元月中旬,北镇旬平均气温为-10.3℃,而郑州同期旬平均气温为-2.9℃,北镇比郑州低 7.4℃。该年1月18日日平均气温郑州已上升到0.8℃,而北镇仍为-14.4℃,两地相差15.2℃。
此外再从郑州、北镇多年冬季逐日的平均气温资料中,找出两站的多年平均气温稳定转负日期,郑州为12月25日,北镇为12月12日;多年日平均气温转正日期,郑州为1月24日,北镇为2月23日。经计算,郑州负气温持续时间为31天,北镇为73天,北镇比郑州长42天。
由于上下河段气温和气温持续时间的差异,从而使利津比花园口河段,封河日期早12天,开河日期却晚8天。花园口河段多年平均封河日期1月23日,开河日期2月8日,冰盖厚5~15cm;利津河段1月11日封河,2月16日开河,冰盖厚30一50cm,局部厚达100cm。
因此,当上游河段因气温升高或因流量增大而开河时,上游来水、融冰水加槽蓄水挟带大量冰块向下游流动时,往往因下游河段尚未解冻,造成水鼓冰开或形成冰坝阻止冰水下泄而造成灾害。
(3)动力因素 流量对冰情的影响具有热力作用和水力作用两个方面,同温度的水体其蕴藏的总热量与它的数量成正比,另外水流在运动中通过质点的摩擦亦产生热量,叫做水流的动力加热。花园口是黄河下游干流上第一个控制站,根据历年水文资料统计,冬季三门峡以上来水量占花园口站水量的88.4%,伊、洛、沁河来水量仅占花园口站水量的11.6%。所以黄河下游冬季的来水,主要受三门峡以上来水量的控制。
一般河流冬季流量逐渐减少,呈退水趋势,但黄河下游却不是这样,它因受黄河上游内蒙古河段流凌封冻的影响,流量是一个由大到小再由小到大的马鞍型变化过程。内蒙古河段常年于11月中旬流凌,12月上旬前后封冻,这一阶段有一部分水量转化为冰,还有一部分水量受河段封冻阻水的影响,转化为槽蓄水量,一般有 15天左右的小流量阶段,以后随着冰盖下冰花阻水作用的减小,流量逐渐增大。因此,黄河下游在无三门峡水库调节的情况下,流量也呈马鞍型变化过程,而且小流量过程往往与低气温相遇,形成小流量封河。在同样河道条件下,小流量封河早、冰盖低、冰盖下过流能力小,因此,在后期来流量增大时,常迫使封冻河段水鼓冰开的“武开河”发生。再者,黄河中游的龙门至潼关河段也常有卡冰阻水的情况发生,从而使黄河下游流量在由大到小又由小到大的总趋势下,常有流量忽大忽小的情况发生,易导致封冻河段的“武开河”。
综上所述,黄河下游河道由西南流向东北,从而使封冻由下而上,解冻由上而下,及河槽蓄水量的上大下小和排洪能力的下小上大,是形成冰塞、冰坝洪水的主要原因;上游来流量的忽大忽小和气温在0℃上下的大幅度升降,增加了“凌洪”变化的复杂性,黄河下游的“悬河”则增加了凌洪的威胁性。
2.2 人为因素
(1)水库控制泄流量不当而成灾 如1980~1981年度,三门峡水库封冻期下泄流量忽大忽小造成冰塞洪水灾害。黄河下游12月29日封河,封河后到1月10日三门峡水库控泄流量300 m3/s左右,但1月11~22日期间,三门峡水库下泄流量忽大忽小,日平均流量最大达570 m3/s,最小300 m3/s,当大流量传播到孙口河段恰遇1月下旬出现的一次较强寒潮过程,这时下游封河正由东阿陶城铺向上游发展,从而发生卡冰形成冰塞,阻水阻冰严重,国那里水位壅高2.2m,造成河南省的范县、台前及山东省梁山县滩区有0.4万多公顷土地被淹。
(2)浮桥未及时拆除引起卡冰壅水 1989年3月25 日,内蒙,镫口扬水站处发个严重卡冰,站前水位达1 000.76m,这是多年来少有的现象。据凋查,这是因为在扬水站上游1 000m处,架设的浮桥在流凌封冻期间一直未拆除,桥上凌块受阻停滞,因此,它不仅使封河提前,且形成立封,冰厚增大,冰质坚硬,浮桥以上水位雍高,浮桥以下流速增大,数公里范围内未封。当开河前浮桥拆除后,桥上巨大的冰盖整体滑动,在扬水站下的弯道处,发生了卡冰结坝,水位猛涨,出现险情。
(3)冬季涵闸引水、停水不当也会成灾 1982年1月中旬,济南、北镇平均气温较常年偏低1℃左右,由于前期黄河下游通过河南省人民胜利渠和山东省位山潘庄引黄闸向北京、天津地区送水,日平均引水流量200m3/s左右,致使泺口以下河道流量减小到 350m3/s左右。1月18日宫家至麻湾叉凌封河,21月封河上延到惠民清河镇。此时向河北省送水停止,泺口流量回升至700m3/s,清河镇叉凌阻水造成惠民归仁至五甲扬、高青孟门至张王庄滩区进水,淹地面积0.08万hm2,两岸42km临黄大堤偎水,堤根水深 1.0m左右,归仁、王集、茶棚张堤段发生渗水。因此,冬季引水、停水时要预先考虑对凌情的影响,以防患于未然。