凌汛

凌汛，（英文名Ice flood）俗称冰排，是河流水位因冰对水流的阻力而明显上升的水文现象。冰有时会聚集成冰塞或冰坝，导致水位大幅上升，最终淹没海滩或决堤，这就是所谓的红菱。

发生凌汛的自然条件取决于河流的地理位置和河道形状，河流从低纬度流向高纬度是发生凌汛的重要因素根据凌汛的形成和发展，可以分为“流凌期”封冻期”开河期”冬季截流期和春季开河期可能发生凌汛。中国北方的黄河、黑龙江、松花江容易发生凌汛。

我国30 N以北的河流，冬季都有不同程度的结冰，这对水利非常重要、航运、交通、水力发电、供水、引流等等都有不可避免的影响。

商代有《易经·坤卦》“初六服霜坚冰至”的记载。陈清康奇《郎潜纪闻》第10卷：黄河水信…冬天叫凌汛十月，叫曹福水在11月和12月，它被称为Culing水。东汉中学《礼记·仓月》“在孟东 s月，水开始结冰，在隆冬，冰很强，在冬季，冰很丰富”记录了冰的演变过程。凌汛，俗称冰筏，英文名Ice flood。

热力因素

热环境主要包括空气温度、水温、太阳辐射风力等气象因素。冰形成的必要条件是水温处于冰点(一般为0℃)下面，水分子之间的氢键足以克服水流外力的影响。水温受温度的影响很大，所以温度在热环境中起主导作用，也是热状况的集中表现。解冻期，太阳辐射通过辐射能使冰体表面融化，风通过风化使其由硬变脆，加快了解冻速度。

在整个凌汛期，气温的极值、平均值、各温度状态的波动幅度稳定度和持续时间对冰现象和冰灾的发展有不同的影响。具体表现为：

①最高(低)气温、平均温度和持续时间决定了河中流动冰的密度、冰块体积及数量。

②封、开河期间，温降和温升直接影响截流、开河速度，特别是开河时期，气温上升越大，开河速度越快，容易形成“武开河”

③稳定冻结期，温度稳定的程度决定了冰期稳定的程度如果温度波动，很容易形成冰塞。

动力因素

动力条件主要包括流量、流速、水位和储罐储存量的增加。流动是水动力的来源，流速与流动有关，影响冰的运移速度、冰塞的速度和形式等。水位是决定洪水是否会蔓延的重要指标。箱内蓄水增量是凌汛期上游来水与下游出水之差，即净蓄水量，在开河期集中释放，形成更大的动力。截流前的冬季降水量决定了截流时河道的蓄水量截流时河道蓄水量大，河道水位高，河道冻冰面变宽，为次年春季凌汛的发生提供了水动力条件和充足的冰。开河期河道内有足够的冰时，大量冰块遍布河道并不断相互挤压堆积，为冰坝的形成创造了条件。冬春季流域降水也是冰坝形成的动力条件之一。

河势因素

河势条件是容易诱发冰灾的主要原因之一，包括河向、河势坡降、断面几何特征、河相系数和弯曲程度等因素。河流走向是影响上下游温度分布特征的主要因素，决定了上下游的封闭性、开河时序。河势坡降、断面几何特征、河相系数和弯曲程度决定了河段的过流能力和泄冰能力。

河道曲折，分岔系数大，容易造成冰塞形成冰坝，河道边界条件阻碍冰塞演变。通道形状可以用两个参数来表示通道弯曲系数和通道突然收缩的宽度与宽度之比。河道弯曲系数是河道的实际长度与河道直段长度的比值河道弯曲系数越大，河道越蜿蜒，河道形状对对流冰的阻挡作用越大。流冰往往堆积在河流的转弯处，堵塞河流的横断面，降低流速，逐渐积冰。河道骤缩宽度与窄化宽度之比，即原河道断面宽度与窄化河道断面宽度之比骤缩宽度与窄河道宽度之比越大，河道断面宽度变化越明显，河道形状对冰塞的阻挡作用越大当冰塞到达这一河段时，过流断面突然缩小，输冰能力急剧下降，造成大量冰塞和冰坝。

根据凌汛的形成和发展，可以分为“流凌期”封冻期”开河期”

流凌期

冬天，黄河下游的气温降到零摄氏度以下、当水温达到零度时，河面开始结冰，水中产生冰花。冰花随着水流逐渐凝结成冰球或冰块，俗称滴水冰一般滴冰期多在12月。

封冻期

在河流冰流时期，随着温度的降低，冰流密度增大，冰逐渐堆积冻结，所以自下而上冻结，这就是黄河“封冻期”，俗称“封河期”根据观测资料，黄河下游最早12月封冻，最晚2月中旬封冻。

开河期

初春，气温上升到零度以上，河冰开始融化；气温持续上升，冰盖脱落、滑动冻结解冻和通话。根据观测资料统计，黄河下游的解冻始于1月初，最迟于3月中旬结束。

凌汛是位于较高纬度的河流特有的水文现象，通常发生在冬季的截流期和春季的开河期。中国的凌汛主要发生在北方的大江大河，比如黄河、黑龙江、松花江。

黄河

黄河的汛期一般为11月至次年3月。看来截流时间晚了、冰冻日数偏多、封河水位较高、通话时间短等四个特点。黄河河道几乎是从上到下“几”之字形，在从宁夏到内蒙古的河段、河南至山东河段由低纬度流向高纬度，因此黄河凌汛多发生在宁夏、内蒙古和山东河段主要受温度影响、水温、它是由流量河流形态等几个因素综合影响形成的。

位置

黄河流域冬季受西伯利亚季风影响，气候干燥寒冷，降雨稀少，流量小。冬天最低温度在0℃以下，所以黄河很多河段会结冰。但在气温、在流量和河流特性的综合作用下，造成凌汛灾害的主要原因是黄河上游的宁蒙河段和黄河下游的宁蒙河段。

这两段河流的共同特征如下：河流坡度小，流速慢，都是从低纬度流向高纬度河流两端宁蒙段纬度差5°，下游段3°以上。冬天气温乍暖还寒，冰又薄又厚，封河时自下而上，开河时自上而下。截流期，由于河道下端已经截流，水流阻力增大，上端冰水容易在截流处回水，形成河漫滩决口。开河时，上游先开河，而下游还在封冻，上游解冻的大量冰水沿途汇集冲向下游，越积越多，即形成凌汛洪峰，有时还形成冰坝，导致决堤。

时间

黄河下游的汛期从12月1日开始至次年2月底。冰凌的发生、发展一般包括洪水期、封河发展期、有四个阶段截流期和开河期（特殊年份除外）

频率

自古以来，黄河就有多次凌汛灾害从1620年到1949年，有记录的冰洪灾害有13次。1949年以前，平均每两年就有一次灾难性的冰灾。1949年以后，黄河的冰情开始有了更详细的记录1960年和1964年冬季气温骤降，黄河流域发生两次大规模凌汛灾害。

凌峰一路上冰凌泛滥有增无减、水位高、封冻后流速减小、水箱大幅度蓄水的几个特点。

凌峰沿程增大

冬季河道结冰，阻挡了部分上游的水，增加了河道的蓄水量当上游在下游开河前解冻，受阻的水急剧释放，产生凌峰，凌峰被传递下去，迫使沿途冰冻的路段解冻，使冰水汇聚，沿途凌峰增多。

水位高

由于冰对水流的阻力，以及frazil冰和冰盖占据了部分过水面积，所以在相同流量下，水位高于无冰期。

封冻后流速减小

过水断面湿周长增加、水力半径的减小和冰盖底面的粗糙增加了水流的阻力与无冰期相比，相同水位下断面最大流速明显减小，位置下移至水流中心冰盖的底面越粗糙，向下运动的深度就越大。等速线在过水断面形成闭合曲线。

槽蓄水量变幅大

水箱蓄水量的变化可分为三个阶段一个是形成阶段，从冻结到稳定冻结，罐体储水能力逐渐增大。第二，在稳定阶段，冰盖下的水流在稳定封闭期处于相对稳定的状态，水箱的蓄水量变化不大。第三个阶段是发布阶段解冻期，冰盖融化，槽蓄释放，逐渐减少。坦克的库容与洪水的关系主要表现在解冻期和开河期，坦克的库容迅速释放，形成洪水。

孕灾环境

一般是指发生凌汛地区的自然环境，包括温度变化、河道地形、水库调节和各种水工建筑物等因素。目前普遍认为，灾害易发环境不仅包括诱发灾害的自然环境，还包括人为因素引起的环境变化易灾环境的稳定性越弱，灾害的损失就越高。

气温变化

受全球温室效应影响，黄河头道角冬季气温明显呈逐年上升趋势（除了特别寒冷的冬天），1998-2016年，封冻期累计负温上升近50摄氏度。气候变暖导致万家寨上游的截流位置逐渐向下游偏移，下游水工建筑物有一定的拦冰作用，容易产生冰花、流动的冰形成一堆冰，然后演变成冰塞甚至冰坝，最终造成冰川洪水。

河道地形

以黄河为例黄河截流期间，由于流量相对较小，在冰流过的弯道处容易发生积冰，使流速变慢，积冰规模增大，逐渐发展为冰塞、冰坝。此外，泥沙凝结滞于河床，导致河道比降减小，水库回水末端水位由深变浅，河道过流能力提高、输送冰水的能力会减弱，在截流期和开河期会有冰聚集堵塞，形成：水塞、冰情水情频发，严重影响了两岸的正常生活和生产。

水库调节

随着水库的建立，河流原有的生态系统也将发生变化，其功能和结构将发生根本性变化，自然水环境的生态平衡很容易被破坏，从而对库区和库区上下游造成损害、甚至整个流域系统都会有一定的影响。黄河万家寨水库投入运行以来，万家寨水库附近的天然河道形态发生了很大变化，库区水面比降减小，回水末端水流速度减弱，输送冰水的能力明显降低上游来的浮冰在库区堆积，成为第一个封冻位置，随后向上蔓延封冻，封冻长度增加，导致水库建成前的未封冻河段变成了今天稳定的封冻河段，现在的未封冻河段水面面积年年变化。冰块纷纷淤塞堆积在水库尾段，阻断了上游来水，从而增加了水库蓄水增量在融冰期，沿河携带大量的冰，在弯道或河宽较窄的地方容易堵塞筑坝，造成凌汛。

交通桥梁

桥梁和河流流动相互作用，这些桥梁和它们的河流共同形成了一个人为的灾害易发环境，使一些河流变窄，导致水位不断上升，引发冰凌灾害，对沿海生物造成危害、生产造成损失；或者冰塞和桥墩相互挤压，冰塞对桥墩的破坏力很大如果桥墩损坏，不仅会造成交通堵塞和人员受伤，还会造成冰凌泛滥，带来严重危害。同时，由于泄冰不畅，影响上游流量，使头转断面流量值降低，容易造成头转站小流量持续时间延长的现象。

致灾因子

致灾因子是指在灾害易发环境中形成的，对灾害有直接或间接作用的各种影响因素致灾因子与易发灾环境相互作用，共同作用于承灾体，引发冰洪灾害。总的来说，灾害易发环境为致灾因子的产生提供了条件，同时致灾因子也在不断地影响和改变着灾害易发环境。致灾因子的存在不一定导致灾害，但它是构成灾害系统必不可少的子系统。

槽蓄水量增加

水流在开闸破冰等因素作用下滞留在河道内的现象，在封冻期经常发生，增加的水量就是河道蓄水的增量。通常春季气温回暖，冰盖融化，水库水泄出，与上游未冻文明来水一起排出，下游河道流量沿途剧增，形成凌峰，特别是出现冰塞时、当出现冰坝等致灾模式时，容易造成凌汛灾害。

流凌历时

流冰是指截流期河流完全封冻前冰体随水流动，开河期河流解冻开化后碎冰顺流而下的现象。冰塞首日定义为每年封河期和开河期河流上游冰塞的第一天，冰塞全天定义为冬季封河日和春季开河日。根据统计资料，初冰越早，江尾越晚，凌汛灾害危险期越长，风险越大。凌汛期的长短只是反映了凌汛可能发生的时期，是否是灾害要看当时的具体情况。

冰塞（坝）持续时长

冰塞、冰坝的形成是发生凌汛的先决条件，也是导致江河截流时发生凌汛灾害的主要因素。冰塞、冰坝持续时间越长，越容易造成断面的堵塞和河道的回水，而由于上游不断来水，水位持续急剧上涨，最终导致水流携带大量冰块冲向河岸，诱发冰凌灾害。同时，冰塞、冰坝的持续时间也直接影响着冰凌灾害的严重程度：冰塞、冰坝的持续时间越长，冰凌洪水的持续时间也会越长，淹没面积也会扩大，不仅会给沿海居民的生活造成严重损失，也会给后续的抢险救灾行动带来诸多不便。冰塞、冰坝等冰灾模式并不完全确定会导致冰凌泛滥，但冰凌泛滥必然伴随着冰凌堆积、冰塞或冰坝的出现。

冰塞（坝）规模

冰塞、冰坝规模越大，水的横截面积损失越多，会影响上游水流和冰花的排出，导致因水位高而形成凌汛；再加上冰流不畅，容易停滞堆积，使得原本冰塞、冰坝的规模在扩大，或者另一部分冰堆甚至冰塞是在其他具备生长条件的环境中形成的、冰坝。冰塞的逐渐扩大和增长会引起上游水位不断上涨，当其规模发展到一定程度时，就会造成凌汛灾害。冰坝的不断延伸加宽也会使上游水位上涨，冰块会随着水流溢出河道，导致上游沿岸出现险情；随着冰坝增长到一定程度，温度、在流速等综合因素的影响下，冰坝坝体无法再承受来自上游的压力，于是冰坝溃决，上游的水带着碎冰排出，很容易保护海岸堤岸、桥墩等水工建筑物受损，下游水位骤升，会诱发下游凌汛灾害。

流量

流量是导致凌汛发生并影响凌汛灾害等级的最重要的水力因素。一般在截流初期，水面上形成完整的薄冰盖，河流流态从阻力较小到自由流再到冰下流，冰盖附近发育部分流动冰，使冰盖不断增厚、同时，受河流地形和温度的影响，下游河段冰盖厚度大于上游河段。但由于冰盖和水下冰屑的存在，下游河道湿周长增大，水力半径减小，河道断面堵塞，糙率增大，水流速度减小，上游河道来水受阻，水位不断上涨这部分被河流拦截的水形成了一个蓄水池蓄水，随着上游来水的不断流入，蓄水池的蓄水量明显增加所以初期截流期容易出现小流量过程如果河水流量太小，输送冰水的能力不足，很容易、薄冰层等陆续释放，部分冰块会形成冰塞，规模不断增大，上游水位不断上涨，造成冰塞洪水。当河段慢慢进入稳定封冻期，在其底部冰盖的水力作用下，摩擦力不断减小，冰下过流能力由低到高逐渐增大，流量增大。春天气温回暖，河冰融化，之前大量增加的槽内蓄水得到释放凌峰流量骤增，沿途大量冰块向下游扩散，河面宽度变窄、下游的急转弯或解冻河段会导致冰塞、冰塞成坝容易诱发冰坝洪水。

中国防凌措施

防止江河、湖泊、港口和水工建筑物遭受冰害时采取的措施。主要有防、蓄、分、排四种：

防：组织一支强有力的防凌队伍，保卫大堤，抵御凌汛一旦发现险情，立即抢护，确保大堤安全。

蓄：把上游的水蓄起来，这样解冻前上游水小，河道蓄水少，就不会造成水位上涨，冰盖隆起，造成灾害。

分：沿黄河的分洪工程和防洪闸用于分流和减轻大堤压力。

排：在容易形成冰塞的狭窄河段，将冰盖吹起，打开泄槽，使上游冰顺利排出当冰坝形成，威胁堤防安全时，及时使用飞机、大炮和炸药炸毁了冰坝。

世界防凌措施

世界各国在高寒地区的河流中都有冰灾，但冰灾类型不同，需要采取不同的预防措施。

1.冰凌冻结江河、湖泊、对于影响航运交通的港口，可以使用破冰船破冰，或者在港口岸边附近使用空气幕并锁定，以防止结冰。

2.冰冻住水电厂引水渠，或堵塞拦污栅，影响发电出力可以采取措施提高运河水位，促进冰盖形成，防止冰凌。

3.泄水冻结了各种泄水建筑物的闸门，影响了启闭运行一般采用加热或其他防冻措施。

4.冰会影响建筑物，比如桥墩、闸墩、经常采用局部加固或打碎大块浮冰等措施来整治河流中的丁坝。

5.冰盖膨胀时会产生很大的膨胀力，增加建筑物的荷载，在建筑物的设计中要考虑到这一点也可采取在建筑物水面设置面底水流交换器防止结冰，或放置圆形浮标减少冰压传递等措施。

1993 ~ 1994年截流期间，内蒙古三盛闸下3 ~ 5公里处形成严重冰塞，水位迅速上涨，在巴彦高勒水文站达到1054.40米，超过千年水位0.2米，12月7日晚决堤，淹没80平方公里土地和6万亩耕地，0.95万人受灾，直接经济损失4000万元。

2007 ~ 2008年封河期冻冰盖较厚、封河长度长、三湖河口水文断面水位在开河期间多次创历史新高3月20日凌晨，内蒙古杭锦旗都贵塔拉镇苏葵段黄河大堤决口，决口面积106平方公里，受灾人口10241人，直接经济损失6.9亿元。 

2015年，库布其牧业总干渠将陵水引入沙漠20162018年汛期以来，陵水累计分配5218万立方米。

前苏联在桥涵结构设计规范中首次提出了河冰对桥墩和桥台压力的计算公式，并于1959年发布标准确定了内河建筑的相关规定，从1975年开始使用（SNIP-11-57-75）详细阐述了冰荷载的作用原理和计算方法，并对桥墩或桥台的平面形状进行了分析、大小与水成冰过程中的温度变化有关、冰盖、冰的计算强度等影响因素确定了相应的计算系数，使得基于弹性屈服理论的冰对桥墩或桥台的冲击力计算标准化规范化，在世界北方寒冷地区的许多国家仍然防冰、抗冰设计使用。

20世纪90年代，中国徐建峰首次系统整理了黄河内蒙古段的凌汛灾害，并提出加固堤防、整治河道、加强冰情预报、控制水库调度、运用破冰措施、防冰综合措施，如修建海勃湾水库。

严增才（2008年）段文刚（2016年）摘要通过对南水北调中线输水工程冰期原型观测，总结了冰灾的形成发展规律，预测了冰灾对输水工程的影响，并提出了相应的防治措施：拦污栅加热；利用总干渠沿线的火力发电厂抽取冷水、排放热水；在交叉路口建筑处增设出冰门等。

周瑞卿等人以万家寨引黄工程实测资料为基础，分析了冰情的形成和形态演变过程，通过计算冰期河流输水能力预测了冰情，提出了冰期输水对策：尽快形成冰盖，把握结冰时机；结冰前，用石块筑成临时堤坝，提高水位，降低流速，促进水面结冰，避免冰塞；如有必要，采取措施捆绑水并将其返回罐中；鉴于冰情的复杂性，南黄调水工程实施后，在冰期输水运行过程中应加强观测，继续掌握冰情，积累冰期输水经验，为我国冰期输水提供参考。