河水是怎样结冰的

我们在课本上学到,当温度降到0℃时水就会变成冰。但实际情况并非如此简单。一方面自然界中的水不是纯净的水,里面溶解了很多物质,水的凝固点降低,水需在0℃以下才能冻结;另一方面,当温度刚好由零度以上降到0℃时,水是不会结冻的,因为结冰时放出的潜热很大,如果正好是冰点,刚生成的冰晶又会很快融化掉。所以,一般温度在零度以下河水才出现冻结现象。

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静水结冰需要较甚的过冷,实验室里曾经记录到蒸馏水过冷到-20℃还不见冰晶出现的数据。一般静水冷却到4℃后,水面继续降温,仅能使表层发生冷却,底层在较长时间里还是维持在4℃的温度,所以静水冻结是从水面开始的。

冰凌
水在零摄氏度或低于零摄氏度时,凝结成的固体称为冰。流动的冰称为凌。有时冰、凌通用,没有严格区别。

初冬时节河流淌凌是河流开始结冰的最初阶段。河水是汹涌流动的,流水结冰过程与静水很不相同。流水由于处在流动状态,紊流扰动强,不仅表层冷却迅速,就是底层也同时降温,水面和水内几乎可以同时结冰。大多数研究者认为,河流结冰是同时在水面和水中发生的。理由是河流混合作用强,在结冰前河水上下都能达到大体相同的温度,只要有结晶核,就可以在任何地方开始结冰。底冰的存在证明了这种理论的可能性。

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河流封冻有二种情况。一种是从岸边开始,先结成岸冰,向河心发展,逐渐汇合成冰桥,冰桥宽度扩展,使整个河面全被封冻。还有一种是流冰在河流狭窄或浅滩处形成冰坝后,冰块相互之间和冰块与河岸之间迅速冻结起来,并逆流向上扩展,使整个河面封冻。

当气温低于河流中的水温时,水体开始失热。当气温继续下降,水温达到和稍低于零摄氏度时,河流开始在岸边和水内结冰。河流结冰是在动水中结冰,与湖泊结冰不同。湖水结冰仅限于水体表面,深层水体仍保持高于零摄氏度的温度。河流由于水流的紊乱混合作用,水体失热几乎是整个水体同时进行。所以,河流不仅在水的表面形成薄冰和岸冰,而且在水内、河底形成水内冰。

当大地回春,气温升高的时候,河流里的冰开始化解,分解的冰块随着河水向下流动,河流开封。但是并不是所有的河冰都这样斯斯文文地解冻,让河流顺利开河,有时候解冻来得很快,特别是气温猛升或水位暴涨,大块冰凌汹涌而下,这样就容易造成冰凌。科学家们给这两种河流开河方式起了很有趣的名字,对于慢慢的解冻的开河方式叫“文开”河,对于迅速解冻容易引起冰凌的开河方式叫“武开”河。

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由南向北的河流特别容易发生武开河。当上游已是春光明媚,下游还是冰封千里的时侯,融水带着冰凌顺流而下,时而阻塞,水位抬高,时而溃决,横冲直撞,使下游冰层遽然胀破,于是形成巨大的冰排,向下猛冲,对桥梁堤坝危害严重。冰凌对桥墩威胁最大。春季淌凌时出现大冰排威胁桥墩时,需要用飞机或其它措施把冰排炸碎。

|$a%Nb*mVBNhf6P0 河流冰情的演变过程
按照冰量的增减,可分为成冰、融冰两个阶段。从开始结冰到最大冰厚出现,称为成冰阶段;冰从开始消融直至春季河流中流冰终止,称为融冰阶段。按照冰的形态变化,可分结冰、封冻、解冻3个时期。从河流开始结冰日到冰花、冰块流动停止日,称为结冰期;从流冰停止日到冰盖融解开始日,称为封冻期;从冰盖消融开始流动日到流冰终止日,称为解冻期。主要冰凌状态和要素如下:冰凇。漂浮于水面成细针状或极薄片状的冰晶,在流动中常聚集成松散的小片或小团。微冰。多在岸边出现的透明易碎的薄冰。岸冰。沿河岸冻结的冰带。因形成的时间和条件不同,又分初生岸冰、固定岸冰、冲积岸冰、再生岸冰和残余岸冰等形式。冰花。浮于水面或水中的水内冰、棉冰和冰屑等。流冰花。冰花随水流流动的现象。流冰。冰块或兼有少量冰凇、冰花等随水流流动的现象。水内冰。在水面以下任何部位存在的冰。疏密度。测验河段内,冰块与冰花的平面面积与敞露水面面积的比值。敞露水面宽。测验断面上,固定岸冰以外的自由水面宽度。冰盖。横跨两岸覆盖水面的固定冰层。封冻及封冻日期。测验河段内出现冰盖,且敞露水面面积小于河段总面积的20%时为封冻。其开始出现的日期,为封冻日期。冰上雪深。冰面上未受扰动的积雪厚度。层冰层水。冰层中央夹有水层。锚冰。水面以下冻结于河底或建筑物上的冰。清沟。封冻期间,河流中未冻结的狭长水沟。连底冻。从水面到河底全断面冻结成冰。冰塞。冰盖下面因大量冰花堆积,阻塞了部分过水断面,造成上游水位壅高的现象。冰坝。在河流的浅滩、卡口或弯道等处,横跨断面并明显壅高水位的冰块堆积体。岸边融冰。封冻冰层自岸边发生明显融化,出现冰上积水或敞露水面的现象。冰滑动。整片或被分裂的封冻冰层顺流滑动一段距离后,又停滞不动的现象。解冻及解冻日期。测验河段内,已无冰盖,或敞露水面面积已超过河段总面积为20%时为解冻。其开始发生的日期为解冻日期。在较长河段内有上下贯通敞露水面者,俗称开河。残冰堆积。春季解冻后,沿河两岸堆积的冰块。冰期。河流中出现冰情现象的整个时期。封冻期。河流中出现封冻现象的整个时期。

由冰凌壅塞引起的暂时涨水,叫做凌汛。黄河上游从宁夏到内蒙的河套段和下游在山东入海的地方,由于河段北流,经常出现凌汛。凌汛期间易出险情,一是凌汛来势猛烈,二是地冻未消,取土抢险困难。据统计,解放前,黄河改道后的百余年间,仅山东境内因凌汛决口就有35次之多,给沿岸人民造成很大的损失和痛苦。

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由于地形地貌的差异,河流形态及水量变化不一。因此,并非所有河流都会出现上述的冰情演变过程。譬如,在黄河下游,有的年份冷空气活动频繁,在零摄氏度上下变幅亦大,一个冬季可有多次封冻、解冻过程。又如黄河上游某些河段及新疆部分河流,河道很陡,水流湍急,冬季只有流冰而不封冻。水利新闻!b3S
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