［摘 要］ 在我国北纬30°以北和青藏高原上兴建水利水电工程及一些跨河建筑物时，改变了部分河道热力、动力及边界条件，直接或间接影响到河道内原有凌汛规律，甚至出现新的凌汛问题。这样不仅影响到河道防凌安全，而且往往对工程本身安全构成威胁。近50多年来 ，我国在工程凌汛研究过程中，吸取了国外凌汛研究经验，并结合工程规划、设计、施工和管理实践，通过大量常规、专项资料积累、专题分析计算研究、科学试验研究和室内模型试验研究，对工程影响下的3类冰凌洪水形成条件及主要特征量提出了较完整、科学且实用的分析计算方法，为今后兴建同类工程凌汛计算提供了有益借鉴。

［关键词］ 凌汛 工程凌汛 凌汛计算

1 工程凌汛问题研究开展情况简介

水利水电工程、桥梁等跨河建筑物（以下简称工程）的凌汛问题与江河凌汛既有紧密联系又有区别。工程凌汛主要研究工程兴建过程中或运用时，在一定设计条件、运用方式下，工程所在河道（渠道）可能出现的凌汛洪水类型及壅水影响程度。根据我们收集的材料看，近几十年来，北京、天津、西北、东北等水利水电设计单位及有关高等院校及科研部门，黄委、长委等流域设计与防汛部门，在江河及水利水电工程凌汛分析计算方面的成果，主要有：刘家峡、盐锅峡、天桥、万家寨、三门峡、丰满、大伙房、莲花等水利枢纽工程以及引松入长、京密引水、南水北调中线等一些大中型引水工程的设计、施工、运用与管理阶段有关凌汛分析与计算成果、专项科学研究报告与论文；黄河宁蒙河段、黄河下游河段堤防、分水滞蓄凌水防凌工程设计、管理及专项研究报告；黄河碛口、黑山峡、黄河海勃湾水利枢纽、南水北调西线调水工程规划、项目建议书、可行性阶段有关凌汛问题专题报告以及一些桥梁等跨河建筑物对凌汛问题的试验研究报告；青海、新疆等省、自治区一些小型水利水电工程设计、运用、管理阶段对凌汛问题研究报告与论文；有关中国江河凌汛方面专著、北方省、区水旱灾害与水资源专著中有关凌汛的篇章、相关论文及冰工程论文集。这些成果基本上反映了目前我国江河凌汛和水利水电工程凌汛计算方面经验与水平，从总体看，工程凌汛计算内容与方法研究，已形成一套具有一定科学性、系统性、实用性的方法，已具有推广的价值。

2 工程凌汛特点及涉及的凌汛计算问题

工程凌汛的基本特点就是它的物理属性与江河凌汛属性一致，即为“流量不大、水位高”。按凌汛物理成因特点划分，一般可分冰塞洪水、冰坝洪水和融冰洪水3种基本类型。因此工程凌汛分析计算内容与方法，可以借鉴河道凌汛分析计算的内容与方法。这主要包含各类冰凌洪水形成的河道边界条件、动力与热力条件，冰下过流能力，凌峰流量与冰凌壅水水位的分析与计算，不同冰凌发展阶段的水位流量关系等。

工程凌汛的第二个特点，就是其凌汛规律与工程情况的不可分割性，即工程凌汛的类型、发生时间、规模、影响程度等具有人为性与先导性，故也就具有一定的可控制性。工程凌汛问题不仅与自然河道凌汛有密切联系，而又与工程特点、布局、规模、运用方式与管理又有直接联系。因此，一般工程凌汛计算针对工程施工期或建成后，从对改变河道凌汛形成边界、热力与动力条件分析计算入手，分析工程存在条件下(不同设计条件、运用方式等)，可能形成的冰凌洪水类型、发生时间、地点、规模。可见，如果调整工程上述方面条件，按照一定设想来控制、减轻或甚至避免凌汛的形成，将成为可能。

工程凌汛形成规律上还具有一定的不确定性。这一方面是目前科学技术条件限制，对凌汛形成条件、规模、影响程度的规律了解仍有一定限度，故就工程对凌汛影响规律认识仍存在一定局限性，故人类对工程防凌措施分析计算与实际发生情况还存在一定差距。因此，对工程防凌规律的预估在客观上与实际可能发生情况有一定差距。在对待工程凌汛规律变化的不确定性方面，在工程设计阶段的凌汛计算中，可以在凌汛形成条件分析、凌汛形成规模中，采取适当外延、外包或误差控制等手段，加以控制，在考虑工程兴利条件的同时，从工程设计条件、运用方式等方面兼顾防凌汛需要作适当调整。

3 工程凌汛分析计算应用情况简介

3.1 冰情特征资料的统计运用

近50多年来，有关江河冰情方面积累了大量、较系统的观测资料，以及一些专项凌汛规律试验资料，可直接利用这些相关资料来进行统计分析。例如通过江河冰情观测基本资料统计分析，分析工程形成凌汛的基本条件。又如在堤防工程防凌汛设计中利用实测凌汛最高水位的概率计算，来确定堤防设防高程设计依据，实测凌峰流量统计成果可用于灌溉引水工程计算；一些河道实测冰塞、冰坝壅水观测资料及已建水库库尾冰塞、冰坝壅水试验观测资料可直接用于水库设计凌汛壅水水位分析、计算、论证等。

3.2 凌汛形成的河道、热力与动力条件分析与计算

多年来根据我国北方大江大河大量的冰塞、冰坝实例形成条件的河道边界、热力与动力研究，结合国外同类研究经验，对这些凌汛形成条件的分析计算已取得不少实用成果。例如蔡琳等［1］对河道冰塞、冰坝形成的河道边界条件，包括平面形态、纵向坡度的变化特点进行了归纳。根据一些理论研究，结合黄河、松花江河段冰花与碎冰在冰盖前缘下潜及冰盖下堆积的的资料分析，概括出冰塞形成的临界流速条件。在热力条件分析计算方面，根据资料条件及分析计算需要，目前以形成两种分析计算思路与方法，一种是利用实测冰情定性、定量资料，如冰情特征日期、流凌密度与流冰量等来表示；一种是利用特征气温统计资料，如累计负气温指标，或者用水体与大气、河道的热交换计算因素综合结果来表示。目前这些计算思路与方法已在黄河万家寨、海勃湾、南水北调中线、西线等多个工程凌汛计算中被采用。关于凌汛形成的动力条件分析，目前一般多采用流量、槽蓄水增量等指标，再通过建立一些经验关系来表示。这些经验公式具有地区性，因此在工程凌汛计算中，应注意结合本地区资料进行拟合建立一些经验关系。

3.3 凌汛计算中一些常用方法的研究进展情况简介

1）冰塞壅水计算方法

水库工程凌汛计算中需要进行库尾冰塞计算，通过分析计算，可以提出冰塞稳定阶段的冰塞壅水水面线，为库尾河道防凌提供决策依据。原北京、西北水电勘测设计院与水电部第四工程局等单位在对刘家峡、盐锅峡河段冰塞观测基础上，提出了库尾形成的冰塞堆积体的阿尔图宁河相关系式、水流挟携冰花能力、“稳定比降”及经验相关法法［２］。前两个方法经用于于黄河万家寨水库和海勃湾水库冰塞计算，其中水流挟携冰花能力法取得较稳定的计算成果。

(1)水流挟携冰花能力法

基本假定：计算时的冰塞河段各断面的水流条件和河段比降基本达到或接近平衡；冰盖下冰花运动，与推移质泥沙运动特性相似。

基本公式：q=aiv （1）

v=1/n*r2/3j1/2 (2)

稳定流速与流量、水面宽的关系式：

v=aq0.35/b0.36 （3）

糙率