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        張家口市區(qū)河道最大冰厚預(yù)測

        2017-09-03 10:08:37張良
        河北水利 2017年7期
        關(guān)鍵詞:橡膠壩市區(qū)張家口

        □張良

        張家口市區(qū)河道最大冰厚預(yù)測

        □張良

        分析最大冰厚的影響因素及計算方法,以累積日平均負(fù)氣溫為基礎(chǔ),對張家口市區(qū)河道最大冰厚進(jìn)行預(yù)測,計算成果與實際觀測資料相比精度較高,可以作為張家口市區(qū)河道最大冰厚推求的依據(jù)。

        張家口市區(qū);最大冰厚;預(yù)測

        冰厚的影響因素主要是由氣溫、輻射、水溫、積雪、流速、污染物以及人類活動的影響等組成。氣溫是影響冰厚的重要因素之一,且容易獲得,可以通過對氣溫的分析研究對冰厚進(jìn)行預(yù)測。

        1.冰厚的計算方法

        德國科學(xué)家Stefan于19世紀(jì)80年代,在提出冰層表面溫度與大氣溫度相等的假設(shè)基礎(chǔ)上建立了冰厚的熱量平衡方程:

        式中:

        ki—冰的傳導(dǎo)系數(shù),W/(m·K);

        Ta—氣溫,℃;

        t—時間,s;

        hi—冰厚,m;

        Li—結(jié)冰潛熱,J/kg;

        ρi—冰的密度,kg/m3。

        由熱量平衡方程可以推導(dǎo)出冰厚的計算公式:

        式中:

        α-經(jīng)驗系數(shù),W/(m·K);

        Ta(t)-氣溫,℃;

        式中:

        k—系數(shù),可以通過實測冰厚與實測的日累積負(fù)氣溫得出;

        -T—自秋季日平均氣溫穩(wěn)定轉(zhuǎn)負(fù)之日起的累積日平均負(fù)氣溫,℃。

        這與《冰情觀測規(guī)范》中冰厚計算公式是一致的。

        2.張家口市區(qū)河道最大冰厚預(yù)測實例

        表1 張家口水文站實測最大冰厚與推求冰厚誤差表

        以張家口市區(qū)內(nèi)清水河代表站張家口水文站觀測的氣溫和冰厚為例,推算張家口市區(qū)河道斷面處的最大冰厚。

        張家口水文站自2008年1月將測驗斷面遷至通泰大橋上游,2009年9月張家口水文站測驗斷面處橡膠壩運行蓄水,自此測驗斷面位于橡膠壩內(nèi),近幾年封凍期橡膠壩蓄水水深一直保持著1.5m以上。

        選取張家口水文站2014年11月~2015年3月、2015年11月~2016年3月的日平均負(fù)氣溫(以每日8時觀測的負(fù)氣溫代替)及實際觀測冰厚資料,點繪冰厚與散點關(guān)系圖,見圖1。通過點群中心繪制關(guān)系曲線可以看出,冰厚與的關(guān)系是冰厚逐漸增加,也逐漸增加,到達(dá)最大冰厚以后,雖然仍然增加,但冰厚在逐漸較少,這時候出現(xiàn)一個臨界點,這與2008年李志民提出的在臨界累積日平均負(fù)氣溫前,冰厚與累積日平均負(fù)氣溫正相關(guān),在臨界累積日平均負(fù)氣溫后,冰厚與臨界累積日平均負(fù)氣溫負(fù)相關(guān)的觀點是一致的。

        圖1 冰厚與累積日平均負(fù)氣溫關(guān)系圖

        表1為清水河代表站張家口水文站2014年11月~2016年3月實測最大冰厚與推求冰厚誤差表,通過冰厚系數(shù)計算最大誤差為4cm,最大相對誤差絕對值在7%以內(nèi),通過關(guān)系圖查線最大誤差為4cm,最大相對誤差絕對值在5%以內(nèi),具有較高精度。兩種方法產(chǎn)生偏差的較大原因是關(guān)系圖查線需要繪制通過點群中心的關(guān)系曲線,受人為經(jīng)驗、主觀的影響有所偏差。

        3.結(jié)論

        冰厚的計算參數(shù)氣溫可以通過水文站實測氣溫資料或氣象局資料來獲得,通過以上方法計算最大冰厚的精度較高,可以作為張家口市區(qū)河道最大冰厚推求的依據(jù)。□

        2017-06-14

        張良,男,漢族,張家口水文水資源勘測局,高級工程師。

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