Page 85 - 2021年第52卷第8期

表 2 冰塞总能量损失及各分部能量损失统计
试验序号 h t/cm h b/cm h s/cm h i/cm i b/% i s/% i i/%
(1) (2) (3) (4) (5) (6)=(3)/(2) (7)=(4)/(2) (8)=(5)/(2)
1 4.4560 1.0780 0.4754 2.9023 24.20 10.67 65.13
2 6.1570 1.4880 1.2742 3.3949 24.17 20.70 55.14
3 14.7483 3.7546 2.2140 8.7797 25.46 15.01 59.53
4 18.6558 5.7802 2.3226 10.5530 30.98 12.45 56.57
5 38.6204 7.4531 4.7954 26.3720 19.30 12.42 68.29
6 18.3204 3.3308 2.6092 12.3805 18.18 14.24 67.58
差 0.0048 m /s 时，总能量损失相差 20.3 cm（方案 5 和 6）；方案 1 和 3 同等流量和河床坡降条件下，冰
3
量体积相差 79%，冰塞长度相差 4%，河道内总能量损失相差 70%；流量和冰量相同条件下，河床坡
降较小工况下总能量损失较大（方案 1 和 2）。6 组冰塞模拟试验下，河道内总河床糙率损失、渗流阻
力损失和冰塞底部糙率损失占总能量损失的比例分别为 18%～31%、11%～21%和 55%～68%，揭示
了渗流阻力损失与河床糙率损失在冰塞中对上下游水位的影响具有同等重要性，尤其在冰厚较大位
置，渗流阻力的比重更不容被忽视。
冰塞堆积河段的雷诺数较大，渗流运动为湍流，水力坡降与渗流流速的平方呈典型正相关。一
定水力控制条件下，多孔介质中的渗流流速越大，流体穿过冰塞体产生的水头损失越大；渗流路
径越长，水流克服冰体摩擦阻力产生的沿程水头损失越多。冰体颗粒的粒径、分选程度及其堆积
排列方式是影响孔隙结构和渗流强度的重要指标，同等条件下，固体颗粒的粒径越大，分选程度
越 好 ， 排 列 结 构 越 松 散 ， 其 形 成 的 多 孔 介 质 孔 隙 率 和 渗 流 梯 度 越 大 ， 渗 透 能 力 越 强 ［34］ 。 除 此 之
外，冰塞长度和厚度是影响渗流能量损失的重要因素，冰塞内渗流阻力与冰厚和冰塞长度呈一定
的正比关系。
3.3 冰塞内渗流流量及渗流相关参数 冰塞河段总流量包括渗流流量和冰塞下流量两部分，以冰塞
剖面及冰盖下流速分布等数据为依据，积分得到冰塞下流量，采用总流量与冰塞下流量差值的方式
推求渗流流量，通过计算渗流面积，进而获得不同冰厚位置的渗流流速，如下所示：
水面
Q =  V ˉ Bdh （11）
i
河床
Q = Q - Q i （12）
s
t
V = Q /A s （13）
s
s
式中： Q 为冰塞下流量，m /s； V ˉ 、 V 分别为相邻测点间平均流速和渗流流速，m/s；B 为河宽，m；
3
i
s

图 5 不同工况下冰塞内渗流相关参数特征
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