Page 86 - 2021年第52卷第8期

Q 、 Q 分别为河道内总流量和冰塞内渗流流量，m /s。
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渗流系数是表征单位水力梯度下单位渗流量的指标，也是综合反映渗流强度和渗流能力的重要
参数，其与渗流面积和水力坡降等共同影响渗流流量。图 5 为 6 组冰塞试验方案下获得的渗流系数与
孔隙率变化特征及冰厚较大位置处垂线流速测点的流量体积比、渗流流速和冰厚/水深比。综合表 1
分析可以看出：冰颗粒粒径均匀，分选程度较好条件下，孔隙率主要与水力条件影响下冰体的排列
方式有关，河床比降等边界条件一定时，流量越大，冰颗粒间排列方式越紧密，孔隙率越小；粒径
和孔隙介质相同的情况下，孔隙率越大，渗流系数也越大。孔隙率一定程度上影响孔隙面积，但孔
隙率越大并不代表渗流流量越多，两者无直接相关关系，还取决于河道内水力条件及渗流速度等。
恒定流条件下，冰塞内渗流流速与冰厚和水深之比为典型的负相关，孔隙率一定时，水流受冰体间
摩擦阻力的作用随冰塞厚度的增大而增大，产生的惯性阻力也越大。
本文不同试验工况下，冰厚和水深之比在 0.6～1.4 之间，孔隙率在 0.39～0.51 之间时，渗流系数
为 0.08～0.12 m/s，对应的渗流流量占总流量的比例为 9%～26%，揭示了冰塞内渗流流量为冬季河道
内重要的槽蓄水量。

4 结论

（1）冰量体积、河床比降和流量等共同影响冰塞剖面的形成，恒定流条件下，流量和河床坡降一
定、冰量体积越大，流量和冰量体积一定、河床坡降越陡的工况下，冰塞剖面的厚度越容易被满
足；同等流量条件下，冰盖下水流最大流速随冰塞厚度的增大而增大，冰盖底部 0.3～0.5 水深区间
内，垂线流速分布较均匀，最大与最小流速变化率为 2%～10%。
（2）冰塞内渗流阻力能量损失与冰厚和水深之比呈典型正相关，冰塞头部渗流阻力损失最大可占
总能量损失的 42%；渗流阻力在整个冰塞河段中占 11%～21%的作用，对上下游水位的影响与河床底
部糙率具有同等重要性，尤其在冰厚较大位置。
（3）冰塞内渗流流量为河道内重要的槽蓄水量，占据总流量的 9%～26%；粒径和孔隙介质相同的
情况下，渗流系数随冰塞孔隙率的增大而增大，但孔隙率越大并不代表渗流流量越多，还取决于河
道内水力条件等。试验中没有考虑不同尺寸粒径冰块的组合，冰塞内渗流阻力对上下游水位变化的
影响还有待进一步探究。

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