Page 93 - 2021年第52卷第7期

的不同时刻水位、地形和河冰分布结果见图 9。计算 2 s 后，储存在卡冰点上游的浮冰和水体以类似
溃坝水体的洪水波向下游传播。下游岸坡在淹没和水流冲刷下发生河岸侵蚀、崩塌和堤脚淤积，而
上游河道流凌及水流也导致岸坡上部冲刷坍塌及堤脚淤积。随着冰塞的释放，冰塞体前端水位及冰
厚减小，并向下游平滑过渡。在 3 至 6 s，上游储存的浮冰和水体继续向下游释放，流凌刮擦引起的
岸滩崩塌更为显著，坍塌的土体堆积于堤脚附近，部分泥沙被输移到下游。计算的 12 s，冰塞释放的
浮冰流出计算区域，上游壅水部分回落，水面附近的岸坡出现显著侵蚀和崩塌，而两侧堤脚出现大
量淤积。其中上游的岸坡冲刷和堤脚淤积大于下游河道。这是合理的，因为上游河道壅水高于下
游，冰塞体刮擦影响区域也较下游河道大。

时刻 地形高程/m
0.6 0.18
0.4 0.12
y/m
0.2 0.06
0 0
0.6 0.006
0.4 0.002
y/m
0.2 -0.002
0 -0.006
15
0.16 0 5 x/m 10 高程变化/m
高程/m 0.12 冰上表面
冰下表面
0.08
水位
河床
0.04
0
图 8 冰塞形成引起的水位壅高及河床冲刷模拟结果
时刻 地形高程/m 时刻 地形高程/m
0.6 0.18 0.6 0.18
y/m 0.4 0.12 y/m 0.4 0.12
0.06
0.2
0.2
0.06
0 0 0 0
0.6 0.006 0.6 0.006
y/m 0.4 0.002 y/m 0.4 0.002
-0.002
0.2
0.2
-0.002
0 -0.006 0 -0.006
15
15
0.16 0 5 x/m 10 高程变化/m 0.16 0 5 x/m 10 高程变化/m
高程/m 0.12 冰上表面 高程/m 0.12 冰上表面
0.08
冰下表面
0.08
冰下表面
水位
水位
0.04
0 河床 0.04 0 河床
（a）2s （b）3s
时刻 地形高程/m 时刻 地形高程/m
0.6 0.18 0.6 0.18
y/m 0.4 0.12 y/m 0.4 0.12
0.2
0.06
0.06
0.2
0 0 0 0
0.6 0.006 0.6 0.006
y/m 0.4 0.002 y/m 0.4 0.002
-0.002
-0.002
0.2
0.2
0 -0.006 0 -0.006
15
15
0.16 0 5 x/m 10 高程变化/m 0.16 0 5 x/m 10 高程变化/m
高程/m 0.12 冰上表面 高程/m 0.12 冰上表面
0.08
冰下表面
0.08
冰下表面
水位
0.04
河床 0.04 水位
河床
0 0
（c）6s （d）12s
图 9 不同时刻模拟的冰塞释放过程及水位、地形和河冰分布
图 10 显示了上游至下游 4 个典型断面 0、3、6、9 和 12 s 计算的断面地形冲淤变化过程。4 个断面
均显示水面下存在岸坡冲刷侵蚀，水面以上的岸坡也出现崩塌侵蚀，大量失稳土体落淤在堤脚附
近。从上游到下游，冲刷和崩岸的土体面积逐渐减小，而堤脚淤积的土体面积相应也减少。这主要
是因为水位从上游到下游逐渐减小，河冰大量堆积在上游河道，流凌刮擦和水流侵蚀范围从上游向
下游递减。此外，水面以上岸坡再平衡的坡角大于水面以下岸坡的平衡坡角。计算结果显示水冰沙
耦合模型能准确模拟水面上下不同含水层的稳定坡面。图 8—10 证实该模型能有效模拟极端冰塞下
的岸滩刮擦侵蚀、岸坡崩塌、失稳土体堤脚落淤和冰塞释放过程，能进一步应用于其它水冰沙问
题研究。
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