黑龙江省航道事务中心 黑龙江哈尔滨 150090
摘要：松花江大顶子山航电枢纽工程是松花江干流上第一座大型控制性工程，工程于2004年9月开工建设，2008年项目建成交工验收。由于地处北纬46°，冬季严寒酷冷、江面封冻冰厚达70cm以上，春季融解化冻后，流冰量很大。本文根据2004年工程建设前和建成后至2020年流冰期现场观测掌握的第一手材料、结合哈尔滨市河段流冰情况调查成果，对开江期冰情现象进行了分析。
关键词：冰情；流冰；开江期
前言：松花江干流，特别是中下游江段，是我国发生严重冰凌灾害的频发江段之一，也是我国东北地区三大冰凌灾害的“主产区”之一。大顶子山航电枢纽位于松花江干流中游上段，坝址集水面积43.21×104km2，库区回水长度67.4km，是松花江干流第一座航电枢纽工程，也是来自于嫩江、第二松花江水量和流冰量的必经之道；由于地处高纬度地区，冬季严寒酷冷，加之江流为西南——东北流向，在封、开江期流冰时具有独特的流冰现象。
一.历年开江期冰情特征
从历年统计资料来看，松花江干流最早开江日期为3月25日（哈尔滨站），最晚开江日期为4月28日（通河站）；开江期平均流冰天数5～7天，秋季平均流冰天数9～19天。从哈尔滨站历年冰情资料统计分析，典型的武开江未发现，文开江占52年，介于文开江与武开江之间的半武开江有3年。枢纽建成前开江期最高水位114.88 m（1957年），最低水位112.24m（1979年）；最大水位变幅2.47m（1954年），最小水位变幅0.52m（1982年），枢纽库区形成后水位长年基本保持在正常蓄水位116m左右。1981年哈尔滨站开江期最大流冰尺寸为200m×100m；1971年最大流冰尺寸为150m×100m，平均冰速为1.05m/s。
开江期水位变幅与冬季冰厚及流冰天数关系密切，即冬季冰厚大时开江期水位变幅也随之变大，开江期水位变幅小时流冰天数反而更长。总的趋势是：枢纽建成前开江日期提前、封江日期推后，且上游封江、开江均早于下游，水位变幅有减少趋势。枢纽建成后库区冬季水位基本保持不变，维持在115.0m至116m之间，流速较天然河流小，流冰期相对较长，除主河道开江冰排少外，大部分冰层滞留在库区浅水区自然溶化。从大顶子山坝址断面与哈尔滨水文站相比，同一年中上下游封、开江日期相差1～2天。在大顶子山坝址河段，受弯道和河道分汊等情况的约束，一般是下游河段先开，上游冰块在此卡堵时间较长。
二.开江期冰情分析
近年来由于气候变暖，气温上升稳定，哈尔滨江段冰排流动时井然有序。冰排在流动过程中自然融化，绝大年份，因上游开江前，市区段已呈现敞露水面，为开江时上游大量来冰顺利下漂创造了条件。2004年松花江哈尔滨江段以连续流冰居多，开江最高水位为113.40m，开江流量为668 m3/s，属于偏枯年份，上游开江前，哈尔滨江段已完全呈现敞露水面，流冰顺利流向下游，并未产生严重的危害性冰凌现象，属典型的文开江。通过现场冰情观测与调查分析，对该河段开江期天然河道流冰情况初步形成以下几点认识：
1从河道横向地形变化来看，大顶子山坝址河段为复式断面，江水主流在右岸且岸坡较高，左边滩地宽约2000多米，除历史上仅有几年发生武开江外，大多数年份为文开江，开江形势和缓。一般情况下，当冰块在主河段堵塞后，水位会迅速上涨，一旦水位达到约113.00m的滩地高程，水面会由1000多米迅速展宽到3000多米，故不易形成冰坝。
2从坝址上下游长河段来看，本河段的开江形式有两种情况。一是倒开江，即上游先开，下游后开，此开江形式容易在分汊、弯道、浅滩等某些局部河段产生冰塞、冰坝等较为恶劣的冰情现象。二是顺开江，即下游先开，上游后开，冰块自下而上节节脱节，下漂的冰块在下游某一断面处堆积，并使上游水位迅速抬高，进而使上游河段冰盖隆起、脱节，此开江形式会产生局部河段水位的陡涨陡落，并导致大量坚硬的冰块被挤压、堆集在河岸两侧。
3一般情况下，开江期流冰属于阵性流冰，尤其在开江初期的阵性流冰都是全河段推冰，疏密度接近1.0，对河道排冰非常不利，当河道发生弯道、束窄、分汊等变化时极易在此形成冰块堆积、阻塞。
4冰块能否顺利通过某一河段，并非完全取决于冰块的大小与河宽的对比关系，也就是说，即使所有冰块的尺寸都小于河宽，也不能保证流冰都能顺利通过，其影响因素还取决于流冰疏密度、冰块的级配、厚度、强度、河道形势、水力因素等，是一个复杂的综合影响关系。从现场观测来看，坝址河段的江心岛，将江道一分为二，开江时两条江汊此开彼堵，此堵彼开，开开堵堵，相互调节影响。
5虽然2004年坝址河段开江气温偏高，冰盖厚度小、强度低，形势和缓，但开江期水位也有一个陡涨陡落、变化急剧的过程，如开江前后的水位变幅达到了2.0m以上。
6本河段流冰期大冰块所占比重大、冰块厚、强度高。从冰块推挤在岸边叠加堆集或深深扎入冻土中的情况来看，开江流冰冰块仍有相当的强度，破坏力还是很大
7大顶子山枢纽库区形成以后，水域面积增大，水深变深，流速变小，冰块破坏力变小，冰块在库区停留时间变长，大部分靠自然溶化，只有小部分随水流从船闸流向坝下。
三.人类活动对河道冰情的影响
哈尔滨是松花江干流上最大的城市，同时又位于大顶子山水库库区。全市每天排放生活和工业污水约97×104t，主要通过马家沟、河家沟、信义沟等排入松花江，其中马家沟的污水排放量每天约32×104t。2004年前在哈尔滨公路桥下游约200m处有一个排污口，排污流量约1.0m3/s；在航运站上游约200m处、下游约800m处各有一个排污口，排污流量分别约为0.3m3/s和0.2m3/s。此3个排污口日排污水量达12.96×104m3。由上述排污口排出的废热污水是松花江江水的热污染源，对哈尔滨江段的冰情产生了较为严重而深刻的影响。其直接影响表现在哈尔滨市区河段封江期推迟、稳定封冻期缩短、冰层变薄。
综上所述，由于2008年前哈尔滨连续枯水，加之排污量大，使得松花江干流在哈尔滨市区形成比较明显的封江期推迟、开江期提前、稳定封冻期缩短的现象。2008年后水库形成后除了气温影响外，开封江日期基本差不多。
结论
通过历史资料和现场调查分析，对大顶子山库区河段冰情现象形成如下几点：
1松花江干流哈尔滨至大顶子山河段开江期流冰量很大，2004年开江期流冰总量为0.725×108 m3，最大冰厚0.85 m，最大冰速1.5m/s，流冰最集中时，整个江面冰排向下游推进，形成“跑冰排”的壮观景象。由于冰块尺寸大、强度高，在开江初期冰排下漂时对河岸冲击力很强。
2开江期流冰是否顺畅，主要与河道有无弯曲、分汊及阻水建筑物关系密切。当大量冰块在下漂途中稍遇断面形状变化，即可形成冰块的堆积、阻塞，导致水位迅速升高。
3人类活动对哈尔滨市区段冰情的影响有利有弊，其积极的一面是为大量来自上游的冰块输送提前打开了一段通道，使上游冰流量顺利通过，不至于在此江段产生危害性冰情现象；其不利的一面是对下游河道而言，有更多的冰块下泄，会增加下游河道的冰流量，在库区流速较天然河道有所减小的情况下，极易产生流冰堵塞现象，增加排冰困难。
4大顶子山枢纽库区形成以后，水域面积增大，水位提高，水深变深，流速变小，冰块破坏力变小，冰块在库区停留时间变长，大部分靠自然溶化，只有小部分随水流从船闸流向坝下。但在坝址以上2km左右的范围内易产生冰塞，堵塞航道，每年该区域都得用破冰船进行航道破冰，保证船舶正常航行。
参考文献：
[1] 黑龙江省航道事务中心.哈尔滨水位站历年冰情监测统计资料