表6河道特征模型和成因几率发生法预报冰坝发生情况的比较1971年冰坝发生位置洛古河漠河乌苏里加林达古城岛马伦开库康双合站依西肯欧浦正棋金山呼玛P′值0.794 0.797 0.800 0.802 0.853 0.824 0.823 0.696 0.749 0.720 0.783 0.635 0.460河道特征模型预报冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝未发生冰坝未发生冰坝是否合格Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N N几率分析法P″值0.311 0.425 0.681 0.276 0.514 0.412 0.586 0.336 0.408 0.660 0.438 0.375 0.410预报冰坝未发生冰坝发生冰坝发生冰坝未发生冰坝发生冰坝发生冰坝发生冰坝未发生冰坝未发生冰坝发生冰坝发生冰坝未发生冰坝发生冰坝是否合格N Y Y N Y Y Y N N Y Y N Y

图3各河道特征对冰坝生消的影响

4.5精度评价利用均方根误差和模型效率系数模拟预报值和实际值之间的仿真能力和适用性，将4.3节所得预报值与实际值代入式（10）和式（11），得出RMSE值为0.02，EF值为0.98。参考《水文情报预报规范》（GB/T-2008）[35]，评定结果属于甲等预报方案。说明基于多元回归的河道特征冰坝预报模型能够较好的模拟武开河或倒开江条件下的黑龙江上游各河段冰坝发生概率。通过对冰坝实际发生概率与预测发生概率进行比较，对模型进行了标定和验证。实际值与预测值对比如图4所示。除个体差异外，模型的仿真结果与实际发生概率结果吻合较好。回归分析表明，回归相关系数（R2）为0.83，回归方程斜率为0.86。预测值与实际值呈极显著相关（P＜0.001）。

图4冰坝预测发生概率与冰坝实际发生概率

5讨论

针对黑龙江上游冰坝凌汛灾害，张义夫等[2]研究表明河道形态除了能够改变水流而影响冰情变化外，它还对冰凌具有卡塞作用。本文研究表明，冰坝形成与河道比降、河道弯曲系数和河道突缩宽窄比具有明显的相关性。黑龙江上游漠河至呼玛段间上河段与下河段比降之比为1.3～5.0，且相邻河段河道沿程变化急剧，为冰坝多发段[36]。Wuebben等[37]研究结果表明河道的自然构造特征会对冰坝的位置产生影响，水力坡度是促进冰坝形成的一个重要因素，本文观测结果也证实了这一点。冰坝形成最常见的位置是在河道比降由陡变化到缓的区域，如1960年冰坝凌汛灾害严重的加林达至古城岛段及新街基江段，其水面比降比相邻江段明显偏小，是由于重力作为流冰的驱动力，当河中碎冰块流至缓坡区域，阻力增大，水流动力逐渐减弱，冰块停止移动开始堆积，并减小了河道过水能力，最终形成冰坝，Urroz[38]也得出相似结论。黑龙江的上游段属于典型的山区性河流，江道弯曲呈L型、S型或者Ω型，部分河段甚至会出现大于90°的弯角转折，其中上中游弯曲系数均值为1.20，但在局部河段曲折系数出现高值跳跃点[39]，在所研究区域的欧浦段河道弯曲系数达到为1.92。河道中的弯道对冰坝的形成产生积极影响，通过迫使流冰改变运动方向，并使冰块撞击外侧河岸，因此弯道常常被列为冰坝的起源地[40]。如黑龙江上游下地江段营子岛以下江段，槽线呈U形变化，连崟江段槽线呈双S形变化，当水流通过这些弯曲江段时，会产生附加离心作用，形成断面环流，易于形成冰坝[13]。随着河道断面的宽窄比的增大，水流进入河道突缩段后流速会越来越快，河道宽窄比越大水流在流经河道突缩段前后的流态更紊乱[28]。孙延锋等[24]研究表明当流凌行至束狭江段，由于水域的骤然收缩引起流冰的过分集中，易造成卡冰堵塞，这与本文的研究结果一致。黑龙江上游河谷宽窄程度相间，河道岸线非常的不规则，上游冰坝易发河段平均河道突缩宽窄比为1.98。开河期流凌行至主河道突缩段时，局部阻力损失增大，流态紊乱，易形成巨大的冰堆积体，引起过水能力不均，利于冰坝的产生。黑龙江上游的河道特征冰坝预报模型是建立“武开江”或“倒开江”有利于冰坝形成的水力和热力条件下，将各河段河道特征系数输入特征方程，预测各河段形成冰坝的概率，可初步确定冰坝发生位置，为黑龙江上游冰情凌汛预警工作提供一定的理论贡献。

6结论

以黑龙江上游冰坝易发河段为研究对象，从河道特征角度入手对冰坝生消演变进行研究。得到结果如下：（1）分析对比典型河段历史冰坝发生位置，得出流域地势越陡峭，河道比降区间为2‰～3‰，河道弯曲系数处于2.0～3.0之间，河道突缩宽窄比超过3.0的河段，在“武开江”下越容易形成冰坝。（2）GPS追踪试验所得流速变化反馈开江期各河段流冰阻塞情况，与冰坝易发河段契合良好。冰坝的形成及演变极为复杂，将所选取的典型河段河道比降、河道弯曲系数和河道突缩宽窄比作为模型因子输入到冰坝预报模型中，并采用多元回归方法对参数进行优化，建立黑龙江上游河道特征方程，计算所得最佳阈值0.69作为发生冰坝的判别标准，大于或等于此临界值会发生冰坝，反之，则不会发生。（3）通过模拟上游各河段河道因素，预报冰坝在某河段的发生概率，模拟结果对比历史典型年凌汛情况吻合较好，验算得出模型均方根误差为0.02、模型效率系数为0.98。与传统经验统计冰坝预报模型比较，本研究以形成冰坝的动力条件为前提，建立了基于河道特征的黑龙江冰坝回归模型，预报精度为85%。根据《水文情报预报规范》（GB/T-2008），模型较为准确的预报了黑龙江上游不同河段开河期冰坝发生概率。

文章来源：《黑龙江医学》 网址: http://www.hljyxzzs.cn/qikandaodu/2021/0208/769.html