呼伦贝尔林区道路涎流冰发生机理及预报分析

呼伦贝尔林区道路涎流冰发生机理及预报分析

张廷利

呼伦贝尔水文水资源分中心  内蒙古 呼伦贝尔 021000

摘要：呼伦贝尔地处我国温带大陆性气候，由于独特的自然地理因素，使得当地林区道路经常性会出现涎流冰现象，对当地交通运行造成了一定的影响。基于此本文主要对呼伦贝尔林区道路涎流冰发生原因以及具体的预报方式进行分析研究。从活动层厚度、气候条件影响因素、地质地貌条件以及水文条件四个方面对涎流冰形成条件进行分析。并在此基础上建立了相关的数学模型，注重分析了路基温度场预报以及体积预报两种方式，以此来加强对涎流冰形成的预报工作，并提前做好相关的防范措施。

关键词：呼伦贝尔林区；道路涎流冰；发生机理及预报

前言：涎流冰也叫冰锥，通常出现于我国北方寒冷地区，在低温环境温度的影响下，地表水出现明显的冻结，导致水流运动过程受到阻碍，在不断堆积的过程中形成地面冰体，形成道路障碍。例如在我国呼伦贝尔地区，由于地处高原地带，白天夜晚之间的温度差异较大，白天温度较高导致地表水存在于道路表面，而夜晚由于温度较低，导致水被冻结于道路表面，最终形成涎流冰。另外根据补给水源性质来看，可以将涎流冰分成泉水涎流冰、潜水涎流冰等多个类型，所采取的防治措施需要具有一定的针对性。

一、呼伦贝尔林区道路涎流冰发生机理分析

（一）活动层厚度影响

呼伦贝尔地处内蒙古高原，有着较为明显的高原气候特征，并且存在着大量规模的冻土，这些冻土与地层中活动层的厚度形成有效连接，从而加剧了涎流冰的形成，使形成规模处于不断的扩大当中。通常来讲活动层厚度较高的话，会在内部积蓄大量的水源，这些水源在不断堆积的过程中，会进一步扩大涎流冰的规模，因此活动层厚度越高，就容易引发涎流冰现象的出现。另外在高原气候中，会出现较多的冰雪天气，导致林区道路表面堆积大量的冰雪，这些冰雪会对地表温度产生较大的影响，进一步影响了地层中的冻层厚度。因此从物理学的角度来看，冰雪本身由于温度较低，导热性能较差，使地表与地层之间的隔热性受到阻碍，阻止了大量冷风向土层内部进行传播，有效维持了土层内部的温度。防止土层内部出现大规模的冻结现象。在呼伦贝尔气候中，当地冬季积雪厚度较大，使地表温度能够得到保持。而土层内部中的地下水因为受热不均匀的影响，会排出到地表，从而形成涎流冰，但是所造成的涎流冰规模较低，对于道路所产生的影响也相对较少。由此可见地表积雪越多，那么涎流冰的形成规模也越低[1]。

（二）气候条件影响

气候条件因素对于涎流冰的形成产生了重要影响，通常情况下当气候温度低于零摄氏度时，就有可能形成涎流冰，温度越低，涎流冰所形成的规模也就越大。以呼伦贝尔气候为例，当地地处温带大陆性气候，白天夜晚温度差异较大，全年降水量较少，使得植被覆盖率较高。而在呼伦贝尔林区中，由于水分蒸发速度较慢，导致地表水堆积量较多，潮湿程度较高，使得道路涎流冰形成规模较大，产生了较为严重的危害影响。呼伦贝尔一般年降水量在500mm左右，但是每年水分的蒸发量却超出了1000mm，由于降水量与蒸发量之间有着严重的失衡性，导致潜水涎流冰出现的概率提高。因此从以上内容可以看出涎流冰的出现与当地降水量之间有着很大的联系。潜水涎流冰以及孔隙水涎流冰的形成更是与降水量之间挂钩，其地下水主要补给来源和变化幅度深刻影响着涎流冰的形成。因此在确定涎流冰形成时间段并采取针对性防治措施，可以根据气候变化以及降水量变化来进行参考，使涎流冰防治效率能够得到进一步提升。

（三）地质地貌影响因素

在地下水运动的过程中通常有着一定的规律，并且按照指定的迁移路径进行排出。地下水运动通道通常是由风化裂隙、透水地层等因素组成，并且在通道尽头会形成泉眼，在低温环境的影响下最终形成涎流冰。受地质地貌的影响，地下水水流动力一般来自于水的势能，而地下水压力则来自于含水层不同位置中的水位高差，从而产生出差异较大的地下水压力，而没有压力的潜水则是受地形坡度的影响产生驱动力，形成明显的水压差异。在呼伦贝尔冬季，由于会形成大量的冻土，导致无压潜水在受到地表冻结压力的影响下，会与底部隔水层形成强烈挤压，形成一定数量挤压水。而在不断挤压的过程中，会逐渐朝着潜水方向进行运动，使涎流冰形成速度进一步加快，在地形坡度的影响下，地表水运动频率更高，那么涎流冰形成的速度也就更快。除此之外，地层中岩石透水程度对于涎流冰形成也有着一定影响，由于不同岩石内部构造之间存在着较大的差异，使得地下水运动轨迹存在着一定偏差，汇集总量受到影响，同时也决定着地下水的主要水源。因此地质地貌的影响因素对于涎流冰形成产生了重要影响，需要做好相关的防范[2]。

（四）水文条件影响

水作为涎流冰形成的物质基础，其水量多少直接决定着涎流冰形成的规模。通常来讲涎流冰水源主要分为两种，分别为地下水以及地表水。地表水主要以河流水为主，而地下水则分为深层地下水以及浅层地下水。在呼伦贝尔地区有着大量的冻土层，这些冻土层起到有效阻隔的作用，主要目的是防止水流继续朝着更深的方向进行渗入，而由于冻土层环境温度较低，导致土层内的水分容易被挤压出来，从而形成涎流冰。另外处于含水层中的地下水在岩层作用的影响下，会产生出隔水底板的效果，使地层中透水层与冻土层之间形成左右两个方向的挤压，并且在不断挤压的过程中，会使用水流从冻土层最薄弱的环节流出，经过低温环境的不断冻结，最终形成涎流冰。

二、呼伦贝尔林区道路涎流冰预报过程分析

（一）路基温度场预报

在呼伦贝尔林区冻土区域内，排水管路基温度场问题始终是比较关注的话题，为了达到良好的预报效果，需要对冻土的热量平衡控制进行分析研究，具体所表示的热量平衡控制微分方程式为：Tf（t1t2）=Tu（s（t1t2））=Tm，其中Tf表示温度冻结状态、Tu表示温度溶解状态，t1表示冻土区域内介质的温度，t2表示冻土区域内的导热系数，Tm表示区域内相应的物理量。

为了进一步提高预报效果，要求在展开预报分析之前，需要提前做好相关的物理模型，比如提前制作出路基，路基中间区域填土，经过不断挖掘后回填草皮和土，主要是对路基中碎石土的含量进行计算。而在分析地面与路基数值的过程中，需要根据大气温度以及地表温度进行取值，以此来提升处理效率。而在水管边界处理中，由于水管边界处理效率比较困难，因此需要当作成一个固定边界来进行处理，保持好流水温度。最后在模型地下三米范围处进行计算，主要是判断排水线路是否过长。从实际预报的效果来看，通过对相关模型的建立，能够使预报效果更加突出，根据当地气温变化的规律，从而判断出涎流冰形成规模的情况[3]。

（二）体积预报

由于涎流冰形成的规模各不相同，可以根据涎流冰体积规模来进行合理预报，并建立相关的预报模型。比如在对林区道路边坡涎流冰形成规模进行预报时，所采用的预报模型为：V=Q（t）dt，其中V表示的冻结效率、t表示实际水量、dt表示冻结时间。而在计算边坡渗出水量时，所采用的计算模型为：Q（t）=Ki×S，其中K表示土层渗透系数，i表示水力梯度，S表示冻结压力作用下产生出的等效水力梯度。从实际预报效果来看，通过对涎流冰体积的预报，能够快速分析出涎流冰形成的时间，并做好积极的防范措施。

结语：综上所述，本文从地理角度出发，对于呼伦贝尔林区道路涎流冰形成的原因以及具体预报方式进行总结分析，受当地自然地理因素的影响，呼伦贝尔林区道路涎流冰形成具有一定的特殊性，因此需要引进相关的先进技术，提前收集准备勘测资料，结合不同的水文地质情况采取针对性的防治措施，以此来减少涎流冰所造成的影响。

参考文献：

[1]赵天望,戴长雷,邹德昊,宋成杰. 公路隧道涎流冰发育过程中的水源及渗流通道分析[J]. 黑龙江大学工程学报,2022,13(01):7-12.

[2]胡佳佳. 西北地区公路涎流冰病害分析及新型防治措施研究[J]. 甘肃科技纵横,2021,50(10):28-30+50.

[3]赵天望,戴长雷,张凯文. 哈尔滨三环路典型路隧涎流冰成因分析及防治措施[J]. 黑龙江水利科技,2021,49(06):1-5.