我們在課本上學(xué)到,當(dāng)溫度降到0℃時水就會變成冰.但實(shí)際情況并非如此簡單.一方面自然界中的水不是純凈的水,里面溶解了很多物質(zhì),水的凝固點(diǎn)降低,水需在0℃以下才能凍結(jié);另一方面,當(dāng)溫度剛好由零度以上降到0℃時,水是不會結(jié)凍的,因?yàn)榻Y(jié)冰時放出的潛熱很大,如果正好是冰點(diǎn),剛生成的冰晶又會很快融化掉.所以,一般溫度在零度以下河水才出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象.
靜水結(jié)冰需要較甚的過冷,實(shí)驗(yàn)室里曾經(jīng)記錄到蒸餾水過冷到-20℃還不見冰晶出現(xiàn)的數(shù)據(jù).一般靜水冷卻到4℃后,水面繼續(xù)降溫,僅能使表層發(fā)生冷卻,底層在較長時間里還是維持在4℃的溫度,所以靜水凍結(jié)是從水面開始的.
初冬時節(jié)河流淌凌是河流開始結(jié)冰的最初階段.河水是洶涌流動的,流水結(jié)冰過程與靜水很不相同.流水由于處在流動狀態(tài),紊流擾動強(qiáng),不僅表層冷卻迅速,就是底層也同時降溫,水面和水內(nèi)幾乎可以同時結(jié)冰.大多數(shù)研究者認(rèn)為,河流結(jié)冰是同時在水面和水中發(fā)生的.理由是河流混合作用強(qiáng),在結(jié)冰前河水上下都能達(dá)到大體相同的溫度,只要有結(jié)晶核,就可以在任何地方開始結(jié)冰.底冰的存在證明了這種理論的可能性.
河流封凍有二種情況.一種是從岸邊開始,先結(jié)成岸冰,向河心發(fā)展,逐漸匯合成冰橋,冰橋?qū)挾葦U(kuò)展,使整個河面全被封凍.還有一種是流冰在河流狹窄或淺灘處形成冰壩后,冰塊相互之間和冰塊與河岸之間迅速凍結(jié)起來,并逆流向上擴(kuò)展,使整個河面封凍.
當(dāng)大地回春,氣溫升高的時候,河流里的冰開始化解,分解的冰塊隨著河水向下流動,河流開封.但是并不是所有的河冰都這樣斯斯文文地解凍,讓河流順利開河,有時候解凍來得很快,特別是氣溫猛升或水位暴漲,大塊冰凌洶涌而下,這樣就容易造成冰凌.科學(xué)家們給這兩種河流開河方式起了很有趣的名字,對于慢慢的解凍的開河方式叫“文開”河,對于迅速解凍容易引起冰凌的開河方式叫“武開”河.
由南向北的河流特別容易發(fā)生武開河.當(dāng)上游已是春光明媚,下游還是冰封千里的時侯,融水帶著冰凌順流而下,時而阻塞,水位抬高,時而潰決,橫沖直撞,使下游冰層遽然脹破,于是形成巨大的冰排,向下猛沖,對橋梁堤壩危害嚴(yán)重.冰凌對橋墩威脅最大.春季淌凌時出現(xiàn)大冰排威脅橋墩時,需要用飛機(jī)或其它措施把冰排炸碎.
由冰凌壅塞引起的暫時漲水,叫做凌汛.黃河上游從寧夏到內(nèi)蒙的河套段和下游在山東入海的地方,由于河段北流,經(jīng)常出現(xiàn)凌汛.凌汛期間易出險情,一是凌汛來勢猛烈,二是地凍未消,取土搶險困難.據(jù)統(tǒng)計,解放前,黃河改道后的百余年間,僅山東境內(nèi)因凌汛決口就有35次之多,給沿岸人民造成很大的損失和痛苦.