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关于 冰 的百科小常识
冰（ice） 自然界中的水 具有气态、固态和液态三种状态。液态的我们称之为水 气态的水叫水汽 固态的水称为冰。
水是一种特殊的液体。它在4℃时密度最大。温度在4℃以上 液态水遵守一般热胀冷缩规律。4℃以下 原来水中呈线形分布的缩合分子中 出现一种象冰晶结构一样的似冰缔合分子 叫做"假冰晶体"。因为冰的密度比水小 “假冰晶体”的存在 降低了水的密度 这就是为什么水在4℃时密度最大 低于4℃密度又要减小的秘密。
到目前为止 已经能够在实验室里制造出八种冰的晶体。但只有天然冰能在自然条下存在 其它都是高压冰 在自然界不易存在。
天然冰中水分子的缔合是按六方晶系的规则排列起来的。所谓结晶格子 最简单的例子是紧密地堆砌的砖块 如果在这些砖块的中心处代之以一个假设的原子 便得到了一个结晶格子。冰的晶格为一个带顶锥的三棱柱体 六个角上的氧原子分别为相邻六个晶胞所共有。三个棱上氧原子各为三个相邻晶胞所共有 二个轴顶氧原子各为二个晶胞所共有 只有中央一个氧原子算是该晶胞所独有。
河冰
黄河流域是中华民族的摇篮 孕育了华夏五干年的文明。但是黄河带给我们中华民族的不全是好处 黄河洪水和冰害经常掠去两岸人民的财产和生命。
远在公元前四百多年 对于黄河的冰情 已有详细的记载：“孟冬之月 水始冰 地始冻。仲冬之月 冰益坚 地始坼。季冬之月 冻方盛 水泽腹坚 命取冰 冰以入。孟春之月 东风解冻 蛰虫始振 鱼上冰。”这是世界上最早的有关结冰、封冻和解冻的冰情文字记录。
冰情观测
对冬季河流冻结作冰情观测 是水文工作者的日常工作。河水在冻结过程中会出现多种多样特殊的冰情 记载并研究这些冰情 对于防治河冰灾害有重要意义。-条河流 从开始结冰 河面封冻 一直到解冻 有哪些主要的冰情呢？
冰淞——漂浮在水中的针状或薄片状透明的冰晶 在水面或水中形成。冰晶多半聚集成松散易碎的团块。
棉冰——落在水面的雪聚集而成 好象浸湿了的棉花 -点点或一片片漂浮着。
岸冰——河流两岸冻结成的固定冰带 分为初生岸冰 固定岸冰和冲积岸冰三种。
水内冰——水中生长的冰 可以在水面、水中和水底同时生成 是一种海绵状或饭团状多孔而不透明的冰体 有些近似于浸透了水的雪。
冰花——浮在水面的水内冰。
冰礁——固结在河底的小冰岛 由水内冰堆积 或者与棉冰 冰淞和冰花等结合而形成 能迅速地从河底增长到水面。水内的冰礁不结实 长到水面后就冻结得很紧密。
流冰——河中漂流着的冰块 春季流冰对水上建筑物威胁很大。
冰坝——流冰在河道狭窄或浅滩处堆积起来 阻塞住整个河流断面 象一座用冰块堆成的堤坝。冰坝往往使河流发生严重阻水 抬高水位 对河堤造成威胁。
冰堆——由冰挤压而冻结在一起的冰块 有时分布在冰层表面 有时出现在岸边。
冰裂——气温和水位的剧烈变化 使冰盖上出现的裂隙。
冰塞——封冻冰层下面的河道 被冰花和碎冰临时阻塞。冰塞缩小了河流过水断面 使上游水位被迫提高 甚至高于洪水位 也会造成严重事故。
清沟——冻结的河道中的一段没有冻结的河段。清沟是由于暖的地下水或污水排人、或急流处不易封冻而形成的。小的清沟好象裸露的洞穴 所以也称为冰穴。清沟下能生成大量的水内冰。
冰丘（冰锥）——封冻冰层中发生裂缝 河水从缝中冒出来冻结而成。冰丘的冰也叫冒水冰。
连底冻——河流断面全部冻缩。
冰层浮起——岸边融冰或水位暴涨时 封冻冰层不碎裂而浮于水面。
冰滑动——封冻河流开河前冰层向下游滑动-段距离后又停滞下来 往往给河床堤岸以很大的破坏。
冰凌堆积——春季淌凌时河道断面被冰凌局部阻塞。冰凌堆积严重 往往形成冰坝 对河堤有相当危害。
根据一条河流的冰情观测资料 就能够绘制出该河的冰情图来 这是河流水文的基本资料之一。
河水是怎样结冰的？
我们在课本上学到 当温度降到0℃时水就会变成冰。但实际情况并非如此简单。一方面自然界中的水不是纯净的水 里面溶解了很多物质 水的凝固点降低 水需在0℃以下才能冻结；另一方面 当温度刚好由零度以上降到0℃时 水是不会结冻的 因为结冰时放出的潜热很大 如果正好是冰点 刚生成的冰晶又会很快融化掉。所以 一般温度在零度以下河水才出现冻结现象。
静水结冰需要较甚的过冷 实验室里曾经记录到蒸馏水过冷到-20℃还不见冰晶出现的数据。一般静水冷却到4℃后 水面继续降温 仅能使表层发生冷却 底层在较长时间里还是维持在4℃的温度 所以静水冻结是从水面开始的。
初冬时节河流淌凌是河流开始结冰的最初阶段。河水是汹涌流动的 流水结冰过程与静水很不相同。流水由于处在流动状态 紊流扰动强 不仅表层冷却迅速 就是底层也同时降温 水面和水内几乎可以同时结冰。大多数研究者认为 河流结冰是同时在水面和水中发生的。理由是河流混合作用强 在结冰前河水上下都能达到大体相同的温度 只要有结晶核 就可以在任何地方开始结冰。底冰的存在证明了这种理论的可能性。
河流封冻有二种情况。一种是从岸边开始 先结成岸冰 向河心发展 逐渐汇合成冰桥 冰桥宽度扩展 使整个河面全被封冻。还有一种是流冰在河流狭窄或浅滩处形成冰坝后 冰块相互之间和冰块与河岸之间迅速冻结起来 并逆流向上扩展 使整个河面封冻。
冰凌——河流解冻
当大地回春 气温升高的时候 河流里的冰开始化解 分解的冰块随着河水向下流动 河流开封。但是并不是所有的河冰都这样斯斯文文地解冻 让河流顺利开河 有时候解冻来得很快 特别是气温猛升或水位暴涨 大块冰凌汹涌而下 这样就容易造成冰凌。科学家们给这两种河流开河方式起了很有趣的名字 对于慢慢的解冻的开河方式叫“文开”河 对于迅速解冻容易引起冰凌的开河方式叫“武开”河。
由南向北的河流特别容易发生武开河。当上游已是春光明媚 下游还是冰封千里的时候 融水带着冰凌顺流而下 时而阻塞 水位抬高 时而溃决 横冲直撞 使下游冰层遽然胀破 于是形成巨大的冰排 向下猛冲 对桥梁堤坝危害严重。冰凌对桥墩威胁最大。春季淌凌时出现大冰排威胁桥墩时 需要用飞机或其它措施把冰排炸碎。
由冰凌壅塞引起的暂时涨水 叫做凌汛。黄河上游从宁夏到内蒙的河套段和下游在山东入海的地方 由于河段北流 经常出现凌汛。凌汛期间易出险情 一是凌汛来势猛烈 二是地冻未消 取土抢险困难。据统计 解放前 黄河改道后的百余年间 仅山东境内因凌汛决口就有35次之多 给沿岸人民造成很大的损失和痛苦。
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