1.2　研究背景

冰塞的形成及演变涉及热力学、固体力学、水文气象学、水力学、河流动力学及地理学等不同学科的诸多影响因素。几十年来，国内外研究者围绕冰塞的形成、冰塞阻力、冰塞水位和冰塞溃决等进行了许多原型观测、模型试验、理论分析以及数学模型方面的研究。然而，由于冰塞现象的复杂性，加之冰塞变化的剧烈强度和复杂性，冰塞研究不论在深度和广度上都还很不够，学科在理论和计算方法上很不完善，还有不少问题仍处于探索阶段，对于冰情的定义及有关术语，国内外也存在许多的不统一。而且上述大多数研究成果来自于室内实验研究，天然河流中的实测资料较少，许多研究成果尚未得到直接验证。对冰塞的堆积、冰塞体的释放、河道弯道段的冰塞形成及演变、冰盖（冰塞）下的输冰等问题，至今研究得还很不够，其详细机理尚不十分清楚。加之输冰现象发生在冰塞底部，不容易观测，且十分复杂，其研究成果还处在较低的水平。

河道开河是一个非常复杂的演变过程，其受到水力、热力和河道地势等诸多因素的影响，开河机理至今尚不十分清楚。河道开河研究中的一个重要问题是开河的预报，准确的开河预报可以为冰坝的防治提供非常宝贵的准备时间。理想的开河预测模型应能对开河发生的可能性给予定量描述，但是由于开河的形成机理非常复杂，至今对其认识了解甚少。主要原因之一是缺乏以力学机制为基础的冰盖断裂机理研究成果，导致至今尚无普遍使用的开河预报准则，这是河冰问题研究中的一个攻坚课题［2］。现有的一些经验或半经验判别准则，由于没有充分考虑气候、水力及河道地貌条件对开河的影响，仅对特定河段适用，适用范围有限。

我国在防治江河冰塞等灾害方面有着悠久的历史，早在11世纪左右就有了这方面的文字记载。20世纪60年代，当国际上有关研究者开始进行这一研究活动时，我国有关研究人员亦相继跟进，在起步上并不落后。然而，由于种种原因，其进展并不理想，与国外相比，我国在河冰研究方面的机构和人员极少，试验研究的设备和水平相对比较落后，尤其在冰塞理论研究和数值模拟方面起步较晚，对冰塞形成机理和发展过程方面的研究基本上停留在对现象的观察和实验数据的整理阶段，尚未建立自己的完整理论和数学模型，还远不能利用合理的措施来对冰塞的危害加以防治，实用价值有限。

不过我国在冰情的原型观测研究方面居于国际领先地位，早在20世纪60年代初，我国就在甘肃境内的黄河上游刘家峡河段进行了为期三年的大型冰塞观测研究工作。自1982年开始的黄河河曲段大型冰塞的原型观测研究工作，观测范围之广、内容之全、历时之长、参加人员之多、投资之巨、收效之大，均为国内外所少见。这些资料对开展机理研究、物理模拟试验和建立数学模型，具有重要的实用价值和科学意义。