Frazil Ice وAnchor Ice Jam: انسداد مدخول الطاقة الكهرومائية والفيضانات الشتوية المفاجئة في الأنهار تحت الصفر¶

عندما يتعرض نهر سريع الجريان، أو جدول جبلي، أو قناة لهواء شتوي صافٍ وقارس (typically below -6 to -15 degrees Celsius / 21 to 5 degrees Fahrenheit) قبل أن تتشكل طبقة جليدية ذات سطح صلب، يمنع التيار المضطرب الماء من التجمد إلى قشرة مسطحة هادئة في الأعلى. وبدلاً من ذلك، تعمل الرياح والمنحدرات على تحريك عمود الماء بأكمله، مما يؤدي إلى تبريد مياه النهر السائلة قليلًا أقل من نقطة التجمد الطبيعية إلى حالة شديدة البرودة -0.01 to -0.1 degrees Celsius (31.98 to 31.82 degrees Fahrenheit). وفي غضون دقائق، تتشكل مليارات من بلورات الجليد القرصية المجهرية الرفيعة للغاية والتي تسمى Frazil Ice في وقت واحد عبر عمود الماء فائق التبريد. نظرًا لأن بلورات الفرازيل فائقة التبريد غير مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية، فهي ** شديدة الالتصاق ("فرازيل نشط"): فهي تلتصق بقوة مثل الأسمنت الملامس تحت الماء بأي شيء أدناه 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit)، طلاء حصى النهر والصخور المغمورة على قاع النهر لتكوين مراتب سميكة إسفنجية من الجليد المرساة، مما يؤدي إلى انسداد مياه الشرب البلدية ورفوف النفايات الكهرومائية في دقائق، والتجمع أسفل الصفائح الجليدية أسفل مجرى النهر في السدود المعلقة الضخمة تحت الماء التي يصل سمكها إلى 10 أمتار (33 قدمًا). من خلال اختناق 50 إلى 90 بالمائة من مساحة المقطع العرضي لقناة النهر، يمكن أن تتسبب الاختناقات الجليدية الهشة والمرساة في ارتفاع مراحل النهر الشتوية بمقدار 2 إلى 5 أمتار (6.5 إلى 16.5 قدم) خلال 1 إلى 4 ساعات تحت سماء زرقاء صافية تمامًا مع عدم هطول أمطار أو ذوبان الثلوج، أو إطلاق العنان لمجرى كارثي في اتجاه مجرى النهر موجة إطلاق الانسداد الجليدي (jave) عندما يعطي سد جليدي فجأة الطريق. إذا بدأت مياه النهر الشتوية في الارتفاع إلى الشارع أو الطابق السفلي أو مسار ضفة النهر، أو إذا سقط شخص ما في المياه الضعيفة المختنقة، فقم بالإخلاء إلى أرض مرتفعة على الفور واتصل بمنطقتك المحلية أرقام الطوارئ. أثناء الانتقال إلى مكان آمن، قم بمراجعة الأدلة المصاحبة لدينا الجليد الهش، والاختناقات الجليدية النهرية، والفيضانات المتكسرة، وتسونامي الجليد, الفيضانات المفاجئة, العواصف الشتوية، و انخفاض حرارة الجسم وقضمة الصقيع.

على عكس فيضانات الأمطار الربيعية التي تتراكم تدريجيًا على مدار أيام من الطقس الدافئ، تضرب الفيضانات الجليدية الهشة والمثبتة خلال أبرد ليالي وصباحات الشتاء، مما يدفع المياه المملوءة بالطين والمتجمدة وكعكات الجليد التي يبلغ وزنها 500 كيلوغرام (1100 رطل) إلى المنازل وعلى الطرق المطلة على النهر في درجات حرارة متجمدة حيث يتجمد الجلد الرطب والسباكة الهيكلية في غضون دقائق.

افعل هذا الآن¶

1. قم بإخلاء ضفاف الأنهار المنخفضة والسهول الفيضية والطرق المطلة على النهر على الفور إذا رأيت أحواضًا طينية عائمة ("فطيرة الجليد")، أو سمعت هديرًا مكتومًا، أو لاحظت ارتفاع مستوى النهر أو انخفاضه فجأة في طقس تحت الصفر. ** لا تنتظر المطر أو ذوبان الجليد في الربيع للاشتباه في حدوث فيضان: فالمربيات المتجمدة والمربيات المنفصلة في منتصف الشتاء ترفع منسوب المياه بمقدار ** 1 إلى 3 أمتار (3.3 إلى 10 أقدام) في أقل من 60 دقيقة. تسلق على الفور إلى التضاريس على الأقل 5 إلى 10 أمتار (16 إلى 33 قدمًا) فوق علامة ارتفاع المياه العادية.
2. **لا تمشي مطلقًا على طبقة جليد نهرية، أو وعاء طين، أو رف جليدي يصل إلى الشاطئ، ولا تحاول أبدًا الخوض في الطين الهش المتحرك. ** يبدو طين فرازيل ("الجليد الساذج") وكأنه كتلة ثلجية صلبة تغطي النهر، ولكن ** قوة تحمله صفر **. إذا سقط شخص ما في وعاء من الطين الهش، فإن الطين اللزج الذي يبلغ سمكه من متر إلى مترين ينغلق على الفور فوق رأسه مثل الخرسانة الرطبة، مما يمنع السباحة ويسبب لهث صدمة البرد الفورية والغرق.
3. **إذا كان منزلك أو مقصورتك يقع في سهول فيضانية شتوية وبدأت المياه الضعيفة في الارتفاع نحو مؤسستك، فأغلق القاطع الكهربائي الرئيسي وصمام وقود الفرن/الغلاية قبل دخول المياه إلى الطابق السفلي، ثم قم بالإخلاء. ** على عكس مياه الفيضان الصيفية، 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit) تتجمد مياه الفيضانات المحملة بالهش إلى كتل صلبة من الجليد داخل الأقبية والطوابق الأرضية في غضون ساعات، وتسحق خزانات النفط، وتقطع أنابيب الغاز الطبيعي، وتغلق الأبواب من الخارج.
4. **إذا كنت تقوم بتشغيل مدخل مياه بلدي، أو مضخة ري، أو توربينات كهرومائية صغيرة ولاحظت انخفاض مقاييس فقدان رأس السحب في ليلة صافية تقل درجة حرارتها عن الصفر، فلا تنتظر حتى يصل التدفق إلى الصفر لتتحرك. ** تعمل بلورات الكسر النشطة على عبور قضبان رفوف القمامة الفولاذية (even bars spaced 5 to 10 centimeters apart) في 15 إلى 45 دقيقة، يتم ضخ المضخات عبر التجويف وانهيار شاشات السحب تحت عشرات الأطنان من الضغط الهيدروستاتيكي. قم بتنشيط عناصر تسخين حامل سلة المهملات، أو فقاعات الهواء المضغوط، أو دورات التنظيف الخلفي على الفور، أو تجاوز تدفق السحب/الخانق حتى يتمكن الجليد السطحي من تشكيل طبقة عازلة واقية عند المنبع.
5. إذا رأيت نهرًا شتويًا ينحدر فجأة في العمق ويكشف عن صخور عارية مغطاة بالجليد على قاع النهر، فانزل من قاع النهر وتسلق عاليًا إلى أعلى الضفة على الفور. الانخفاض المفاجئ في تدفق النهر الشتوي في اتجاه مجرى النهر يعني أن ازدحامًا جليديًا ضخمًا أو مرساة قد سد القناة عند المنبع، مما أدى إلى احتجاز ملايين الأمتار المكعبة من المياه. عندما ينهار ذلك السد الجليدي، ستحدث موجة مضطربة من الجليد المزدحم (3 to 6 meters / 10 to 20 feet high، تتحرك في 5 to 10 meters per second)** المليئة بكتل الثلج المطحونة ستجرف القناة الجافة دون سابق إنذار.
6. اتصل برقم الطوارئ المحلي على الفور إذا حوصر أي شخص بسبب ارتفاع مياه الشتاء، أو تقطعت به السبل على طوف جليدي، أو غرق في المياه المتجمدة. اتصل بالرقم 911 في الولايات المتحدة وكندا، أو 112 في جميع أنحاء الاتحاد الأوروبي، أو 999 في المملكة المتحدة، أو 000 في أستراليا، أو تحقق من أرقام الطوارئ. اطلب فرق Swiftwater / Ice Rescue المتخصصة المجهزة ببدلات جافة وزلاجات قابلة للنفخ لإنقاذ الجليد.

فيزياء أنهار المنطقة الباردة: التبريد الفائق، والتنوي الفرازيل، والجليد المرساة، والسدود المعلقة¶

لفهم كيف يمكن لنهر ذو تصريف شتوي ثابت ومنخفض أن يفيض على ضفافه بمقدار 4 أمتار (13 قدمًا) بين عشية وضحاها، قم بفحص التطور المادي المكون من أربع مراحل لجليد النهر فائق البرودة:

====================================================================================
       FOUR-STAGE PROGRESSION OF FRAZIL ICE, ANCHOR ICE, AND HANGING DAMS
====================================================================================

   [ CLEAR SUB-ZERO NIGHT AIR: -10 to -25 C (14 to -13 F) + Wind ]
          ^   ^   ^  (Intense Radiative & Convective Heat Loss from Open Rapids)
  ~~~~~~~~|~~~|~~~|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
   (1) SUPERCOOLING & ACTIVE FRAZIL NUCLEATION (Water Temp: -0.01 to -0.10 C)
       * Turbulent rapids mix supercooled surface water all the way to the bottom.
       * Billions of sticky 0.1 to 5 mm discoid frazil crystals form in suspension.
                                        |
                                        v
   (2) ANCHOR ICE GROWTH ON THE RIVERBED & INTAKE TRASH RACKS
       * Sticky active frazil adheres to cold submerged boulders & steel grates.
       * Riverbed rises by 0.5 to 1.5 m as spongy anchor-ice pillows coat the bottom.
                                        |
                                        v
   (3) PANCAKE ICE & DOWNSTREAM HANGING DAM FORMATION
       * Buoyant frazil flocs rise to form circular slush pans ("pancake ice").
       * Where river slows (pool, bridge pier, or intact ice cover), slush dives
         underneath the surface ice to build a 3-to-10-meter-thick HANGING DAM.
                                        |
                                        v
   (4) HYDRAULIC CHOKING & WINTER FLASH FLOOD (OR SUDDEN BREAKUP SURGE WAVE)
       * 70% to 90% of river channel cross-section is plugged by slush & anchor ice.
       * Upstream river stage surges 2 to 5 meters (6.5 to 16.5 feet) in hours.
====================================================================================

1. لماذا تبرد المياه المتدفقة بشكل فائق بدلاً من تشكيل طبقة جليدية مسطحة؟¶

في بحيرة أو بركة هادئة، الماء في 4 degrees Celsius (39.2 degrees Fahrenheit) تصل كثافتها القصوى وتغوص إلى القاع، مما يسمح بطبقة علوية رفيعة 0 C ليتجمد الماء بسرعة ويتحول إلى غطاء جليدي سطحي متواصل يعزل البحيرة عن الهواء البارد الموجود فوقها. - في نهر يتحرك أسرع من 0.6 to 1.0 meters per second (2 to 3.3 feet per second)، تعمل الدوامات المضطربة على خلط المياه السطحية مع المياه السفلية باستمرار. - يبرد عمق النهر بأكمله بشكل موحد 0.00 degrees Celsius ومن ثم يسقط في ** supercooling (-0.01 to -0.10 degrees Celsius)**. حتى انخفاض بسيط بمقدار واحد على عشرين من الدرجة تحت الصفر يحول النهر بأكمله إلى مصنع لتصنيع الثلج، مما يولد ما يصل إلى 10,000 إلى 1,000,000 بلورة جزيئية لكل متر مكعب من الماء.

2. مرساة الجليد: لماذا ينمو الجليد في قاع النهر¶

عادة، يكون الجليد أقل كثافة من الماء السائل (0.917 g/cm3 vs. 1.000 g/cm3) ويطفو على القمة. كيف يمكن أن تتشكل طبقات سميكة من الجليد في قاع نهر سريع؟ - تحمل الدوامات المضطربة بلورات فلزية نشطة لزجة وفائقة البرودة وصولاً إلى قاع النهر. - عندما تصطدم تلك البلورات بالحصى المغمور أو الحصى أو الصخور أو قواعد الجسور أو الأعشاب المائية، فإنها تتجمد على الفور على سطح الصخور. - بمجرد تثبيتها على الصخور الثقيلة الموجودة على قاع النهر، تنمو البلورات الفردية نحو الخارج لتشكل صفائح كبيرة متداخلة وقبابًا إسفنجية من الجليد المرساة (0.3 to 1.5 meters / 1 to 5 feet thick) التي تغطي قاع النهر بالكامل، مما يزيد بشكل كبير من خشونة السرير الهيدروليكي (مانينغ n)، مما يؤدي إلى رفع الارتفاع الفعلي لقاع النهر، ودعم المياه عند المنبع. - خطر إطلاق الطاقة الشمسية في منتصف النهار: عندما تشرق شمس الصباح ويخترق الإشعاع الشمسي على الموجات القصيرة المياه الصافية لتدفئة الصخور الداكنة بجزء من الدرجة، تنفصل فجأة فدان من الجليد المرساة الطافية عن قاع النهر دفعة واحدة، مما يؤدي إلى رفع صخور يبلغ وزنها 50 كيلوغرامًا من القاع وتطفو في اتجاه مجرى النهر في أسطول ضخم من الطين الذي يصطدم بالجسور والسدود.

3. السدود المعلقة: الجبل الجليدي غير المرئي تحت الماء¶

عندما يصل الجليد العائم والطين الجليدي العائم إلى مسافة أبطأ من النهر (مثل رأس الخزان، أو منحنى النهر، أو الدلتا، أو حافة المنبع لطبقة جليدية صلبة موجودة)، يتم جرف الجليد تحت الغطاء الجليدي السطحي. - طبقة بعد طبقة من الرواسب الطينية الهشة على الجانب السفلي من الغطاء الجليدي، مما يؤدي إلى بناء جبل جليدي مقلوب يتجه نحو الأسفل يسمى السد المعلق الذي يمكن أن يصل سمكه إلى **5 إلى 15 مترًا (16 إلى 50 قدمًا) ** ويمتد لعدة كيلومترات، ولم يتبق سوى نفق ضيق عالي السرعة في قاع النهر لضغط المياه من خلاله.

جدول المقارنة: مربى الجليد المتجمد / مربى أنكور الجليدي مقابل مربى منتصف الشتاء / مربى الربيع المنفصل مقابل فيضان أمطار المياه المفتوحة¶

حماية مآخذ المياه الكهرومائية والصناعية والبلدية من انسداد Frazil النشط¶

بالنسبة لمشغلي محطات معالجة المياه البلدية، ومحطات توليد الطاقة الكهرومائية لجريان الأنهار، ومآخذ مياه التبريد، ومحطات الضخ الزراعية/تفريخ الأسماك، يمكن لحدث جليدي هش غير مخفف أن يؤدي إلى إغلاق إمدادات المياه في المدينة بالكامل أو تعطيل شبكة الكهرباء في أقل من 30 دقيقة.

1. لماذا يسد الجليد Frazil المآخذ المغمورة؟ 10 Meters تحت السطح¶

يفترض المشغلون في كثير من الأحيان أن وضع أنبوب سحب المياه على عمق 5 إلى 10 أمتار (16 إلى 33 قدمًا) في قاع النهر يحميه من تجمد السطح. أثناء حدث هش نشط، لا يوفر العمق أي حماية: 1. الصرف المضطرب: اضطراب النهر وسرعة الشفط لمضخة السحب تسحب الماء فائق التبريد (-0.02 to -0.08 C) وتعليق بلورات Frazil النشطة مباشرة إلى أسفل فتحة الجرس المغمورة. 2. ** نواة رفوف القمامة الفولاذية العارية: ** تتميز قضبان رفوف القمامة الفولاذية العارية بموصلية حرارية عالية. في اللحظة التي يلامس فيها الماء فائق البرودة القضبان الفولاذية، تلحم بلورات الكسر النشطة نفسها بالحافة الأمامية لكل قضيب. 3. ** التجسير الأسي (15 to 45 Minutes إلى الانسداد الكامل):** عندما يغطي الكسر القضبان، تضيق الفجوة بين القضبان، مما يسرع سرعة المياه من خلال الفتحات المتبقية، مما يوفر المزيد من بلورات الكسر في الثانية حتى يصل جدار صلب من الجسور الجليدية بالكامل عبر رف القمامة. بمجرد توصيلها، يؤدي شفط المضخات خلف الجدار إلى حدوث فرق هائل في الضغط الهيدروستاتيكي (up to 5 to 10 meters of water head) يمكنها ربط رفوف القمامة الفولاذية بالداخل وتدمير دافعات المضخة عبر التجويف.

2. خمس خطوات هندسية وتشغيلية للتغلب على انسداد المدخول¶

1. مراقبة درجة حرارة الماء بدقة عالية (+/- 0.005 C) موازين الحرارة: موازين الحرارة الصناعية العادية (+/- 0.5 C الدقة) لا يمكن اكتشاف التبريد الفائق. عندما تنخفض درجات حرارة الهواء إلى ما دون ذلك -6 C (21 F) فوق المياه المفتوحة ودرجة حرارة الماء المدخول تصل 0.05 C والسقوط، أعلن تنبيه Frazil للجليد.
2. ** قم بتنشيط التسخين الكهربائي لرف القمامة قبل بدء التبريد الفائق: ** لن يلتصق الكسر النشط بأي سطح مثبت فقط 0.1 to 0.5 degrees Celsius above freezing. تنشيط عناصر التسخين الكهربائية المقاومة داخل قضبان رفوف القمامة المجوفة (تتطلب حوالي 2 to 5 kW per square meter من منطقة الرف) ** قبل 30 إلى 60 دقيقة على الأقل من ** وصول الماء 0.00 C (التدفئة بعد دفن الحامل بالفعل في متر من الجليد غالبًا ما تكون متأخرة جدًا).
3. ** قم بتغطية رفوف القمامة بمواد منخفضة الالتصاق (البولي إيثيلين / الإيبوكسيات UHMW) أو قم بإزالة الرفوف الخارجية الخشنة: ** يلتصق Frazil بقوة 10 مرات بالفولاذ العاري مقارنة بالبوليمرات غير المعدنية منخفضة التوصيل الحراري أو الألياف الزجاجية. في حالات الطوارئ التي لا تتوفر فيها التدفئة، يقوم المشغلون أحيانًا برفع الجزء العلوي من رف القمامة الخارجي بمقدار 30 سم للسماح بمرور كمية صغيرة من الماء وتخفيف ضغط رأس السحق.
4. استخدام ستائر فقاعات الهواء المضغوط وإعادة تدوير الماء الدافئ: يؤدي حقن الهواء المضغوط في قاعدة حامل القمامة إلى قص تراكمات الهشاشة الهشة من القضبان ميكانيكيًا، مع إعادة تدوير نسبة صغيرة من المكثف الدافئ/ماء التبريد (even +1 to +2 C) في كمية forebay يلغي -0.05 C التبريد الفائق تمامًا، مما يحول المادة اللزجة النشطة إلى طين سلبي غير ضار.
5. تقليل سرعة تدفق السحب (< 0.3 to 0.5 m/s) لتشجيع الغطاء الجليدي السطحي (استراتيجية "الطفرة الجليدية"): أفضل دفاع طبيعي ضد الجليد الهش هو طبقة جليدية سطحية صلبة وثابتة فوق منطقة المقدمة. بمجرد أن تغطي طبقة مسطحة من الجليد سطح الماء، فإنها تمنع فقدان الحرارة الإشعاعية إلى سماء الليل، وتوقف التبريد الفائق تحتها. يؤدي خنق توربينات الطاقة الكهرومائية مؤقتًا أو نشر الأخشاب/الفولاذ العائم حواجز الجليد في اتجاه المنبع إلى إبطاء سرعة السطح أدناه 0.5 m/s، مما يسمح للثلج العائم بالتجميد معًا في سقف عازل وقائي.

شجرة قرارات الفرز في حالات الطوارئ¶

flowchart TD
    A["طقس تحت الصفر (<-6 درجة مئوية / 21 درجة فهرنهايت) فوق نهر مفتوح أو ذوبان الجليد المفاجئ في فصل الشتاء / هطول أمطار على الثلوج"] --> B{"ما خطر نهر الشتاء الذي يحدث؟"}
    B -- "يرتفع الماء بسرعة في قناة تعبئة طين الفطيرة الباردة / تحت الصفر" --> C["تجميد FRAZIL / فيضانات المرساة الجليدية:: 1. إخلاء السهول الفيضانية والطرق المطلة على النهر على الفور إلى الأراضي المرتفعة (+5-10 م): 2. أغلق صمامات الكهرباء والغاز/الزيت الرئيسية بالمنزل قبل دخول الماء إلى الطابق السفلي: 3. لا تقود أبدًا عبر المياه المتجمدة (تجميد الفرامل والأكشاك على الفور)"]
    B -- "ينخفض مستوى النهر فجأة ويكشف عن صخور قاع النهر المغطاة بالجليد" --> D["موجة الاندفاع الوشيكة لسد الجليد في أعلى النهر (JAVE):: 1. أدى ازدحام الجليد في أعلى النهر إلى سد النهر وإعاقة جدار من الماء: 2. انطلق بسرعة من قاع النهر وتسلق عالياً إلى أعلى الضفة على الفور: 3. حذر مجتمعات المصب عبر 911 / 112 / 999"]
    B -- "ارتفاع الضغط التفاضلي في استهلاك الطاقة الكهرومائية / المياه البلدية" --> E["انسداد مدخل FRAZIL فائق التبريد النشط:: 1. قم بتشغيل سخانات حامل القمامة، وإعادة تدوير الماء الدافئ، وإحصائيات فقاعات الهواء: 2. تدفق مضخة الخانق/التوربين (<0.5 م/ث) لمنع انهيار الحامل وتشكيل الجليد السطحي: 3. أشعل النار ميكانيكيًا على الرفوف قبل أن يتجاوز الرأس التفاضلي الحد الهيكلي"]
    B -- "سقط شخص أو حيوان في طين هش أو مربى الجليد المتحرك" --> F["الغمر في الماء البارد الشديد / الغمر في الطين:: 1. اتصل بالرقم 911 / 112 / 999 لإنقاذ Swiftwater Ice (لا تذهب مطلقًا إلى طين ثلجي سيرًا على الأقدام): 2. قم بالوصول أو رمي حبل مرجح أو سلم أو عوامة حلقية من الشاطئ الصلب: 3. بمجرد الاستخراج: وضع أفقي، قم بتجريد الملابس المبللة في الداخل، وعلاج انخفاض حرارة الجسم"]

يطلق انحشار الجليد في اتجاه مجرى النهر موجات اندفاعية ("Javes") ودفعات ثلجية ("Ivu")¶

بينما تتراكم الاختناقات الجليدية المتجمدة على مدار بضع ساعات، فإن موجات إطلاق الانسداد الجليدي (التي يطلق عليها javes من قبل المهندسين الهيدروليكيين) هي من بين أسرع موجات الفيضانات الداخلية وأكثرها تدميرًا على الأرض: 1. كيف تتشكل موجة إطلاق الانسداد الجليدي: سواء تم تشكيلها بواسطة سد معلق سميك أثناء ذوبان الجليد في منتصف الشتاء أو انحشار تفكك ميكانيكي لألواح الجليد الصلبة، فإن انحشار الجليد يعمل كسد مؤقت عبر النهر، ويدعم خزانًا عميقًا من المياه عند المنبع (often 3 to 8 meters / 10 to 26 feet higher than the water level immediately downstream of the jam). 2. الفشل الهيكلي المفاجئ: على عكس السد الخرساني المزود بمصرف، ينهار المتكدس الجليدي بشكل كارثي كوحدة واحدة عندما يؤدي الضغط الهيدروستاتيكي وارتفاع المياه إلى رفع مقدمة الجليد عن قاع النهر. 3. السرعة (5 to 10 Meters Per Second / 18 to 36 km/h): عندما ينكسر المربى، تتسارع موجة جاذبية شديدة الانحدار من الماء وكتل الجليد المطحونة التي يبلغ وزنها طنًا واحدًا باتجاه مجرى النهر بسرعة 5 إلى 10 أمتار في الثانية (11 إلى 22 ميلاً في الساعة)، وهي أسرع بكثير من قدرة الإنسان على الركض على طول ضفة نهر مغطاة بالثلوج. 4. دفعات جليدية على الخط الساحلي (ركوب الجليد): بينما تدور الموجة العاتية حول منحنيات النهر، يؤدي الزخم إلى قذف ألواح ضخمة من جليد النهر بشكل جانبي على الضفاف (10 to 50 meters inland)، وقطع الأشجار الناضجة، وقطع أعمدة الكهرباء، وسحق جدران الطابق الأرضي من المنازل المطلة على النهر.

أرقام الطوارئ الإقليمية وأنظمة مراقبة الجليد النهري¶

• الولايات المتحدة: اطلب 911 للإخلاء الفوري أو الإنقاذ في الجليد. يمكنك مراقبة قفزات مرحلة الأنهار الشتوية في الوقت الفعلي وتحذيرات تدفق المجاري المتأثرة بالجليد عبر NOAA / مراكز التنبؤ النهرية التابعة لخدمة الطقس الوطنية (RFCs) و**الولايات المتحدة. مختبر أبحاث وهندسة فيلق المهندسين بالجيش للمناطق الباردة (USACE CRREL) قاعدة بيانات Ice Jam **.
• كندا: اطلب 911. تصدر مراكز التنبؤ بالأنهار الإقليمية (مثل ** شبكة مراقبة الجليد لأحواض نهر ألبرتا ** و ** مراقبة نهر نيو برونزويك ** و ** أونتاريو MNRF ** و ** مراقبة كيبيك MSP **) تحذيرات يومية من التجمد والتكسير فيضان الجليد.
• المملكة المتحدة وأيرلندا: اطلب 999 أو 112. تحقق من مستويات النهر عبر وكالة البيئة (إنجلترا)، SEPA (اسكتلندا)، الموارد الطبيعية في ويلز، و OPW (أيرلندا).
• الاتحاد الأوروبي ودول الشمال ودول جبال الألب: اطلب 112. يتم الحفاظ على تنبؤات الجليد النهري والجليد النهري بواسطة NVE (المديرية النرويجية للموارد المائية والطاقة، Ispatruljen)، SMHI (السويد)، SYKE (فنلندا)، ومكاتب الأرصاد الجوية المائية في جبال الألب.
• آسيا وروسيا وأستراليا ونيوزيلندا: اطلب 119 (اليابان وكوريا الجنوبية)، 110 / 119 (الصين والنهر الأصفر ونهر هيلونغجيانغ/نهر أمور) تنبيهات الازدحام الجليدي)، 112 (روسيا EMERCOM)، 000 (أستراليا)، أو 111 (نيوزيلندا)، أو تحقق من أرقام الطوارئ.

الأسئلة المتداولة¶

كيف يمكن أن يفيض نهر في منتصف الشتاء عندما لا تمطر ودرجة الحرارة -15 درجة مئوية (5 فهرنهايت)؟¶

تنجم الفيضانات المتجمدة في فصل الشتاء عن حجم الجليد والاحتكاك الهيدروليكي الذي يخنق قناة النهر، وليس بسبب هطول الأمطار الزائدة. عندما تنخفض درجات حرارة الهواء إلى أقل من -6 إلى -15 درجة مئوية (21 إلى 5 درجات فهرنهايت) فوق المنحدرات المفتوحة في ليلة صافية، تبرد مياه النهر المضطربة بشكل فائق إلى ما دون درجة التجمد (-0.01 إلى -0.1 درجة مئوية) وتولد مليارات من بلورات الجليد اللزجة. تغطي هذه البلورات قاع النهر بما يصل إلى متر من الجليد الإسفنجي وتتجمع تحت الصفائح الجليدية في اتجاه مجرى النهر في سدود معلقة تحت الماء يصل سمكها إلى 10 أمتار. ونظرًا لأن ما بين 70 إلى 90 بالمائة من القناة تحت الماء أصبحت فجأة مسدودة بالطين والجليد، فحتى تدفق الأنهار العادي المنخفض في فصل الشتاء ليس له مكان يذهب إليه باستثناء أعلى وفوق الضفاف.

لماذا يمكن لمياه النهر أن تنخفض إلى أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) دون أن تتحول إلى كتلة صلبة من الجليد؟¶

في بركة هادئة، يبرد المليمتر العلوي من الماء إلى 0 درجة مئوية ويتجمد على الفور في طبقة مسطحة من الجليد السطحي الذي يعزل بقية الماء أدناه. في نهر سريع يتدفق بسرعة أكبر من 0.6 إلى 1.0 متر في الثانية (2 إلى 3.3 قدم في الثانية)، يختلط الاضطراب الميكانيكي باستمرار بالمياه السطحية وصولاً إلى قاع النهر. يبرد النهر بأكمله قليلاً بما يتجاوز 0.00 درجة مئوية إلى حالة شديدة البرودة شبه مستقرة (-0.01 إلى -0.10 درجة مئوية). على الرغم من أن التبريد الفائق أقل من عُشر الدرجة، فإن هذا الانخفاض الضئيل في درجة الحرارة يؤدي إلى انفجار نواة بلورات الجليد المعلقة حتى الحرارة الكامنة المنطلقة عن طريق التجميد تعيد الماء إلى 0.00 درجة مئوية.

لماذا لا يستطيع السباح القوي السباحة من نهر مملوء بالطين؟¶

يتكون طين فرازيل (الذي يطلق عليه غالبًا "الجليد الساذج" في شمال كندا ونيوفاوندلاند) من طبقة سمكها 1 إلى 3 أمتار من بلورات الجليد المشبعة بالماء وطين الفطائر العائمة على السطح. إنه وسط غير نيوتوني، عالي اللزوجة: ليس لديه أي قوة هيكلية لدعم وزن إنسان واقف أو مزلجة الإنقاذ، لذلك تغوص من خلاله مباشرة إلى رقبتك، ومع ذلك فهو سميك وثقيل للغاية بحيث لا يمكن فصله بذراعيك أو ركله بساقيك. بالإضافة إلى ذلك، فإن السقوط في طين 0.05 درجة مئوية يؤدي إلى انعكاس لا إرادي لصدمة البرد خلال ثانيتين، مما يتسبب في استنشاق الطين الجليدي على الفور والغرق إذا لم تكن ترتدي سترة نجاة عالية الطفو ومقيدة بحبل الشاطئ.

ماذا يعني إذا هدأ فجأة نهر الشتاء المتدفق وسقط على شكل قطرات من الصخور العارية؟¶

إذا كنت تمارس رياضة المشي لمسافات طويلة أو تصطاد الأسماك في الجليد أو تعيش على ضفاف نهر في الشتاء ولاحظت انخفاض مستوى المياه فجأة بمقدار متر أو أكثر، مما يؤدي إلى ظهور صخور رطبة ذات قشرة جليدية على قاع النهر، فأنت في خطر شديد. الأنهار لا تنطفئ مثل الصنبور؛ إن الانخفاض المفاجئ في التدفق الشتوي في اتجاه مجرى النهر يعني أن كتلة ضخمة من الهشاشة أو الجليد المرساة أو انحشار الجليد قد انحشرت للتو عبر القناة عند المنبع، مما يعيق النهر بأكمله خلف جدار غير مستقر من الجليد. عندما ينفجر هذا السد الجليدي، والذي يمكن أن يحدث بعد دقائق أو ساعات، ستتدفق موجة من المياه بارتفاع 3 إلى 6 أمتار وكتل جليدية مطحونة ("الياقوت") أسفل مجرى النهر المكشوف بسرعة 18 إلى 36 كيلومترًا في الساعة. تسلق أعلى البنك على الفور.

كيف تمنع السدود الكهرومائية ومحطات المياه في المدينة الجليد الهش من سد شبكات السحب تحت الماء؟¶

يلتصق الجليد الهش النشط فقط بالأسطح الموجودة تحت الماء بينما يكون الماء شديد البرودة إلى ما دون 0.00 درجة مئوية، ويلتصق بقوة بقضبان رفوف القمامة المصنوعة من الفولاذ البارد. تمنع محطات المياه ومحطات الطاقة الكهرومائية الانسداد من خلال خمس طرق: تسخين قضبان رفوف القمامة الفولاذية المجوفة كهربائيًا أو بالبخار بمقدار 0.2 إلى 0.5 درجة مئوية فقط حتى لا تترابط البلورات. إعادة تدوير تيار صغير من ماء التبريد الدافئ في فتحة السحب للتخلص من التبريد الفائق؛ طلاء الشبكات ببوليمرات البولي إيثيلين منخفضة الالتصاق؛ نشر ستائر فقاعية تعمل بالهواء المضغوط لهز السلاط السائب؛ وإبطاء سرعة المياه عند المنبع إلى أقل من 0.5 متر في الثانية باستخدام حواجز الجليد العائمة بحيث يتشكل غطاء جليدي سطحي صلب لعزل المياه عن هواء الليل البارد.

لماذا لا ينبغي عليك أبدًا قيادة السيارة أو الشاحنة عبر مياه الفيضانات الضحلة المتراكمة على الطريق في فصل الشتاء؟¶

تعد القيادة في مياه الفيضان الشتوية التي يصل عمقها إلى 15 إلى 20 سم (6 إلى 8 بوصات) أكثر خطورة بكثير من البرك الصيفية لثلاثة أسباب. أولاً، يخفي الطين العكر كتلًا عائمة يبلغ وزنها 200 كيلوغرام من الجليد النهري الصلب والتي يمكن أن تقطع قضبان ربط التوجيه أو إسفينًا أسفل الهيكل، مما يؤدي إلى رفع الإطارات عن الرصيف. ثانيًا، يتناثر 0 C frazil على دوارات الفرامل الساخنة، والفرجار، ووصلات التوجيه ويتجمد إلى جليد صلب في غضون 60 ثانية، مما يؤدي إلى قفل العجلات أو تعطيل الفرامل تمامًا. ثالثًا، إذا توقف المحرك عند درجة حرارة مرتفعة تحت الصفر، يتجمد الماء حول الأبواب والإطار خلال دقائق، مما يؤدي إلى احتجاز الركاب داخل كابينة معدنية غير مدفأة.

المصادر والتوجيهات الرسمية¶

• نحن. فيلق المهندسين بالجيش (USACE) مختبر أبحاث وهندسة المناطق الباردة (CRREL، الولايات المتحدة): الهندسة والتصميم: دليل هندسة الجليد (EM 1110-2-1612) (دليل فدرالي نهائي عن فيزياء الأنهار فائقة التبريد، وتنوي الجليد الهش، ونمو الجليد المرساة، والسدود المعلقة، وتصميم تسخين رفوف القمامة، وتخفيف آثار فيضان ازدحام الجليد).
• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) وخدمة الطقس الوطنية (NWS، الولايات المتحدة): الاستعداد للفيضانات الناجمة عن تجميد وتكسير الجليد، ونصائح الجليد الخاصة بمركز تنبؤ الأنهار، وسلامة الموجات العاتية الناتجة عن انحشار الجليد.
• البيئة وتغير المناخ في كندا (ECCC) والمجلس الوطني للبحوث في كندا (NRC، كندا): عمليات الجليد النهري، ومخاطر طين فرازيل، والمبادئ التوجيهية الهيدروليكية الكندية للتنبؤ بفيضانات الشتاء.
• مديرية موارد المياه والطاقة النرويجية (NVE، النرويج): إدارة جليد فريزيل، وثلج المرساة، والطاقة الكهرومائية في الأنهار شديدة الانحدار تحت الصفر (دليل تشغيل Ispatruljen).
• المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (المنظمة الدولية للأرصاد الجوية): دليل التنبؤ والإنذار بالفيضانات (مطبوع المنظمة رقم 1072)، وهيدرولوجيا الانسداد الجليدي في المناطق الباردة وأنظمة الإنذار المبكر.

أدلة ذات صلة¶

• الجليد الهش، والاختناقات الجليدية النهرية، والفيضانات المتكسرة، وتسونامي الجليد
• الفيضانات المفاجئة
• فيضانات البحيرة الجليدية وإخلاء السدود
• العواصف الشتوية
• انخفاض حرارة الجسم وقضمة الصقيع