2007～2008年黄河宁蒙河段凌汛成因分析

雷 鸣，高治定

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州450003）

1 冰情概况

2007～2008年凌汛期，黄河宁蒙河段于2007年11月27日开始流凌，12月11日9时在黄河万家寨库尾的呼和浩特市清水河县曹家湾河段出现首封，2008年2月13日达到最大封冻长度940km，至3月26日宁蒙封冻河段全线开通，封河历时106d。

凌汛期冰情的主要特点：

1）流凌、封河日期偏晚，分段封河，首封位置下移，开河上段偏晚，下段偏早，各站冰情特征日期见表1。

表1 2007～2008年宁蒙河段各站流凌及封、开河特征值统计表Table 1 Statistical table for ice－run，freeze－up and break－up characteristic values of each station at Ningxia－Inner Mongolia Reach occurred in 2007－2008

2）冰情严重。宁夏河段 （青铜峡水库以下）、内蒙古河段最大封河长度分别为170、680km是近40a之最。封冻冰盖偏厚，石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐站最大冰厚分别为42、75、60、67cm，出现在2月中下旬，其中，巴彦高勒、三湖河口和头道拐站分别比20世纪90年代均值偏厚21、5、10cm。宁夏河段石嘴山至青铜峡河段河心冰厚0.2～0.35m，河滩地冰厚0.4～0.5m，最大为陶乐河段。

3）封河期局部河段冰塞严重，内蒙古部分河段水位持续偏高，加之三湖河口站下游约10km处出现堵冰现象，三湖河口站流量逐渐增加，水位出现持续上涨。自1月25日流量580m3／s，水位1 020.84m，超过了历史最高水位（1 020.81m，2006年3月4日），3月18日三湖河口站水位1 020.86m，相应流量820m3／s，至3月20日2时30分三湖河口水位升至1 021.22m，相应流量1 640m3／s，较历史最高水位高出0.41m，见图1。另外，在乌达、海渤湾区也出现冰塞壅水险情。

图1 2007～2008年凌汛三湖河口站逐日平均水位、流量过程线Fig.1 Hydrograph of daily average water level and discharge at Sanhuhekou Station during the ice flood period in 2007－2008

4）开河期宁夏河段与内蒙巴彦高勒以上及包头以下河段开河平稳，未出现大的凌峰，而三湖河口至包头河段6处冰坝壅水，险情频发，见表2。3月20日1时50分和3时45分鄂尔多斯市杭锦旗独贵特拉奎素段黄河大堤先后发生两处溃堤，两个溃堤口门相距约1km，其中首先溃堤的东口门最大宽度＞100m，西口门最大宽度＞60m，淹没面积106km2，受灾3 885户，受灾人口1.024 1万人，受灾耕地0.54×104hm2……总经济损失9.35亿元。这是多年来损失比较严重的一次凌汛灾害。

表2 2007～2008年凌汛内蒙古河段卡冰结坝情况Table 2 Ice jamming and dam forming situation at Inner Mongolia Reach occurred during the ice flood period in 2007－2008

2 凌汛形成的水文气象条件

1）河道淤积日趋加重，平滩水位过流能力减小，流凌不畅，易卡凌堵塞、结坝。根据宁蒙河段1962～2004年河道地形5次实测资料计算（简称断面法），结合沙量平衡法计算成果表明：1986年11月～2004年10月为龙刘水库联合运用时期，在此期间青铜峡水库采取不定时的拉沙，由于上游来水偏枯，再加上龙刘调蓄，汛期平均流量仅900 m3／s。流量过程均匀，中小水持续历时长，河道发生淤积。下河沿～青铜峡河段冲淤基本平衡，坝址以下河段淤积严重，青铜峡～石嘴山河段平均淤积量为0.093×108t／a，平均淤积厚度为0.014 m／a；上世纪80年代宁蒙河段平滩流量为3 000～4 000m3／s，目前，巴彦高勒～三湖河口河段平滩流量仅为1 500m3／s，局部不足1 000m3／s，三湖河口～头道拐河段的平滩流量约为2 000m3／s，局部不足1 500m3／s。由于平滩流量较小，河势摆动加剧，输水、输冰能力减弱，封开河期卡凌堵塞、结坝频发，严重威胁防凌安全。

此外，河道内大量河道控导工程、浮桥、跨河大桥等河道工程兴建，易形成凌水堵塞。目前巴彦高勒～头道拐河段主要河道工程数量众多，跨河大桥在巴彦高勒～头道拐区间11座，头道拐以下至喇嘛湾区间5座。这些工程大都修建在河道弯道或河面较窄处。水流受控导工程导流作用和浮桥两岸引桥、跨河大桥桥墩阻水影响，河道水流集中，河面窄，过流能力降低。容易在河道控导工程等河面狭窄处形成冰坝，造成水位壅高，堤防吃水，甚至溃堤，严重威胁防凌安全，如包神铁路桥就是一个冰凌易堵塞之处。

本年度冰凌堵塞最为严重的河段就是位于三湖河口水文站下游约10km河段处，在黄断037～038之间，是一个大的弯道，其下游侧河道分叉，且有大的河心滩，是冰凌易于堵塞的河段。

2）凌汛期气温出现较异常的时空分布，主要特点为：宁夏河段与内蒙古上段河段偏冷，内蒙古河段下段偏暖；气温变幅大，冷暖变化幅度剧烈，遭遇区域性长时段强降温过程和高温时段。具体表现：①整个凌汛期累积负气温看，宁夏河段偏冷，银川累积负气温达－679℃，为近30a冬季之最，磴口站累积负气温－826℃，为1986年来第二冷年，尚不及2004～2005年，1954～2003年均值均为－737℃，而包头该年度累计负气温－867℃，而多年均值－904℃，是偏暖的；②流凌、封河前期气温偏高，银川、蹬口、包头三站11～12月气温较常年同期偏高1.5～2.9℃；③封河后期气温长时段持续偏低，为历史少见。1月、2月三站平均气温偏低2～4℃，特别是银川站2月平均气温为近30a最低；④开河期气温异常偏高，且蹬口以上河段升温幅度大于其下段。2月下旬起气温回升快，较多年平均偏高2.2℃，3月宁夏、内蒙河段上段月平均气温偏高4℃左右，而包头偏高3.1℃。各站在3月上、中旬气温增幅要更大些，其中蹬口分别高出4.1℃、5.0℃，包头高出3.5℃、4.8℃。

3）凌汛期上游来水大小与过程的变化在常见范围内。根据兰州站12月～3月上旬来水统计，2007～2008年凌汛段平均量为47.0×108m3，较1999～2007年凌汛段同类均值大7.3%，小于兰州1999～2000、2004～2005凌汛年度同期水量；比1986～1998凌汛年度相应均值小－0.8%。从12月至2月上旬流凌、封河期逐旬平均流量过程看，2007～2008年兰州下泄流量较近9a均值偏大，略大于1986～1998年逐旬量，为近9个年度第二大。从2月中旬进入开河期看，2008年2月中旬出现一个流量低值段，但从2月中、下旬两个旬看，明显小于1986～1998年平均情况，而与1999～2007年平均情况相当；而2007～2008年3月上、中旬平均流量较2月下旬平均流量削减量达70m3／s左右，而其他两个年段平均削减量在50m3／s左右，表明2008年3月上、中旬，水库调控力度还是比较大的。总之，2007～2008年凌汛期上游龙刘水库基本上按照由大至小，缓慢平稳递减，开河期增加控泄力度的调度原则来进行流量控泄的。

表3 兰州站2007～2008年12月～3月上旬逐旬平均流量与不同年段均值比较Table 3 Comparison of average runoff for the first ten days of each month from Dec.2007to Mar.2008with those of other years ／m3·s－1

3 凌汛壅水成因分析

本年度凌汛期上游来水在保持在近20多年来调控范围内，但在目前河段淤积加重，以及跨河建筑物不断增加的不利河道条件下，又遇较严重的不利气温时空分布，三湖河口～包头部分河道冰塞、冰坝壅水仍比较严重，导致开河时出现堤防溃决的情况。从综合流量、气温、河道等影响凌汛因素的相互关系看，该年度凌汛形势较严峻情况出现也并非偶然，可简要归纳为以下几点：

1）头道拐站封冻后冰下过流能力小、且恢复缓慢，为全河段封河期冰塞发展、槽蓄水增加大，以及开河期出现严峻凌汛形势提供了重要条件。由表4可见，头道拐站在封河前流量偏大的条件下，封河后初期阶段及整个封河期冰下过流量比较小，封河后不同时段平均过流能力较90年代平均情况小得较多，与近9a平均情况相当，表明2007～2008年度在封河期头道拐冰下过流能力小的情况是趋势性变化的结果。另外，结合断面水位变化情况看，该年度封河期平均水位988.02m，仅比近9a封河期平均水位高0.12m，这表明头道拐过流能力减小的直接原因不是该断面本身堵塞问题，而是严重堵塞地点最下端还在头道拐断面以上所致。

2）宁蒙河段槽蓄水增量大，且 “宁夏河段与三湖河口～头道拐河段增幅突出”，出现时间靠后，为开河期下段冰坝形成较多提供了有利的水量条件。

本年度石嘴山～头道拐河段最大槽蓄水增量约为16.95×108m3，出现在3月4日，为1986～2007年段均值的1.46倍。石～巴、巴～三、三～头河段本年度最大槽蓄水增量分别为3.12×108、5.63×108、11.34×108m3，为1986～2007年段相应均值的比例分别为0.89、0.99、2.21倍。该年度宁夏河段最大槽蓄水量3.90×108m3，出现在2月17日，为1986～2008年段均值的2.39倍，为近40a第二大。

从时程分布上来看，在各河段封河初期增加迅速，之后槽蓄水增量比较缓慢平稳增加，随着自上而下，分段开河，槽蓄水量向下游河段聚集，直至3月上旬随着宁夏河段解冻开河，宁夏河段槽蓄水增量逐渐转入内蒙古河段，同时内蒙古河段槽蓄水增量开始缓慢释放，故三～头段及石～头段，到3月上旬才相对稳定，达最大槽蓄水增量，相对常年最大槽蓄水增量出现时间较晚，且持续时间较长。3月中旬前期内蒙古河段槽蓄水增量释放缓慢，后期开始集中释放 （图略）。

表4 头道拐站2007～2008年与各年段平均情况下封河期不同时段最小过流量Table 4 Minimum discharge for different time intervals during the freeze－up period averagely occurred in 2007－2008and others years

综合分析本年度槽蓄特点，主要由较大来水过程情况下，封河形势和气温特点造成：受本年度头道拐在整个封河期冰下过流量持续偏小影响；气温是上段总体偏冷异常，而变化过程看是前高又低最后又高，变化剧烈，尤其1月下旬以后气温持续偏低，零下20℃左右的气温持续20d左右，造成封冻河段长，封冻河段冰层厚，冰下冰花增多，过流能力降低，河道槽蓄水量增大，水位壅高，且槽蓄水量分布不均匀。

3）在各河段先后封河阶段上游来水较大条件下，在三湖河口以上河段形成几次明显流量波动，加上封河后又遇持续强低温过程，加重封河期分段冰塞壅水，特别是为三湖河口上下河段严重冰塞提供了有利条件，同时也为开河期冰坝壅水形成提供有利冰量条件。

由图2可见，三湖河口站封河期内明显出现的流量波动有3次，第一波是在12月中旬该站封河前5日平均流量为584m3／s，14日封河当日流量减小为245m3／s，16日达最小值为229m3／s，1月3日升至峰值达540m3／s；第二波是1月8日又减小到低谷值235m3／s，26日又升至555m3／s；第三波2月5日再降至第三低谷445m3／s，之后至2月中旬升至500m3／s以上。其后，呈更小波动变化，至3月14日升至684m3／s后，迅速增加至20日达1 530m3／s，21日开河流量1 440m3／s，24日跌至500m3／s。

由该图还可见，流量第一波峰出现时，水位由封河前1 019.34m，升至1 020.35m；流量第二波谷水位降至1 019.62m，波峰出现时水位又增至1 020.84m；流量第三波谷、峰水位也相应在1 020.5～1 020.8m区间变动，之后也在这个范围内缓慢起伏变化至开河前夕。3月17日随流量突增至785m3／s，相应水位1 020.79m，至20日流量最大时，水位也升至1 021.14m。

由图2可见，三湖河口流量的3次波动，除第一波三湖河口站封河后冰凌堵塞程度变化外，其它两次波动显然与巴彦高勒、石嘴山先后封河所形成的小流量过程形成的波动的连锁反应。

图2 2007～2008年凌汛期内蒙古4站逐日流量过程Fig.2 Hydrograph of daily average discharge at four stations in Inner－mongolia during the ice flood period in 2007－2008

对比图1与图3，一个非常有重要启示意义的现象，就是巴彦高勒与三湖河口均存在流量的波动与水位波动的相一致关系，只是巴彦高勒站因封河引起的流量波动数比三湖河口站少一个。而且在流量波动中引起的水位波动呈增加的趋势，其前后差异明显小于三湖河口。该情况表明，这种流量的波动，带来水位增加，是在上游来水缓慢递减过程中出现的。

这种情况表明，封河期间流量波动过程，带来水位变化过程中，进一步增加了河段冰塞壅水程度。故水位波动 （达一定幅度）带来河段冰凌有向下游河段聚集加强的作用，导致冰塞壅水程度增加，显然内蒙古上段1～2月中旬封河期冰塞加强与现今河道淤积堵冰状况，以及该期间较异常寒冷有关。因此，在宁蒙河段封河期的前半段中，适时调整上游来水过程，控制各河段因封河造成的流量波动幅度，对减轻重点河段冰塞壅水程度，特别是削减三湖河口附近目前封河期水位特高不下的局面应予重视。这为水库防凌调度提出了新的问题与要求。

图3 2007～2008年凌汛期内蒙古巴彦高勒站逐日流量、水位过程Fig.3 Hydrograph of daily average water level and discharge at Bayangaole Station in Inner－mongolia during the ice flood period in 2007－2008

4）不利的开河形式，为开河时三湖河口下游河段堤防溃决提供了触发条件。目前，从开河期水库防凌调度需要出发，进一步探讨有效的定性、定量指标体系，全面衡量开河形势是否安全，仍是一个值得研究的问题。2007～2008年开河期三湖河口以下河段出现的凌汛决堤溃口情况，除封河期三湖河口附近河段冰塞壅水严重，持续高水位至开河前夕，又有巴彦高勒～三湖河口河段槽蓄水增量急剧释放，使三湖河口流量急剧加大、水位再度升高。由表5可见，由于巴彦高勒～三湖河口河段开河前2d始，至开河日，3d内河段槽蓄水增量释放，使三湖河口流量逐日增量达439、1 116、1 108m3／s，致使开河前的20d出现凌峰流量，达1 650m3／s，而同时三湖河口瞬时最高水位1 021.22m，日平均水位达1 021.11m，为本凌汛年度最高日平均水位，较18日增高0.25m，较16日增高0.41m。这种开河前夕，流量剧增，带来水位剧增，这样随即发生的开河，较大凌峰流量提供搬移大量冰凌能力和冰凌聚堵能力，同时因主河槽冰凌下泄过程中，必然导致较高滩区部分岸冰破碎，同时进入河槽下泄，这样将明显增加三湖河口开河时下泄冰凌量，为三湖河口下游易堵塞河段提供了充分冰凌条件。故开河前夕河段槽蓄水增量急剧释放，且达到一定数量，同时在水位急剧升高过程中出现的开河形势，是对防凌不利的开河形势。由表5还可见，开河前三盛公虽分水，但效果有限。另外，中和西段以下4个冰坝形成情况与三～头段槽蓄水增量大、出现时间晚，以及3月中旬气温急剧升高等情况有关。

表5 巴彦高勒～三湖河口河段开河前后逐日槽蓄水增量释放量Table 5 Release amount of daily channel－storage increment at the Bayangaole－Sanhuhekou Reach occurred around the break－up date

4 结 论

本年度出现严重凌汛灾害有其必然性。这主要是内蒙古巴彦高勒以下河段淤积日趋严重，跨河工程兴建较多，以及不少河段河道形态不利于冰凌输移。头道拐站该年度封河期冰下过流能力统计表明，内蒙古下段冰下过流能力较90年代有较大幅度削减，出口明显不畅，堵水、堵冰严重。另外，上游兰州12月至3月上旬下泄水量47.0×108m3，其总量与过程尚属近10a一般情况，加上凌汛期气温上段总体偏低、下段略偏高，但仍较严寒，故综合因素形成最大槽蓄水增量达16.95×108m3，为40a次大年份。这样偏大的槽蓄水增量为三湖河口上下河段封河期持续高水位形成提供了必要的水量条件，也为开河期凌汛灾害形成埋下了隐患。

本年度开河期三湖河口以下河段形成的凌汛灾害尚存在一定突发因素，主要是凌汛期气温过程变化是前高又低最后又高，变化剧烈，封河后期较严寒的低温过程下，开河期出现急剧升温过程，虽然从3月上、中旬水库削减下泄流量70m3／s，且3月10日～23日三盛公水利枢纽还进行分水，但三湖河口站在开河前夕仍连续两天槽蓄水增量释放量达1 100m3／s以上，使开河前日、开河日2d平均流量均＞1 680m3／s，是形成三湖河口以下河段凌汛决口的直接诱因。

本年度在上游水库正常防凌调度方式下，同时开河前还采取分水防凌补充措施，但在现状河道过流能力减小情况下，遇到较不利的气温变化过程时，并未避免凌汛灾害发生，为此需要进一步总结该年水库防凌作用与不足。

［1］水利部黄河水利委员会.黄河凌情资料整编及特点分析（黄河上、中游部分1950～2005年）［Z］.郑州：水利部黄河水利委员会，2006：280－319.

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［3］可素娟，王 敏，饶素秋，等.黄河冰凌研究 ［M］.郑州，黄河水利出版社，2002：81－96.

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