2007～2008年度龙、刘水库用于黄河宁蒙河段防凌作用分析

雷 鸣，高治定

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州 450003）

2008年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，淹没面积106km2，……，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。在这次凌汛决口之前，除刘家峡水库已加大控泄流量之外，从3月10日至24日还动用了三盛公枢纽工程分水，但仍然未避免其下游231km处冰凌堵塞壅水决口之患。2007～2008年度龙、刘水库防凌调度对减轻凌汛灾害作用如何，是值得进一步探讨的问题。

1 水库防凌运用情况

龙、刘水库联合用于宁蒙河段冬季防凌运用是通过控制刘库坝下小川站水量大小与过程来实现的，粗算时可用兰州站流量过程来表达。现按凌汛期总体概况和分别按流凌初封期、封河期与开河期，分析2007～2008年度龙、刘水库下泄流量的基本情况，见表1。

由表1可见，2007～2008年度与1968～2008、1999～2008年两个凌汛年段同期相比，水库下泄流量经兰州站后，进入宁蒙河段水量总体是偏多的，特别与近9a平均情况相比，各月下泄水量明显偏多。就各月情况看，11、2月较其它各月偏大更多，均在10%以上。但综合水库运用以来40个冰凌年度看［1］，凌汛期来水明显多于2007～2008年度的有13个，近9个冰凌年度中，该年度处于第三位。故该年度来水量虽较多，但仍处于较常见范围之内。水库与河道各控制站位置见图1。

表1 小川站、兰州站2007～2008年度与1968～2008、1999～2008年凌汛期各月平均流量比较Table 1 Comparison of average runoff of per month during the ice flood period at Xiaochuan Station with that of Lanzhou Station，which are observed in the years of 2007－2008，1968－2008and 1999－2008

图1 黄河上游龙羊峡～头道拐站河段测站位置图Fig．1 Location of hydrological stations at the upstream reach of Yellow River from Longyangxia to Toudaoguai

不同年段凌汛期逐日流量过程见图2。由图2可见，11月15日以前，兰州逐日流量＞1 000m3／s，11月下旬至12月底逐日流量过程基本保持在600 m3／s左右，1～2月中旬，逐日流量缓慢递减至550m3／s，2月下旬初开始削减流量，至26日降至400m3／s，保持到3月4日，3月5日流量再次削减至360m3／s左右至16日，17～22日流量恢复到400m3／s左右，23日流量＞500m3／s，28日升至916m3／s。可见，从流凌、封河初期、稳封期至开河期，逐日流量基本上是由大到小，缓慢递减，临近开河进一步加大控泄力度。另外，从11月下旬～2月底看，逐日流量过程基本保持平稳递减趋势，前后日流量增幅≤100m3／s。

图2 兰州站2007～2008凌汛年度逐日流量与1968～2008年、1999～2008年同期平均逐日流量比较Fig．2 Comparison of daily average runoff during the ice flood period in 2007－2008with those occurred during the same period in 1968－2008 and 1999－2008at Lanzhou Station

2 水库防凌运用效果检查

2．1 与水库防凌调度原则一般要求对照

对照目前黄河防汛总指挥部关于凌汛期刘家峡水库下泄流量的调度原则［1］，分析如下：

1）流凌初封期下泄流量比较理想。调度原则要求 “封河前调匀并适当加大泄量，一般兰州站流量控制在500～600m3／s，最大700m3／s，控制时间为30～40d，目的是推迟封河时间，避免小流量封河，有利于抬高冰盖。同时要防止大流量封河产生冰塞灾害。要防止忽大忽小或由小变大现象，要注意宁蒙河段冬灌和退水，使流量保持平稳”。对照2007年冬水库下游兰州站11月上、中旬平均流量分别为1 430、884m3／s，致使在11月上、中旬内蒙古巴彦高勒站以下河段3d最小平均流量＞400m3／s，11月下旬～12月上旬兰州站减至614、622m3／s，相应巴彦高勒站以下各站最大3d平均流量为650～750m3／s，最大日流量仅为752m3／s，加之该年前冬偏暖，内蒙古河段流凌封河时间偏晚，巴彦高勒站、三湖河口站、头道拐站封河后最小5d平均流量分别为351、277、179m3／s，较近9a相应均值分别偏大26．2%、53．0%、9．8%。各站封河后过流能力均较大。故该年冬流凌初封期水库下泄流量符合调度原则要求，基本达到较好效果，形成了平稳的封河形势，未出现 “二封二开”或严重冰塞壅水灾害情况。但从各断面封河后最小5d平均流量关系看，明显呈 “上大下小”的局面，若后期水库下泄流量控泄不当，则为内蒙古河段槽蓄水增量过渡增加，埋下隐患。

2）稳封期流量偏大，后期开始向开河期过渡的调控时间偏晚。调度原则要求：“过流能力小于初封期，水库下泄流量一般为500m3／s左右。稳封期的后期冰盖过流能力稍大于初期，但控制流量＜600m3／s，从2月上旬开始逐渐向开河期减少”。2007～2008年度稳封期按12月下旬～2月上旬计，兰州站逐旬平均流量分别为613、549、558、537、533m3／s。这期间流量基本符合调度原则要求，但与1999～2008年段同期平均流量比较，一般大110m3／s左右；开始逐渐向开河期削减的情况，应计为2月中旬，该旬平均流量减小为505m3／s，开始向开河期逐渐减小流量的起始时间较近9a平均情况迟10d。该年度稳封期下泄流量偏大，且进一步控泄时间偏晚，使得内蒙古河段槽蓄水增量偏大。

3）开河期控泄时间偏后，流量削减力度较小。调度原则要求：“适时平稳控制兰州站流量在500 m3／s左右，并在石嘴山站开河前5d控制下泄，为了不使封河上段出现较大凌峰，为使水位平稳，兰州站流量过程也应平稳或缓慢减少，为文开河创造条件。”2007～2008年度2月中旬至3月中旬兰州站逐旬平均流量分别为505、450、373、386 m3／s，调控力度比一般原则要求大些。但近9年同期逐旬平均流量分别为388、340、300、302 m3／s，可见无论逐旬流量，或是2月下旬至3月上旬流量递减速率均不及9a平均情况，故该年度开河期控泄力度并不强。

2．2 凌汛特征指标的分析

1）封河后过流能力与封河前流量关系。刘家峡、龙羊峡水库运用宁蒙河段防凌40a，一般认为内蒙古河段在较大流量封河条件下，可致使在较高位置形成冰盖，这样可以保持封河期有较大冰下过流能力。它作为水库防凌运用的一个原则，运用至今。2007～2008年凌汛期三湖河口、头道拐两站封河前5d平均流量分别为587、584m3／s，而封河期两站最小30d平均流量分别为376、242m3／s，整个封河期平均流量分别为500、336m3／s。两站封河前平均流量＞580m3／s，但两站封河后的最小30d与封河期平均流量相差较大。下游头道拐站过流能力明显偏小，故当上游来水较大时，相当的水量将聚集在头道拐站以上河道内。因此依靠封河前水库下泄较大流量来达到提高冰下过流能力的设想，需要重新考虑。

图3为头道拐站1986～1999与1999～2008两个年段封河前5d平均流量与封河期平均流量关系。由图3可见，近9a头道拐站封河前流量大小对封河期平均流量影响明显小于前一年段情况。这种情况在三湖河口等站有类似表现，只是变化程度较小些。2007～2008年度内蒙古出口控制站在封河期较大流量条件下，封河后冰下过流能力持续较小情况是近9a来共同特点，水库调度运用方式的原则需要重新审视。

图3 头道拐站不同年段封河期平均流量与封河期5d平均流量相关Fig．3 Correlation of average runoff of the whole freeze－up period with that of 5dduring the freeze－up period in different years at Toudaoguai Staion

2）封河期兰州站下泄水量大小与石～头河段最大槽蓄水增量关系。内蒙古河段最大槽蓄水增量除与出口站过流能力变化有关外，还直接与封河期上游来水有关。考虑内蒙古河段首封与最晚开河时间，以及兰州站水量转播至头道拐站时间，利用兰州站12月～3月上旬来水量作为入流水量指标。2007～2008年度，该时段内兰州站下泄水量达47．5×108m3，实际形成的槽蓄水增量达16．95×108m3。水库运用以来不同年段中，这两个数量指标关系有所不同。由图4可见，在水库运用3个阶段中，主要是河道过流能力影响，在兰州站12月～3月上旬相同来水量条件下，近9a形成的最大槽蓄水增量最多，1986～1999年段次之，1968～1986年段形成最大槽蓄水增量最小。经各年段线性相关分析 （均满足显著性条件），兰州站来水量47．5×108m3条件下，1986～1999年段平均可形成的最大槽蓄水增量为12×108m3，1968～1986年段形成10×108m3，再考虑气温等不确定性因素的可能影响，分别可再加大1×108m3。分别为13×108、11×108m3。如现状过流条件下石～头河段最大槽蓄水增量要控制在15×108、14×108m3时，兰州站12月～3月上旬下泄水量应分别控制在43×108、40．3×108m3。可见，在内蒙古河段现状过流条件下，仍按照原调度原则，在封河期保持兰州站较大下泄流量过程，必然会导致槽蓄水增量明显偏大。

图4 不同年段石～头河段最大槽蓄水增量与兰州站12月～3月水量相关Fig．4 Correlation of the maximum channel－storage increment at Shizuishan－Toudaoguai reach with the water quantity accumulated from Dec．to next Mar．at Lanzhou Station of different years

3）依据宁蒙河段槽蓄水增量时空分布特点，分析水库下泄流量过程。利用2007～2008年凌汛期宁蒙河段分段槽蓄水增量形成过程图 （略），该年封河前期由于气温持续偏高，1月降温幅度大，在该年度封河偏晚情况下，宁蒙河段槽蓄水量在封河后较快速增长，在1月底前后，石嘴山～头道拐、三湖河口～头道拐河段槽蓄水增量达到最大值的80%左右，其最大值均出现在3月上旬末；石嘴山～三湖河口段最大槽蓄水增量出现在1月下旬初，下河沿～石嘴山河段槽蓄水增量形成时间在1月下旬至3月上旬，最大值出现在2月中旬中。该年度凌汛期槽蓄水增量在数量上偏大外，时、空分布表明宁夏段形成晚，内蒙上段形成偏早，2月后期比较集中释放，为巴彦高勒站以下河道在3月中旬前后较大数量比较集中释放提供了条件。这虽与河道过流能力、气温波动幅度较异常有关外，与水库下泄水量过程不尽合理有关。由表1可见，兰州站1月水量明显偏大与此有关，而2月水量虽减小，但减小力度不够，故在头道拐站过流能力恢复能力较小情况下，导致三湖河口站以下河段最大槽蓄水增量出现在3月中旬初。

4）三湖河口站水位变化过程与水库下泄水量关系。由图5可见，三湖河口站在600m3／s流量附近封河后至12月底，水位仅由1019．3m升至1020．2m。12月30日巴彦高勒站封河后，一个小流量过程传播到三湖河口站，会引起一次水位、流量波动，1月下旬中三湖河口站流量恢复到550 m3／s，水位1 020．8m，在三湖河口站水位、流量第一次变化过程中，相应兰州站下泄流量为610 m3／s左右。三湖河口站水位、流量第二次波动过程中，由1月中旬中至月底前后，兰州站流量为530m3／s左右，持续到2月中旬。2月三湖河口站除上旬流量减小到470m3／s，12月上旬～2月中旬流量为500m3／s。三湖河口站在1月下旬中水位再度上新高，并维持到3月中旬提供了冰凌堵塞条件。由图可见，2月中旬开始，三湖河口站流量逐渐增加，而相应兰州站到达的流量要小于三湖河口站流量，表明兰州站从1月中旬中开始流量缓慢递减率和总量，不及兰～三河段来水增加量 （区间地下水回归量与槽蓄水释放量）。这样导致三湖河口站上下河段槽蓄水增量在2月仍持续增加，至3月中旬为最大，加重了开河期负担。

图5 2007～2008年度三湖河口站逐日水位、流量与相应兰州站流量过程Fig．5 Hydrograph of daily water level，discharge at Sanhuhekou Station and the corresponding discharge at Lanzhou Station in 2007－2008

5）开河期巴～三河段槽蓄水增量释放过程。2008年3月中旬后期三湖河口站在开河前夕槽蓄水释放强度大，自开河前3d3月18日开始的6d内，巴～三河段槽蓄水增量释放逐渐加大，逐日释放水量为0．184×108、0．379×108、0．964×108、0．957×108、0．596×108m3，三湖河口同期逐日流量分别为838、1 060、1 580、1 510、1 050m3／s。这是当年开河前自3月10日至24日三盛公逐日分水防凌的结果，否则，逐日流量还要增加100～170m3／s，凌峰流量可由实测的1 650m3／s增加到1 820m3／s，瞬时最高水位由实测的1 021．22 m，增加5～10cm。由图5，龙、刘水库控泄流量过程影响情况看，水库控泄力度最大时段是基本相应的，问题在于能否通过进一步调整开河期水库运用方式，如加大控泄力度时间提前至2月初，使2月上旬～3月中旬平均流量，在该年兰州站下泄流量的基础上，2月再削减100m3／s，3月上中旬再削减50m3／s。这样不仅使石～头河段最大槽蓄水增量减为15．2×108m3，而且推迟开河日期、槽蓄水增量释放时间延长，最大释放强度必然减小，不仅减小凌峰流量，其出现时间完全可能出现在开河以后，避免最高水位出现在开河前夕，进而避免凌汛灾害出现。故按2008年春三湖河口站凌汛壅水情况与兰州站相应水量关系看，在现状河道淤积加重，过流能力偏小，稳封中期已形成较大槽蓄水增量 （＞14×108m3），应在2月开始逐步加大水库下泄水量调控力度，来避免三湖河口站上下河段开河前夕槽蓄水增量释放强度过大。

3 结 论

1）2007～2008凌汛年度的流凌初封期龙、刘水库下泄流量过程经兰州站后进入宁蒙河段，来调控宁蒙河段冬灌引水、退水影响较好，致使再进入石嘴山以下河段时，避免了11月中旬前的过小流量和11月下旬至12月中旬过大流量的出现，有效防止内蒙古巴彦高勒站以下河段可能出现的小流量封河或封河后可能出现的大流量造成的 “武开”现象。故从宁蒙河段防凌需要看，本年度该期间水库下泄流量过程调控比较适中。但在封河初期，应针对目前内蒙古河道下段过流能力偏小的实际情况，及时调整水库在稳封阶段下泄流量大小与过程。

2）鉴于现状内蒙古河段河道过流能力较差，再遇见封河期气温偏低，在封河主要阶段，兰州站12月～3月上旬下泄水量达47．0×108m3，过程前后流量递减率小，为石嘴山～头道拐河段最大槽蓄水增量达17．0×108m3，出现时间偏晚，提供了较有利的来水条件，这为在封河中、后期三湖河口站上下河段出现持续高水位提供了有利条件。故需要重新审视现状河道过流条件下，封河期水库安全泄量过程控制原则。

3）开河期水库虽在3月上、中旬较明显削减了下泄流量，对控制内蒙古上段开河起到一定作用，并且自3月10日起三盛公涵闸还首次进行了分水防凌，但在3月中旬前后气温较异常偏高，促使巴～三河段自开河前3d开始河段槽蓄水增量急剧释放，开河前1d、开河日释放量最大，分别为0．964×108、0．957×108m3，形成的流量日增量达1 116、1 108m3／s。在开河前夕出现这样槽蓄水增量释放强度情况，为多年少见。导致在持续高水位情况下，水位再度抬升，瞬时最高水位达1 021．22m，造成三湖河口站以下河段开河期多处冰坝壅水，以及2处堤防溃决，造成较严重凌灾。

在现状河道过流能力条件下，虽然在整个凌汛期总体负气温值并不突出的情况下，遇到过程气温变动幅度大的情况时，加上目前针对开河形势预报不能完全满足水库防凌调度需求，当封河期槽蓄水增量明显偏大，部分河段水位较高时，应适当加大开河期水库下泄流量控泄力度，包括明显削减流量的时间可考虑提前至2月上旬，结合内蒙古河段分水防凌工程等提前进行预防性防凌运用，使进入巴彦高勒站以下河段流量保持较小水平，来缓解目前三湖河口站上下河段在开河前后槽蓄水增量释放强度过大及该河段开河期较严峻的凌汛形势。

［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．

［2］水利部黄河水利委员会水文局．2007～2008年度黄河凌汛技术总结 ［Z］．郑州：水利部黄河水利委员会水文局，2008：1－31．

［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．

［4］内蒙古自治区水利水电勘测设计院．黄河内蒙古防凌应急分洪工程可行性研究报告 ［R］．呼和浩特：内蒙古自治区水利水电勘测设计院，2008：87－109．