宁蒙河段2015—2016年度凌情特点及凌灾成因分析

胡士辉，张 健，赵文荣

(黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004)

黄河位于我国中北部，受大陆性季风气候影响，冬季部分河段会出现封冻。受地理位置、河流走向和河道条件等因素的影响，黄河宁蒙河段和下游河段是凌情灾害重点防控河段[1]。不少专家学者对凌情发展机理、冰凌预报、凌灾成因等进行研究，刘吉峰等[2]研究提出了未来黄河防凌决策对凌情预报的技术需求；郭立新等[3]研究了黄河山东段冰情影响因素、机制及观测方法；张瑞春[4]通过fluent数值模拟方法研究了不同冰厚时的冰盖等效应力情况；段高云[5]开展了黄河内蒙古河段防凌防洪运用方式研究等等，本文在吸收借鉴前述研究的基础上，利用2015—2016年度水文气象及凌情观测资料，分析本年度宁蒙凌情特点及其凌灾成因，为该河段防凌减灾以及凌情预报提供参考。

1 凌情概况

黄河宁蒙河段位于黄河流域最北端，自宁夏中卫县黑山峡入境，至内蒙古准格尔旗马栅乡出境，全长1217km，是黄河防凌的重点河段[6]。2015年11月24日宁蒙河段三湖河口段开始流凌，12月15日头道拐断面上游4km什四份子险工处出现首封，2016年1月22日封冻上首至宁夏回族自治区沙坡头库区，最大封冻长度888km，其中宁夏河段208km(含宁蒙交叉段40km)，内蒙古河段680km。2月7日封冻上首宁夏沙坡头库区开始融冰解冻，3月3日宁夏河段开河，3月24日内蒙古河段全线开通，封开河历时101d。

2015—2016年度凌灾灾情导致直接经济损失3729万元。封河期间，由于万家寨库尾喇嘛湾河段发生严重冰塞，造成清水河县4650亩耕地、30亩鱼塘、3.7km公路淹没，5户村民家中受淹，损毁水利设施7套，库区左岸交通道路因上水被迫封闭132h。开河期间，万家寨库尾再次发生冰塞，水位骤涨，致使库区右岸准格尔旗大路镇3个村10个社受灾，左岸清水河县9户居民家进水。淹没耕地11216亩，林地90亩，鱼塘424亩；淹没和冲毁道路4.3km、生产堤12.8km、扬水站3处、护河堤坝700m、灌溉渠系9.8km。包头河段开河期间也因卡冰结坝水位上涨，致昆都仑河入黄口倒灌，造成九原区三艮才部分温室、耕地被淹297亩，黄河大堤多处吃水。

2 凌情特点

2.1 气温起伏变化大，封开河气温偏高、稳封期偏低

2015—2016年度宁蒙河段气温起伏变化剧烈，呈前后高中间低态势。其中，封河期和开河期平均偏高1.8～3.3℃；稳定封冻期平均偏低0.5～2.2℃。

内蒙古河段流凌前期(11月上中旬)气温较多年同期(1960—2010年，下同)偏高2～3℃，受2015年11月22日冷空气影响，22—25日日均气温下降6～10℃，24日8时，三湖河口断面出现首凌；封河过程气温较多年同期偏高1～2℃，12月13—16日降温幅度为6～9℃，且下游段降温幅度大于上游段，15日9时内蒙古头道拐水文断面上游4km处(什四份子险工)出现首封；稳定封冻期受寒潮影响气温较常年同期偏低2～3℃；开河前期(2016年3月上旬)气温较多年同期偏低0～1℃，3月3—9日日均降温12～15℃，延缓了上游段的开河进度；开河期(3月中下旬)气温较多年同期偏高2℃左右，总体开河期气温平均偏高1～2℃左右。

2.2 流凌、封河时间晚，封冻长度长

本年度宁蒙河段首凌及首封日期较常年偏晚。2015年11月24日8时，三湖河口断面出现本年度首凌，流凌密度为1/10，流凌日期较常年(1987—2010年，下同)偏晚5d。受强冷空气影响，15日9时内蒙古头道拐水文断面上游4km处(什四份子险工)出现首封，河段首封时间较常年偏晚12d。

宁蒙河段12月15日首封后，在气温持续偏低情况下，在险工、卡口、桥梁呈现分段封冻，封河界面分别向上、下游快速延伸，形成多处清沟。1月23日内蒙古河段全线封冻，封冻长度680km。1月23日宁夏河段分多段封河，即青铜峡坝上、沙坡头坝址以上和麻黄沟以上分段封冻。2月3日起黄河宁蒙河段进入稳定封冻期，黄河宁蒙河段封冻长度约888km，为近5年来最长。

2.3 区间来水少，封河流量小

2015年11月—2016年3月，黄河各主要来水区间来水均较多年同期偏少。其中：唐乃亥来水量26.6亿m3，偏少19%；龙刘区间来水量7.4亿m3，偏少32%；刘兰区间来水量7.1亿m3，偏少5%。凌汛期刘家峡水库泄流总量(小川站)59.3亿m3，与龙羊峡、刘家峡水库联合调度运用以来相比偏少12%。

三湖河口河段首封前3天平均流量为567m3/s，较近10年封河流量偏小20%左右，三湖河口—头道拐断面封河流量为177～300m3/s，普遍偏小。

2.4 槽蓄水增量小，且集中释放

自12月15日头道拐断面上游首封开始，河段槽蓄水增量开始缓慢增加，至2016年3月17日石嘴山至头道拐区间累计槽蓄水量达到最大值9.712亿m3，较多年均值偏少29%。槽蓄水量主要集中在巴彦高勒至三湖河口区间和三湖河口至包头区间。3月中下旬巴彦高勒至头道拐断面开河以后，巴-三区间、包-头区间槽蓄水量集中释放归槽，三-包区间释放缓慢；石-巴区间槽蓄水量较小，自3月初石嘴山断面开河后缓慢释放。各区间槽蓄水量沿程变化如图1所示。

2.5 开河凌峰流量大，开河水量少

2016年3月21日10时包头断面开河，21日15时头道拐断面开河。由于两断面同日开河，槽蓄水增量释放集中，河段上下大流量首尾相接，3月21日头道拐站最大凌峰流量2010m3/s，为12年来最大；开河最大十日水量为7.23亿m3，较常年偏少30%。

3 凌灾险情

内蒙古清水河县凌汛险情：2015年封河前夕，由于流凌时间长，大量冰凌堆至万家寨库区回水末端，下行途中受弯道及呼准铁路-准兴重载公路桥墩阻冰影响，冰凌下泄不畅，库区阻塞段不断堆冰，有的段落最大堆冰厚度达10m左右，致使曹家湾以上水位急剧上涨，12月9日下午，库区左岸水泥厂一带沿黄公路发生漫水(凌)险情，长度约1km，最大水深约0.5m。10日上午10时，堆冰发展到喇嘛湾公路大桥上游7km处，河道水位壅高，造成拐上移民新村旁边山洪沟发生倒灌。下午4时，堆冰向下移动，曹家湾一带再次发生冰塞漫水，长度达5km，最大水深约1m。经紧急降低万家寨库水位，加之头道拐附近河段封冻，险情缓解。

包西铁路桥冰塞险情：3月19日，包头市九原区三艮才(包西铁路大桥上游约1km)处冰凌堆积，卡冰结坝长度近5km。20日，受黄河水位上涨影响，昆都仑河入黄口回水造成部分温室大棚被淹，黄河大堤多处吃水，威胁堤防安全。鄂尔多斯军分区派出达拉特旗人武部率领爆破分队25人，乘2艘气垫船上冰布阵。经过7处冰上爆破，冰坝炸开，水位回落，险情排除。

万家寨库区冰塞险情：3月20日下午，万家寨库尾大准铁路桥(原丰准铁路桥)上游4km处发生冰塞，长达9.5km，冰塞使水泥厂至喇嘛湾河段水位骤升2m以上。21时，鄂尔多斯市准格尔旗柳林滩村、前房子村、小榆树湾村进水，8户民房受淹，地方政府连夜组织提前转移3村庄村民。22日12时，冰塞长度发展到11.2km，致喇嘛湾水位猛涨3m，持续2个多小时后，冰塞溃决下移，水位回落，冰凌行进至岔河口时再次发生冰塞，水位最高上涨约8m。经紧急降低万家寨库水位，险情解除。

4 成因分析

4.1 气温变化

近年来，受全球气候变化影响，极端天气气候事件呈多发、频发态势[7- 8]。2015—2016年凌汛期气温较常年总体偏高，具体表现为封河期和开河期气温偏高；稳定封冻期气温偏低。气温条件使得本年度流凌凌历时长、封冻初期较快、后期封冻延缓、开河过程初期平缓、后期加快。

从三湖河口出现首凌至十四份子险工首封历时21d。流凌时间长，导致大量冰凌在万家寨库区顶托堆积，12月6日冰凌顶托堆积上首位于喇嘛湾黄河公路大桥下游1km处，随着流凌天数的增加冰凌顶托堆积向上游延伸，水位逐渐升高。12月9日由于冰凌阻塞水位急剧升高，导致清水河县拐上村2户村民家中进水被淹，清水河县沿黄公路出现漫水漫凌的险情。10日上午10时，堆冰发展到喇嘛湾公路大桥上游7km处，河道水位壅高，造成拐上移民新村旁边山洪沟发生倒灌。下午4时，堆冰向下移动，曹家湾一带再次发生冰塞漫水，长度达5km，最大水深约1m。经紧急降低万家寨库水位，加之头道拐附近河段封冻，险情缓解。12月15日冰凌顶托上首呼大高速黄河特大桥下游2km至万家寨大坝全部封冻。

3月12日以后，随着气温升高，开河进度逐渐加快，并呈现分段融冰解冻，清沟增多扩大，岸冰脱岸，盖面冰大量减少，部分河段主槽融冰开通。3月19日包西铁路桥上游1km处(闸下309km)形成冰塞，壅高上游水位，造成漫滩，21日开通。3月21日丰准铁路桥处形成严重冰塞，上游水位急剧升高，导致清水河县1个村庄、准格尔旗2个村庄进水，10户民房受淹，清水河县沿黄公路上水堆冰，内蒙古黄河防凌前线指挥部和地方政府连夜组织群众紧急撤离安全转移，黄河防总协调万家寨水库降低库水位，22日冰塞开通，万家寨库尾险情解除，开河进入万家寨库区，至24日内蒙古河段全线开通。

4.2 上游来水

2015年，黄河流域上中游各主要来水区间来水总量较多年均值偏少36%。本年度凌汛期，黄河各主要来水区间来水均较多年同期偏少10%以上。宁蒙河段各站凌汛期平均流量较常年均偏小，三湖河口站封河前11月平均流量449m3/s，较多年均值(1986—2010年)偏少43.8%，头道拐站11月平均流量444m3/s，较多年均值偏小32%。

4.3 封河流量小，河道沿程水位低

河道流量是影响冰情进展的重要因素。封河流量较小时，封冻后过流能力恢复较慢，容易形成水鼓冰裂破坏冰盖的稳定性带来险情。内蒙古首封河段首封前3天平均流量为567m3/s，较近10年封河流量偏小20%左右；内蒙古河段稳封期水位较近5年平均偏低0.10～0.70m。

4.4 水库调度

万家寨水库运行后，回水至拐上，流凌期内上游河段流下的冰花被水库拦蓄[9]，通过适时调整水库运用水位，为凌情平稳发展创造条件。凌汛期万家寨水库的调度原则一般是：封河发展期按水位970m控制，稳定封河期972m控制，头道拐断面小流量结束后975m控制，开河期不超过970m运用。近年来按此水位控制并结合实时调度，万家寨库尾冰塞、冰坝现象有所缓解。但是，2015—2016年度按照上述阶段水位对万家寨水库进行调度，内蒙古河段流凌期和开河期在回水末端以上26km处上下河段都出现了冰塞、冰坝的险情。2次险情出现时，万家寨库水位比该时期控制水位分别低1.79m和5m，库区多处弯道和桥墩影响冰凌通过，也是库尾段形成冰塞的重要因素。万家寨水库建成后，库区水面比降仅为0.1‰，库区回水末端流速慢，输冰能力小，当冰凌堆积较多时易发生冰塞或冰坝。

4.5 河道边界条件

20世纪80年代以来，水库调节、天然径流减少以及沿黄工农业取用水导致黄河内蒙古河段发生了严重的淤积萎缩现象，河槽过流能力不断降低。根据近几年汛期防洪调度河道过流能力分析结果，宁蒙河段平滩流量从1986年以前的3500～4000m3/s降到目前的2000m3/s左右[10- 11]。加之宁蒙河段河势游荡多变，弯道多，极易出现卡冰结坝等情况，由此将引发水位壅高，水流漫滩，堤防长期偎水等不利局面，增大了堤防防凌的压力。

4.6 涉河建筑物

宁蒙河道已建、在建桥梁共40多座，运营浮桥15座。包头河段、万家寨库区河段桥梁密集，平均间隔距离不足10km，不仅对河道行凌产生了不利影响，同时也制约了冰凌爆破的有效实施。

5 结语

(1)2015—2016年度宁蒙河段凌情主要特点：气温起伏变化大，封开河气温偏高、稳封期偏低；流凌、封河时间晚，封冻长度长；区间来水少，封河流量小；槽蓄水增量小，且集中释放；开河凌峰流量大，开河水量少。凌情成因主要是：气温、上游来水、封河流量、水库调度、河道边界条件及涉河建筑物等。

(2)采取“上控、中分、下泄”原则，采取预设封河流量、科学调度干流骨干水库、适时启用分凌区等非工程措施，可为稳定宁蒙河段流量、创造有利开河条件、减轻凌汛风险等提供保障。

(3)本年度2次险情出现时，万家寨库水位比该时期控制水位分别低1.79m和5m，说明仅靠水位控制水库调度是不够的，建议尽快开展库区回水末端冰塞或冰坝形成机理与万家寨库水位降低运用时机的研究，进一步优化凌汛期调度，减少类似险情出现。