黄河宁蒙河段2018—2019 年度凌情特性分析

赵文荣，张 健

（1.黄河水利委员会 宁蒙水文水资源局，内蒙古 包头 014030；2.黄河水利委员会 水文局，河南 郑州 450004）

1 引 言

黄河宁蒙河段位于黄河流域最北端，自宁夏中卫市黑山峡入境，至内蒙古准格尔旗马栅乡出境，全长1 217 km。 其中，宁夏河段从黑山峡入境，至石嘴山麻黄沟出境，河段长397 km。 石嘴山以下河段是纬度最高的河段，也是黄河防凌重点河段，河道宽浅，浅滩弯道较多，主流摆动大。 宁蒙河段大部分年份11 月中下旬开始流凌，12 月上中旬封冻，翌年3 月中下旬解冻。由于宁蒙河段地理位置特殊，因此封河从高纬度低气温的下游内蒙古河段开始逐渐向上游宁夏河段发展，解冻开河则从宁夏河段向内蒙古河段发展。 解冻开河时上游来水、来冰加上封冻期形成的河道槽蓄水增量沿程释放，形成明显的冰凌洪水，冰凌洪水在向下游演进过程中，容易在急弯、浅滩或窄口处卡冰结坝，导致水位急剧上升，流量持续增大，威胁堤防安全，严重时会冲溃堤防，形成冰凌灾害［1-2］。

受自然因素与人类活动影响，宁蒙河段每年封河开河日期、封河长度、封冻期槽蓄水增量等凌情都存在明显差异，通过分析各年度凌情变化特性以及成因，可为宁蒙河段防凌减灾、水文预报和防凌调度预案制定等提供参考。

2 凌情概况

2018 年入冬以后影响黄河内蒙古地区的冷空气势力总体较弱，流凌封冻前气温持续偏高。 11 月中旬黄河内蒙古河段气温较常年（1970—2015 年，下同）偏高0～1 ℃，11 月下旬气温较常年偏高1 ～3 ℃。 受12月初强冷空气持续影响，12 月4 日8 时，三湖河口至头道拐河段出现流凌，首凌较常年偏晚15 d。 7 日8 时，三湖河口水文断面上下游各1 km 处出现封冻，首封日期较常年偏晚5 d，封河当日平均流量580 m3／s［3］，封冻长度约2.5 km，性质为立封。 2019 年1 月1 日内蒙古河段封冻长度720 km（海勃湾水利枢纽坝址下游22 km 未封冻，封冻界面在三盛公水利枢纽上游65 km 处）；1 月18 日，封河上首位于银川市兴庆区头道墩上游2 km附近，黄河宁夏河段达到最大封河长度106 km（含交叉封冻河段40 km），宁蒙河段封冻达到最大长度786 km。

受气温回升影响，宁夏河段自2019 年1 月30 日起开始融冰解冻，2 月22 日15 时石嘴山水文断面解冻开河；内蒙古河段于3 月4 日平稳开河，3 月23 日宁蒙河段全线开河，封开河历时107 d，较常年偏少7 d。

开河过程气温平稳回升，开河形势平稳，各断面未出现凌峰，只有头道拐3 月19 日出现历时极短的1 000 m3／s凌峰流量。

3 凌情特点

3.1 流凌时间晚，封河速度快

12 月初影响内蒙古地区的冷空气势力强度大，影响范围广，持续时间长，4 日8 时，三湖河口至头道拐河段出现流凌，与2011 年并列为历史最晚。 7 日8时，三湖河口附近河段出现封冻，首凌到首封历时仅3 d。

封冻初期呈分段封冻态势，封河速度快。 多处弯道几乎同时封冻，顺直河段清沟快速封冻，封冻过程中水位未出现大幅壅高或降低现象。 12 月7 日首封至12 月12 日15 时，内蒙古河段累计封冻长度约571 km，平均每日封河100 多km。 此后受气温波动影响，封河发展缓慢，至2019 年1 月1 日内蒙古河段全线封冻，历时25 d，为2005 年以来最短历时。

3.2 区间来水多，封河流量大

2018 年11 月—2019 年3 月，黄河各主要来水区间来水整体较多年同期偏多20%，且来水偏多区间主要集中在上游。 其中：唐乃亥站来水量48.81 亿m3，较多年（1970—2015 年，下同）平均值偏多46%；兰州站来水量98.42 亿m3，较多年平均值偏多25%；石嘴山站来水量96.97 亿m3，较多年平均值偏多28%；头道拐站来水量86.27 亿m3，较多年平均值偏多25%。

11 月内蒙古河段流量较常年同期明显偏大，头道拐站11 月平均流量为829 m3／s，较多年平均值偏大58%；其余各站均偏大35%以上。 内蒙古河段封河流量大，三湖河口断面封河前3 d 平均流量为907 m3／s，较多年平均值偏大48%；封河当日流量为580 m3／s，较多年平均值偏大23%。

3.3 槽蓄水增量小，释放均匀

2018—2019 年度内蒙古河段最大槽蓄水增量为9.8亿m3（考虑水库的蓄泄情况），较多年平均值偏小23%，槽蓄水增量的变化过程如图1 所示。 其中：石嘴山—巴彦高勒河段约2.5 亿m3，巴彦高勒—三湖河口河段约3.5亿m3，三湖河口—头道拐河段约3.8 亿m3。

图1 2018—2019 年度内蒙古河段槽蓄水增量变化过程

12 月7 日三湖河口断面首封后槽蓄水增量迅速增加，至2019 年1 月19 日槽蓄水增量达到最大，之后开始缓慢释放，同时由上游河段向下游河段转移。 封河期气温较低，冰盖较厚，开河期气温回升较晚以及受分凌影响，开河动力不足，内蒙古河段开河速度较慢，槽蓄水增量均匀释放，未出现明显凌峰过程。

3.4 封河水位低、稳封期水位略偏高，冰下过流能力强

受上游来水、水库调控及封河态势影响，内蒙古河段封冻水位较常年总体偏低。 各水文断面封河当日水位与常年相比：巴彦高勒断面偏低0.2 m，三湖河口至包头河段偏低0.5 m，头道拐断面偏低1.2 m。

稳封期各断面水位与近年相比总体略偏高。 其中：巴彦高勒断面稳封期水位与近5 a 均值接近；三湖河口断面稳封期水位比近5 a 均值偏高0.3 m；头道拐断面稳封期水位比近5 a 均值偏高0.2 m。 三湖河口站近5 a 稳封期水位变化如图2 所示。

图2 三湖河口站近5 a 稳封期水位变化过程

3.5 各站均未出现明显凌峰过程，凌洪水量小

2019 年开河期，内蒙古河段各站均未出现明显凌峰过程。 头道拐站最大实测流量出现在3 月19 日8时57 分，为1 000 m3／s，较多年平均值偏小54%，为历史第二小。 包头站最大流量出现在3 月15 日20 时，为760 m3／s。 头 道 拐 站 开 河 最 大10 d 水 量 为6.75 亿m3，较多年平均值偏少33%。 头道拐站1987年以来凌峰流量和凌洪水量变化过程如图3 所示。

图3 头道拐站1987 年以来凌峰流量和凌洪水量变化过程

3.6 开河期流冰少，开河形势平稳

本年度开河前期气温稳定回升，槽蓄水增量均匀释放。 冰盖缓慢消融，开河过程中三湖河口以上基本无流冰，三湖河口以下有少量流冰，开河形势平稳，未出现凌汛险情。

4 成因分析

4.1 气温因素

宁蒙河段本年度流凌和封河关键期气温明显偏低，而开河期气温则较常年明显偏高。 受强冷空气影响，12月1—4 日内蒙古河段日平均气温下降10 ℃左右，4 日8 时三湖河口至头道拐河段全线流凌。 4—7 日黄河内蒙古地区气温明显下降，三湖河口至头道拐河段日平均气温下降16 ℃左右，三湖河口水文站日平均气温达-16.4 ℃，日最低气温达-19 ℃。 7 日8 时三湖河口水文断面上游1 km 处和下游1 km 处出现首封。

12 月7 日内蒙古河段首封后，至12 月12 日内蒙古河段气温持续在-13 ℃以下，封河速度加快。 受气温波动影响，12 月13 日起内蒙古河段封河发展速度放缓。至2019 年1 月1 日内蒙古河段全线封冻。

随着气温回升，2019 年1 月30 日宁夏河段开始解冻开河。 2 月下旬宁蒙河段气温均较常年明显偏高，22日15 时石嘴山水文断面解冻文开。 随着气温回升明显，内蒙古河段开河速度加快，3 月4 日10 时巴彦高勒水文断面解冻文开；3 月上中旬内蒙古河段气温平稳回升，磴口、包头和托克托3 个气象站上旬气温较常年同期偏高1.8～4.4 ℃，中旬气温较常年同期偏高1.8～3.7 ℃。3 月23 日，黄河宁蒙封冻河段全线开河。

4.2 上游来水

本年度凌汛期黄河上游来水偏丰，宁蒙河段凌汛期来水量较常年偏多20%～30%，内蒙古河段流量较大。 其中：石嘴山至巴彦高勒河段稳封期流量为500～600 m3／s，巴彦高勒至头道拐河段稳封期流量维持在600 m3／s 左右。

11 月下旬封河前石嘴山至三湖河口河段流量基本维持在850 m3／s 以上。 本年度为大流量封河，三湖河口、包头、头道拐断面封河前3 d 平均流量分别为907、863、327 m3／s。

4.3 水库调度

本年度凌汛期，水库调度按照防凌调度预案，分别采取“上控、中分、下泄”、稳定河段流量、减小凌汛风险等措施，科学调度干流骨干水库，为各河段平稳封开河创造有利条件，确保黄河防凌安全。

2018 年11 月份刘家峡水库月平均出库流量860 m3／s（小川站），其中：11 月上旬调度主要考虑满足宁蒙河段秋浇冬灌和水库发电需求，同时兼顾预留防凌库容要求控制水库下泄流量，出库流量按1 200 m3／s控制；11 月中下旬调度主要考虑区间来水、宁蒙冬灌引水及退水情况，按宁蒙河段设计封河流量控制水库泄流。 2018 年12 月至2019 年3 月调度，主要控制刘家峡水库出库流量均匀及河道槽蓄水增量变化，以适应河道小流量过程的演变规律，同时兼顾兰州市枯水期城市供水安全。 刘家峡水库2018—2019 年度凌汛期库水位和日均出库流量过程如图4 所示。 根据报汛资料，2018 年11 月至2019 年3 月，刘家峡水库实际泄水总量80.17 亿m3，较预案值（77.16 亿m3）偏多3.01 亿m3，较龙刘水库联合调度运用以来均值偏多12.86 亿m3。

图4 刘家峡水库2018—2019 年度凌汛期库水位和日均出库流量过程

海勃湾水库凌期的调度，主要是根据内蒙古河道凌情和水情实时调度。 对入库流量进行短期的实时调节，在封开河时期对入库流量采取“多蓄少补”的调度原则。 封河前，留有一定库容作为应急调节之用；开河前，腾出应急防凌库容，根据内蒙古河段凌情变化情况，配合刘家峡水库进一步压减下泄流量。

万家寨水库调度根据防凌调度预案进行：封河期，控制水库水位在970 m 左右；稳定封河后，逐步抬高水位至975 m 控制运行；开河期，降低水库水位至970 m；遇特殊凌情，随时降低水库水位。

4.4 分凌区分凌

2019 年黄河开河期，当开河发展至三盛公水利枢纽附近时，启用内蒙古应急分洪区，分引三盛公水利枢纽以上河段开河释放的槽蓄水量，控制三盛公水利枢纽下泄流量，减轻下游河段防凌压力，为下游河段槽蓄水量平稳释放和顺利开河创造条件。 2 月27 日18 时河套灌区及乌梁素海分凌区开始分凌，3 月5 日开河至巴彦高勒河段后分凌流量达到200 m3／s。 乌兰布和分凌区、杭锦淖尔分凌区和小白河分凌区分别于3 月1 日、3 月5 日和3 月8 日开始分凌，至3 月22 日8时，4 个分凌区累计分凌4.302 亿m3。 受分凌影响，巴彦高勒至三湖河口河段流量较小，内蒙古河段槽蓄水增量均匀释放，各断面未出现明显凌峰，头道拐站开河凌峰流量较小，头道拐站开河最大10 d 水量较小。

4.5 河道边界条件

2018 年汛期，受黄河上游干支流来水持续偏多影响，黄河上游先后出现了3 场编号洪水，黄河宁蒙河段高水位、大流量过程持续近3 个月，河道普遍冲刷，过洪能力明显增强［4］。 凌汛期河道条件较好，冰下过流能力强，主要表现为封河水位低，槽蓄水增量相对较小。

由于河道条件好，封冻期水量基本在河道主槽运行，滩地及大堤偎水少，因此稳封期水位略偏高。 整个开河过程中表现为主槽先行拉通、流冰少，槽蓄水增量分段、缓慢释放，开河形势平稳。 三湖河口至头道拐断面开河流量均较小，没有形成大的凌峰流量。

5 结 语

（1）2018—2019 年度凌汛期宁蒙河段凌情的主要特点：流凌封河期气温偏低，开河期气温偏高；流凌时间晚，封河速度快；黄河上游来水明显偏多，封河流量大；内蒙古河段封河水位低、稳封期水位略偏高，冰下过流能力较强；河道槽蓄水增量较小，且释放均匀；未出现明显凌峰过程，凌洪水量小；整个凌汛期凌情平稳，未出现凌汛险情。

（2）形成本年度凌情发展形势的主要因素有气温、上游来水、水库调度、分凌区分凌及河道边界条件等。

（3）采取“上控、中分、下泄”、稳定河段流量、减小凌汛风险等措施，科学调度干流骨干水库，适时启用分凌区，可为各河段平稳封开河创造有利条件，确保黄河防凌安全。

（4）在防凌安全基础上，综合考虑各种因素，科学合理设定宁蒙河段封河流量，对充分发挥水资源效益具有十分重要的意义。