雷 鳴，高治定

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，鄭州450003）

1 冰情概況

2007～2008年凌汛期，黃河寧蒙河段于2007年11月27日開始流凌，12月11日9時在黃河萬家寨庫尾的呼和浩特市清水河縣曹家灣河段出現(xiàn)首封，2008年2月13日達到最大封凍長度940km，至3月26日寧蒙封凍河段全線開通，封河歷時106d。

凌汛期冰情的主要特點：

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

表1 2007～2008年寧蒙河段各站流凌及封、開河特征值統(tǒng)計表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）冰情嚴(yán)重。寧夏河段 （青銅峽水庫以下）、內(nèi)蒙古河段最大封河長度分別為170、680km是近40a之最。封凍冰蓋偏厚，石嘴山、巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站最大冰厚分別為42、75、60、67cm，出現(xiàn)在2月中下旬，其中，巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站分別比20世紀(jì)90年代均值偏厚21、5、10cm。寧夏河段石嘴山至青銅峽河段河心冰厚0.2～0.35m，河灘地冰厚0.4～0.5m，最大為陶樂河段。

3）封河期局部河段冰塞嚴(yán)重，內(nèi)蒙古部分河段水位持續(xù)偏高，加之三湖河口站下游約10km處出現(xiàn)堵冰現(xiàn)象，三湖河口站流量逐漸增加，水位出現(xiàn)持續(xù)上漲。自1月25日流量580m3／s，水位1 020.84m，超過了歷史最高水位（1 020.81m，2006年3月4日），3月18日三湖河口站水位1 020.86m，相應(yīng)流量820m3／s，至3月20日2時30分三湖河口水位升至1 021.22m，相應(yīng)流量1 640m3／s，較歷史最高水位高出0.41m，見圖1。另外，在烏達、海渤灣區(qū)也出現(xiàn)冰塞壅水險情。

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

4）開河期寧夏河段與內(nèi)蒙巴彥高勒以上及包頭以下河段開河平穩(wěn)，未出現(xiàn)大的凌峰，而三湖河口至包頭河段6處冰壩壅水，險情頻發(fā)，見表2。3月20日1時50分和3時45分鄂爾多斯市杭錦旗獨貴特拉奎素段黃河大堤先后發(fā)生兩處潰堤，兩個潰堤口門相距約1km，其中首先潰堤的東口門最大寬度＞100m，西口門最大寬度＞60m，淹沒面積106km2，受災(zāi)3 885戶，受災(zāi)人口1.024 1萬人，受災(zāi)耕地0.54×104hm2……總經(jīng)濟損失9.35億元。這是多年來損失比較嚴(yán)重的一次凌汛災(zāi)害。

表2 2007～2008年凌汛內(nèi)蒙古河段卡冰結(jié)壩情況Table 2 Ice jamming and dam forming situation at Inner Mongolia Reach occurred during the ice flood period in 2007－2008

2 凌汛形成的水文氣象條件

1）河道淤積日趨加重，平灘水位過流能力減小，流凌不暢，易卡凌堵塞、結(jié)壩。根據(jù)寧蒙河段1962～2004年河道地形5次實測資料計算（簡稱斷面法），結(jié)合沙量平衡法計算成果表明：1986年11月～2004年10月為龍劉水庫聯(lián)合運用時期，在此期間青銅峽水庫采取不定時的拉沙，由于上游來水偏枯，再加上龍劉調(diào)蓄，汛期平均流量僅900 m3／s。流量過程均勻，中小水持續(xù)歷時長，河道發(fā)生淤積。下河沿～青銅峽河段沖淤基本平衡，壩址以下河段淤積嚴(yán)重，青銅峽～石嘴山河段平均淤積量為0.093×108t／a，平均淤積厚度為0.014 m／a；上世紀(jì)80年代寧蒙河段平灘流量為3 000～4 000m3／s，目前，巴彥高勒～三湖河口河段平灘流量僅為1 500m3／s，局部不足1 000m3／s，三湖河口～頭道拐河段的平灘流量約為2 000m3／s，局部不足1 500m3／s。由于平灘流量較小，河勢擺動加劇，輸水、輸冰能力減弱，封開河期卡凌堵塞、結(jié)壩頻發(fā)，嚴(yán)重威脅防凌安全。

此外，河道內(nèi)大量河道控導(dǎo)工程、浮橋、跨河大橋等河道工程興建，易形成凌水堵塞。目前巴彥高勒～頭道拐河段主要河道工程數(shù)量眾多，跨河大橋在巴彥高勒～頭道拐區(qū)間11座，頭道拐以下至喇嘛灣區(qū)間5座。這些工程大都修建在河道彎道或河面較窄處。水流受控導(dǎo)工程導(dǎo)流作用和浮橋兩岸引橋、跨河大橋橋墩阻水影響，河道水流集中，河面窄，過流能力降低。容易在河道控導(dǎo)工程等河面狹窄處形成冰壩，造成水位壅高，堤防吃水，甚至潰堤，嚴(yán)重威脅防凌安全，如包神鐵路橋就是一個冰凌易堵塞之處。

本年度冰凌堵塞最為嚴(yán)重的河段就是位于三湖河口水文站下游約10km河段處，在黃斷037～038之間，是一個大的彎道，其下游側(cè)河道分叉，且有大的河心灘，是冰凌易于堵塞的河段。

2）凌汛期氣溫出現(xiàn)較異常的時空分布，主要特點為：寧夏河段與內(nèi)蒙古上段河段偏冷，內(nèi)蒙古河段下段偏暖；氣溫變幅大，冷暖變化幅度劇烈，遭遇區(qū)域性長時段強降溫過程和高溫時段。具體表現(xiàn)：①整個凌汛期累積負(fù)氣溫看，寧夏河段偏冷，銀川累積負(fù)氣溫達－679℃，為近30a冬季之最，磴口站累積負(fù)氣溫－826℃，為1986年來第二冷年，尚不及2004～2005年，1954～2003年均值均為－737℃，而包頭該年度累計負(fù)氣溫－867℃，而多年均值－904℃，是偏暖的；②流凌、封河前期氣溫偏高，銀川、蹬口、包頭三站11～12月氣溫較常年同期偏高1.5～2.9℃；③封河后期氣溫長時段持續(xù)偏低，為歷史少見。1月、2月三站平均氣溫偏低2～4℃，特別是銀川站2月平均氣溫為近30a最低；④開河期氣溫異常偏高，且蹬口以上河段升溫幅度大于其下段。2月下旬起氣溫回升快，較多年平均偏高2.2℃，3月寧夏、內(nèi)蒙河段上段月平均氣溫偏高4℃左右，而包頭偏高3.1℃。各站在3月上、中旬氣溫增幅要更大些，其中蹬口分別高出4.1℃、5.0℃，包頭高出3.5℃、4.8℃。

3）凌汛期上游來水大小與過程的變化在常見范圍內(nèi)。根據(jù)蘭州站12月～3月上旬來水統(tǒng)計，2007～2008年凌汛段平均量為47.0×108m3，較1999～2007年凌汛段同類均值大7.3%，小于蘭州1999～2000、2004～2005凌汛年度同期水量；比1986～1998凌汛年度相應(yīng)均值?。?.8%。從12月至2月上旬流凌、封河期逐旬平均流量過程看，2007～2008年蘭州下泄流量較近9a均值偏大，略大于1986～1998年逐旬量，為近9個年度第二大。從2月中旬進入開河期看，2008年2月中旬出現(xiàn)一個流量低值段，但從2月中、下旬兩個旬看，明顯小于1986～1998年平均情況，而與1999～2007年平均情況相當(dāng)；而2007～2008年3月上、中旬平均流量較2月下旬平均流量削減量達70m3／s左右，而其他兩個年段平均削減量在50m3／s左右，表明2008年3月上、中旬，水庫調(diào)控力度還是比較大的。總之，2007～2008年凌汛期上游龍劉水庫基本上按照由大至小，緩慢平穩(wěn)遞減，開河期增加控泄力度的調(diào)度原則來進行流量控泄的。

表3 蘭州站2007～2008年12月～3月上旬逐旬平均流量與不同年段均值比較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

本年度凌汛期上游來水在保持在近20多年來調(diào)控范圍內(nèi)，但在目前河段淤積加重，以及跨河建筑物不斷增加的不利河道條件下，又遇較嚴(yán)重的不利氣溫時空分布，三湖河口～包頭部分河道冰塞、冰壩壅水仍比較嚴(yán)重，導(dǎo)致開河時出現(xiàn)堤防潰決的情況。從綜合流量、氣溫、河道等影響凌汛因素的相互關(guān)系看，該年度凌汛形勢較嚴(yán)峻情況出現(xiàn)也并非偶然，可簡要歸納為以下幾點：

1）頭道拐站封凍后冰下過流能力小、且恢復(fù)緩慢，為全河段封河期冰塞發(fā)展、槽蓄水增加大，以及開河期出現(xiàn)嚴(yán)峻凌汛形勢提供了重要條件。由表4可見，頭道拐站在封河前流量偏大的條件下，封河后初期階段及整個封河期冰下過流量比較小，封河后不同時段平均過流能力較90年代平均情況小得較多，與近9a平均情況相當(dāng)，表明2007～2008年度在封河期頭道拐冰下過流能力小的情況是趨勢性變化的結(jié)果。另外，結(jié)合斷面水位變化情況看，該年度封河期平均水位988.02m，僅比近9a封河期平均水位高0.12m，這表明頭道拐過流能力減小的直接原因不是該斷面本身堵塞問題，而是嚴(yán)重堵塞地點最下端還在頭道拐斷面以上所致。

2）寧蒙河段槽蓄水增量大，且 “寧夏河段與三湖河口～頭道拐河段增幅突出”，出現(xiàn)時間靠后，為開河期下段冰壩形成較多提供了有利的水量條件。

本年度石嘴山～頭道拐河段最大槽蓄水增量約為16.95×108m3，出現(xiàn)在3月4日，為1986～2007年段均值的1.46倍。石～巴、巴～三、三～頭河段本年度最大槽蓄水增量分別為3.12×108、5.63×108、11.34×108m3，為1986～2007年段相應(yīng)均值的比例分別為0.89、0.99、2.21倍。該年度寧夏河段最大槽蓄水量3.90×108m3，出現(xiàn)在2月17日，為1986～2008年段均值的2.39倍，為近40a第二大。

從時程分布上來看，在各河段封河初期增加迅速，之后槽蓄水增量比較緩慢平穩(wěn)增加，隨著自上而下，分段開河，槽蓄水量向下游河段聚集，直至3月上旬隨著寧夏河段解凍開河，寧夏河段槽蓄水增量逐漸轉(zhuǎn)入內(nèi)蒙古河段，同時內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量開始緩慢釋放，故三～頭段及石～頭段，到3月上旬才相對穩(wěn)定，達最大槽蓄水增量，相對常年最大槽蓄水增量出現(xiàn)時間較晚，且持續(xù)時間較長。3月中旬前期內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量釋放緩慢，后期開始集中釋放 （圖略）。

表4 頭道拐站2007～2008年與各年段平均情況下封河期不同時段最小過流量Table 4 Minimum discharge for different time intervals during the freeze－up period averagely occurred in 2007－2008and others years

綜合分析本年度槽蓄特點，主要由較大來水過程情況下，封河形勢和氣溫特點造成：受本年度頭道拐在整個封河期冰下過流量持續(xù)偏小影響；氣溫是上段總體偏冷異常，而變化過程看是前高又低最后又高，變化劇烈，尤其1月下旬以后氣溫持續(xù)偏低，零下20℃左右的氣溫持續(xù)20d左右，造成封凍河段長，封凍河段冰層厚，冰下冰花增多，過流能力降低，河道槽蓄水量增大，水位壅高，且槽蓄水量分布不均勻。

3）在各河段先后封河階段上游來水較大條件下，在三湖河口以上河段形成幾次明顯流量波動，加上封河后又遇持續(xù)強低溫過程，加重封河期分段冰塞壅水，特別是為三湖河口上下河段嚴(yán)重冰塞提供了有利條件，同時也為開河期冰壩壅水形成提供有利冰量條件。

由圖2可見，三湖河口站封河期內(nèi)明顯出現(xiàn)的流量波動有3次，第一波是在12月中旬該站封河前5日平均流量為584m3／s，14日封河當(dāng)日流量減小為245m3／s，16日達最小值為229m3／s，1月3日升至峰值達540m3／s；第二波是1月8日又減小到低谷值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，呈更小波動變化，至3月14日升至684m3／s后，迅速增加至20日達1 530m3／s，21日開河流量1 440m3／s，24日跌至500m3／s。

由該圖還可見，流量第一波峰出現(xiàn)時，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，波峰出現(xiàn)時水位又增至1 020.84m；流量第三波谷、峰水位也相應(yīng)在1 020.5～1 020.8m區(qū)間變動，之后也在這個范圍內(nèi)緩慢起伏變化至開河前夕。3月17日隨流量突增至785m3／s，相應(yīng)水位1 020.79m，至20日流量最大時，水位也升至1 021.14m。

由圖2可見，三湖河口流量的3次波動，除第一波三湖河口站封河后冰凌堵塞程度變化外，其它兩次波動顯然與巴彥高勒、石嘴山先后封河所形成的小流量過程形成的波動的連鎖反應(yīng)。

圖2 2007～2008年凌汛期內(nèi)蒙古4站逐日流量過程Fig.2 Hydrograph of daily average discharge at four stations in Inner－mongolia during the ice flood period in 2007－2008

對比圖1與圖3，一個非常有重要啟示意義的現(xiàn)象，就是巴彥高勒與三湖河口均存在流量的波動與水位波動的相一致關(guān)系，只是巴彥高勒站因封河引起的流量波動數(shù)比三湖河口站少一個。而且在流量波動中引起的水位波動呈增加的趨勢，其前后差異明顯小于三湖河口。該情況表明，這種流量的波動，帶來水位增加，是在上游來水緩慢遞減過程中出現(xiàn)的。

這種情況表明，封河期間流量波動過程，帶來水位變化過程中，進一步增加了河段冰塞壅水程度。故水位波動 （達一定幅度）帶來河段冰凌有向下游河段聚集加強的作用，導(dǎo)致冰塞壅水程度增加，顯然內(nèi)蒙古上段1～2月中旬封河期冰塞加強與現(xiàn)今河道淤積堵冰狀況，以及該期間較異常寒冷有關(guān)。因此，在寧蒙河段封河期的前半段中，適時調(diào)整上游來水過程，控制各河段因封河造成的流量波動幅度，對減輕重點河段冰塞壅水程度，特別是削減三湖河口附近目前封河期水位特高不下的局面應(yīng)予重視。這為水庫防凌調(diào)度提出了新的問題與要求。

圖3 2007～2008年凌汛期內(nèi)蒙古巴彥高勒站逐日流量、水位過程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）不利的開河形式，為開河時三湖河口下游河段堤防潰決提供了觸發(fā)條件。目前，從開河期水庫防凌調(diào)度需要出發(fā)，進一步探討有效的定性、定量指標(biāo)體系，全面衡量開河形勢是否安全，仍是一個值得研究的問題。2007～2008年開河期三湖河口以下河段出現(xiàn)的凌汛決堤潰口情況，除封河期三湖河口附近河段冰塞壅水嚴(yán)重，持續(xù)高水位至開河前夕，又有巴彥高勒～三湖河口河段槽蓄水增量急劇釋放，使三湖河口流量急劇加大、水位再度升高。由表5可見，由于巴彥高勒～三湖河口河段開河前2d始，至開河日，3d內(nèi)河段槽蓄水增量釋放，使三湖河口流量逐日增量達439、1 116、1 108m3／s，致使開河前的20d出現(xiàn)凌峰流量，達1 650m3／s，而同時三湖河口瞬時最高水位1 021.22m，日平均水位達1 021.11m，為本凌汛年度最高日平均水位，較18日增高0.25m，較16日增高0.41m。這種開河前夕，流量劇增，帶來水位劇增，這樣隨即發(fā)生的開河，較大凌峰流量提供搬移大量冰凌能力和冰凌聚堵能力，同時因主河槽冰凌下泄過程中，必然導(dǎo)致較高灘區(qū)部分岸冰破碎，同時進入河槽下泄，這樣將明顯增加三湖河口開河時下泄冰凌量，為三湖河口下游易堵塞河段提供了充分冰凌條件。故開河前夕河段槽蓄水增量急劇釋放，且達到一定數(shù)量，同時在水位急劇升高過程中出現(xiàn)的開河形勢，是對防凌不利的開河形勢。由表5還可見，開河前三盛公雖分水，但效果有限。另外，中和西段以下4個冰壩形成情況與三～頭段槽蓄水增量大、出現(xiàn)時間晚，以及3月中旬氣溫急劇升高等情況有關(guān)。

表5 巴彥高勒～三湖河口河段開河前后逐日槽蓄水增量釋放量Table 5 Release amount of daily channel－storage increment at the Bayangaole－Sanhuhekou Reach occurred around the break－up date

4 結(jié) 論

本年度出現(xiàn)嚴(yán)重凌汛災(zāi)害有其必然性。這主要是內(nèi)蒙古巴彥高勒以下河段淤積日趨嚴(yán)重，跨河工程興建較多，以及不少河段河道形態(tài)不利于冰凌輸移。頭道拐站該年度封河期冰下過流能力統(tǒng)計表明，內(nèi)蒙古下段冰下過流能力較90年代有較大幅度削減，出口明顯不暢，堵水、堵冰嚴(yán)重。另外，上游蘭州12月至3月上旬下泄水量47.0×108m3，其總量與過程尚屬近10a一般情況，加上凌汛期氣溫上段總體偏低、下段略偏高，但仍較嚴(yán)寒，故綜合因素形成最大槽蓄水增量達16.95×108m3，為40a次大年份。這樣偏大的槽蓄水增量為三湖河口上下河段封河期持續(xù)高水位形成提供了必要的水量條件，也為開河期凌汛災(zāi)害形成埋下了隱患。

本年度開河期三湖河口以下河段形成的凌汛災(zāi)害尚存在一定突發(fā)因素，主要是凌汛期氣溫過程變化是前高又低最后又高，變化劇烈，封河后期較嚴(yán)寒的低溫過程下，開河期出現(xiàn)急劇升溫過程，雖然從3月上、中旬水庫削減下泄流量70m3／s，且3月10日～23日三盛公水利樞紐還進行分水，但三湖河口站在開河前夕仍連續(xù)兩天槽蓄水增量釋放量達1 100m3／s以上，使開河前日、開河日2d平均流量均＞1 680m3／s，是形成三湖河口以下河段凌汛決口的直接誘因。

本年度在上游水庫正常防凌調(diào)度方式下，同時開河前還采取分水防凌補充措施，但在現(xiàn)狀河道過流能力減小情況下，遇到較不利的氣溫變化過程時，并未避免凌汛災(zāi)害發(fā)生，為此需要進一步總結(jié)該年水庫防凌作用與不足。

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