伊敏河開河方式分析

王文華，邢子豐，劉建榮

（1.呼倫貝爾市水文勘測局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021000；2.呼倫貝爾市水利局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008）

1 流域概況

1.1 自然地理

伊敏河位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市西南部，是海拉爾河左側(cè)的一級(jí)支流。它發(fā)源于大興安嶺蘑菇山北麓，河長389.5 km，流域面積22 725 km2。河谷呈U型，河寬20～50 m，谷寬1～4 km。平均比降0.213%，為凌汛融雪徑流的主產(chǎn)流區(qū)。紅花爾基以下，河流進(jìn)入丘陵和草原，河谷逐漸開闊，河寬50～80 m，谷寬5～10 km，平均比降0.086%。由于河道比降逐漸平緩，水流的下切力變?nèi)?，旁蝕力加強(qiáng)，河道迂回彎曲，彎曲系數(shù)達(dá)3.0。流域內(nèi)支流多分布于右岸，自上而下較大支流有維納河、葦子坑河、錫尼河等。左岸的中上游河段沒有支流匯入，只在下游巴彥托海鎮(zhèn)南10 km處有輝河匯入。輝河是伊敏河的最大支流，河長437 km，流域面積11 506 km2，比降0.051%。流域內(nèi)多為沙丘和沼澤洼地，滯緩徑流，水蝕不發(fā)育，除上游和下游段有較明顯河床外，中游河段并無明顯河床，多為沼澤濕地，雜草叢生，盛產(chǎn)蘆葦。由于地形及輝河濕地調(diào)節(jié)的原因，春季開河期間匯入流量較小。

1.2 氣候特征

伊敏河流域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，由于緯度偏高加之大興安嶺山脈的阻擋，來自太平洋東南季風(fēng)很難深入到該流域，同時(shí)也使來自西伯利亞的寒流受到阻擋，因而形成冬季寒冷漫長，夏季溫涼短促，春季干燥風(fēng)大，秋季氣溫驟降，霜凍早。根據(jù)海拉爾氣象站資料：多年平均氣溫-1.6℃，歷年最高氣溫36.7℃，歷年最低氣溫-48.5℃。多年平均降水量351.6 mm，多年平均蒸發(fā)量1 083.0 mm，多年平均風(fēng)速3.2 m/s，常年盛行南風(fēng)。多年平均無霜期為88 d，初霜最早日期8月27日，終霜最晚為5月27日。歷年最大凍土深2.42 m。

2 春季徑流的特點(diǎn)

由于特殊的地理位置和氣候條件，春季洪水是大興安嶺北部河流年水情中固有的特征，由冬季積雪迅速融化形成。

伊敏河春季進(jìn)入4月份隨氣溫的轉(zhuǎn)正回升，流域內(nèi)積雪開始融化匯入河槽。開始時(shí)以冰上水的形式出現(xiàn)，這一時(shí)期如遇到降溫天氣，則出現(xiàn)層冰層水的現(xiàn)象。隨著氣溫的繼續(xù)回升，河槽水量不斷增加，在氣溫及冰上水和底水的作用下，主流冰蓋上下貫通，將整塊冰體分割。當(dāng)冰上水達(dá)到一定水深，一般紅花爾基站流量達(dá)到200 m3/s、海拉爾站達(dá)到300 m3/s以上時(shí)，在水流動(dòng)能的拉力和浮力的抬升作用下，使伏在河底的底冰浮起，隨河水下泄，造成武開河形勢(shì)。如果沒有一定的流量和高水位，底冰不會(huì)浮起，將隨氣溫的回升繼續(xù)融化。而隨著上游積雪的逐漸融化，補(bǔ)給將維持一定量而不再有更多的增加，槽蓄水量也不會(huì)有較大的變化。隨著時(shí)間的推移和水量的下泄，沒有一定的水流作用，底冰不會(huì)迅速而集中的浮起。如果此次流量峰值過后，水位下降，底冰不能浮起，就只能緩慢消融，冰厚較大時(shí)，會(huì)推遲開河日期，而出現(xiàn)文開河形勢(shì)。這一現(xiàn)象所造成開河形勢(shì)與其它地區(qū)有所不同。

伊敏河由于河槽下切深度淺，加之氣候寒冷，凍土層較深，封凍期徑流主要來自深層土壤水及河網(wǎng)退水。因此，冬季實(shí)際徑流量很小，易出現(xiàn)連底凍而產(chǎn)生河道斷流現(xiàn)象，也是這一地區(qū)中小河流的特點(diǎn)。

伊敏河春季多年平均徑流量占年徑流量的28.0%，個(gè)別年份甚至達(dá)到80%，開河時(shí)為自上游到下游的形式出現(xiàn)，一般4月中旬開河，容易形成冰塞或冰壩。洪水特點(diǎn)為峰高量大，多為全年最大流量。伊敏河出現(xiàn)武開河時(shí)，流冰塊大而堅(jiān)硬，寬度可占河寬的5/10～8/10，冰塊長達(dá)數(shù)10 m至100 m以上，冰厚達(dá)1.0 m左右，最大冰速2.27 m/s。當(dāng)冰塊流至淺灘、卡口、急彎、橋梁、狹窄等處堆積起來易形成冰壩，嚴(yán)重威脅兩岸生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3 影響開河方式的主要因素

所有春季徑流形成的因素，可以分為兩類：相對(duì)穩(wěn)定的自然地理因素和可變的水文氣象因素。屬于第一類的有：流域的面積、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件、地形以及河網(wǎng)密度和分布、地面和河床坡降、土壤和植物覆蓋、流域的湖泊率和沼澤率。屬于第二類的有：積雪、蓄水量、降水（數(shù)量和強(qiáng)度）、決定融雪強(qiáng)度和蒸發(fā)的熱交換、流域的吸水率。此外，人類活動(dòng)改變了徑流形成條件，也給予徑流一定的影響。這些可變因素，最終決定徑流和其它洪水要素的變化。

3.1 自然地理因素的影響

每一個(gè)徑流過程的性質(zhì)都取決于流域的自然地理?xiàng)l件。伊敏河屬大興安嶺北麓山地流向呼倫貝爾高平原的河流，紅花爾基以上，山勢(shì)陡峭，河道比降較大，植被為原始次生林，雪量損失較小。如氣溫轉(zhuǎn)正，回升梯度較大，會(huì)以坡面徑流的方式匯入河網(wǎng)，在雪儲(chǔ)量較大的情況下，會(huì)匯集產(chǎn)生短歷時(shí)或瞬時(shí)較大流量。中下游地勢(shì)平緩，河谷寬闊，多沼澤濕地與牛軛湖，為草原植被。正常年份2，3月份氣溫平穩(wěn)回升，雪貯量損失較大。另一方面草原性地區(qū)，地勢(shì)平緩，閉流區(qū)較多，融化的雪水主要通過地下徑流的方式補(bǔ)給河流，匯流時(shí)間長，相對(duì)上游來水產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。因此主產(chǎn)流區(qū)位于上游山區(qū)，下游雪量對(duì)開河水文情勢(shì)影響不大。

3.2 水文氣象因素的影響

3.2.1 蓄水量

伊敏河屬于封凍河流,一般在11月上旬封河，封河水位較低，槽蓄水量一般不大，封河日流量為0.76～53.6 m3/s。退水歷時(shí)較長，地下水補(bǔ)給量小，再加冬季寒冷氣溫低，隨著氣溫的下降，冰層逐漸增厚。根據(jù)流域內(nèi)1957～2009年各站冰情資料統(tǒng)計(jì)，多年平均最大冰厚1.10～1.35 m，歷年最大冰厚1.15～2.1 m，平均封凍天數(shù)157～166 d。整個(gè)封凍期流量可降至1.0 m3/s，甚至出現(xiàn)連底凍而斷流現(xiàn)象，多發(fā)生在12月下旬至開河前3月底以至4月上旬。因此，封河流量的大小，反映了河槽的底水儲(chǔ)量與冰厚大小，是春季開河的重要水源。冰下過水能力的大小，不是影響開河形勢(shì)的主要原因。

3.2.2 封凍期降雪量

經(jīng)分析：去冬今春若累積降雪量在60 mm以上且4月上旬氣溫偏冷而中旬偏暖回升梯度大的情況下，在太陽輻射熱量作用下，積雪迅速融化，加上槽蓄水量一致涌下，則有可能出現(xiàn)中水以上的開河流量，也才具備有可能出現(xiàn)武開河形勢(shì)的條件。若上旬偏暖氣溫回升迅速，中旬偏冷，將延長開河歷時(shí)，消減可能出現(xiàn)的最大流量峰值，對(duì)開河形勢(shì)有利。3月平均氣溫偏高，使流域內(nèi)積雪一部分提前融化蒸發(fā)，減小上游來水量，降低流量峰值，對(duì)開河形勢(shì)有利。

3.2.3 氣溫

氣溫是能夠反映熱力因素最直接的參數(shù)，它的變化可以反映出流域下墊面上水體的受熱情況，主要是冰層和積雪受熱情況。伊敏河流域是典型的在（氣溫）太陽輻射熱作用下，從四月上旬開始隨氣溫逐漸回升，上游積雪融化產(chǎn)生一定量的來水，轉(zhuǎn)化為動(dòng)力因素。因此，就開河趨勢(shì)來說，除受冰雪貯量的影響外，要看氣溫轉(zhuǎn)正情況及氣溫回升的梯度。經(jīng)多年實(shí)地冰雪考察，隨4月10日左右氣溫回升，中下游地區(qū)積雪基本都已融化，一部分蒸發(fā)損耗掉，另一部分儲(chǔ)存地表土壤及低洼地帶。因該地區(qū)地勢(shì)平坦，隨著氣溫的持續(xù)回升，這部分水量也不會(huì)迅速匯入河槽，因此，對(duì)出現(xiàn)較大洪峰不會(huì)產(chǎn)生大的影響。而紅花爾基以上，由于森林茂盛，一般會(huì)有一定量的積雪存在，這部分積雪是在相應(yīng)的一定溫度下一定量的積雪，是可能產(chǎn)生較大洪峰的上游來水的主要來源。

總之，冰雪儲(chǔ)量及氣溫是形成武開河的必要條件，冰雪儲(chǔ)量是具備能量蓄積的基礎(chǔ)，氣溫的變化，決定冰雪量這種能量積蓄釋放的過程，從而改變著開河形式的性質(zhì)。

4 紅花爾基水利樞紐對(duì)開河方式的影響

紅花爾基水利樞紐工程位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市鄂溫克旗紅花爾基鎮(zhèn)東北2.0 km。該工程是伊敏河上唯一的控制性樞紐工程，總庫容3.222 9億m3，為大（2）型Ⅱ等工程。是一座以供水、防洪為主，兼顧防凌、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程。壩址以上控制面積5 364 km2，占伊敏河流域面積的23.8%。調(diào)節(jié)庫容14 775萬m3，防洪庫容5 305萬m3，調(diào)洪庫容14 994萬m3。2007年5月開工建設(shè)，2009年10月主體工程完工并落閘蓄水。

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市紅花爾基水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，防凌調(diào)度運(yùn)行方式為：在凌汛運(yùn)行時(shí)滿足供水要求的條件下，預(yù)測封河前加大泄量在小于或等于30 m3/s，使下游在小于或等于30 m3/s流量下形成穩(wěn)定冰蓋，穩(wěn)定封河后盡量保持下放流量在小于或等于10 m3/s范圍，保持冰下的水流暢通；在開河期間水庫至下游完全開河仍維持小于或等于10 m3/s的下泄流量，避免武開河絕大部分年份，當(dāng)下游形成冰塞時(shí)，水庫還可減小下泄量，當(dāng)庫水位超過汛限水位按防洪調(diào)度，避免發(fā)生凌汛災(zāi)害。

伊敏河流域多年平均徑流量11.3億m3，產(chǎn)流系數(shù)13.25萬m3/（km·a）；紅花爾基以上多年平均徑流量7.14億 m3，產(chǎn)流系數(shù) 5.02 萬 m3/（km2·a）。紅花爾基站以上多年平均徑流量占全流域的63.2%，產(chǎn)流系數(shù)是流域的2.6倍，4，5月徑流量占全流域的61.7%紅花爾基以上是伊敏河的主產(chǎn)流區(qū)。在1960—2009年實(shí)測資料中，海拉爾站出現(xiàn)300 m3/s以上流量20次，與之相應(yīng)的紅花爾基站出現(xiàn)200 m3/s以上流量15次，其余5次紅花爾基站流量也在100 m3/s以上。所以，紅花爾基斷面出現(xiàn)流量的大小與下游的開河形勢(shì)關(guān)系密切。紅花爾基、伊敏牧場、海拉爾站多年平均封河日流量為8.1，10.2，16.9 m3/s，封河期間紅花爾基水利樞紐加大流量，使多數(shù)年份天然條件下的水位有所增加，但保持一定的過水能力，也避免了連底凍造成的沿流水產(chǎn)生的冰厚增加，開河期間小于或等于10 m3/s的下泄流量，才是控制開河形勢(shì)的關(guān)鍵。

5 結(jié)語

位于伊敏河上游的紅花爾基水利樞紐工程，控制了本流域主要的融雪徑流形成區(qū)，它的攔蓄作用無疑會(huì)改變下游徑流的時(shí)空分布，從而改變了下游開河期間的水流條件，也就使伊敏河的開河形勢(shì)發(fā)生了改變?？傮w來說，在氣象條件相同的情況下，可以極大地降低了出現(xiàn)武開河的概率，對(duì)開河形勢(shì)是非常有利的。因此，紅花爾基水利樞紐制定科學(xué)合理的水庫調(diào)度運(yùn)行方案，對(duì)伊敏河形成有利的開河形勢(shì)有著重要的影響。

[1]蘇聯(lián)水文氣象委員會(huì)水文氣象科學(xué)研究中心；張瑞芳，等譯.水文預(yù)報(bào)指南[M].北京：中國水利水電出版社，1997：14-15.

[2]呼倫貝爾盟水文勘測大隊(duì).呼倫貝爾盟水文志[M].海拉爾：內(nèi)蒙古文化出版社，1992：30-31，83-84.