2009年黑龍江上游冰壩凌汛

張春紅，肖迪芳 ，王 英，夏仝升，廖厚初

（1.大興安嶺水文局，黑龍江 大興安嶺 165000；2.黑河水文局，黑龍江 黑河164300；3.哈爾濱水文局，黑龍江 哈爾濱 150000）

2009年4月，黑龍江上游出現(xiàn)了1895年以來的最早開江和突出的倒開江，造成自洛古河至呼瑪區(qū)間600km的江段上長時(shí)間的多處冰壩。冰壩特點(diǎn)是：開江早，倒開江突出，冰壩持續(xù)時(shí)間久，穩(wěn)定度高，形成冰壩江段長，均屬歷史罕見。

1 冰壩河段氣候和江道特點(diǎn)

2009年冰壩形成江段，為黑龍江上源氣候嚴(yán)寒，河流流向和河勢突出的江段。該河段上源有從低緯度流向高緯度的額爾古訥河和石勒喀河，在洛古河入?yún)R黑龍江，兩河總面積37×104km2，每年開江期都有強(qiáng)大的融雪、融冰和降雨徑流向黑龍江匯集而形成倒開江和武開江。在該河段的洛古河至呼瑪河口，有卡馬扎爾河（俄方），額木爾河、盤古河、呼瑪河等大支流匯入，區(qū)間面積10.8×104km2。此區(qū)間流經(jīng)山間區(qū)，冰蓋受熱解體滯后，臨界冰蓋強(qiáng)度大，極易卡塞形成冰壩。該河段河勢也獨(dú)具特性，如落差大，比降不穩(wěn)定，河道彎曲，分叉、島嶼、沙洲相連，河流流速、河寬、水深變化不連續(xù)和水流特性變化極不穩(wěn)定，由河流特性計(jì)算反映過流能力的綜合數(shù)K綜大都小于1。在開江期，由于區(qū)間融雪和降雨徑流集中匯入干流，極易形成疊加組成合型河床式冰壩。該河段歷來為冰壩多發(fā)河段，冰壩發(fā)生機(jī)率多在60%～80%之間。

在該河段，地形條件決定的小氣候也較為突出。一是開江前氣溫明顯偏低，冰蓋解體滯后，隨之又急劇升溫，并伴有降水過程，促成融雪、融冰，使開河形式上游先有于下游，支流先于干流，形成冰水流量以疊加組合形式向下游發(fā)展，促成倒開江和“武”開江而形成冰壩。歷年來，凡是出現(xiàn)嚴(yán)重冰壩凌汛的年份，氣溫多會出現(xiàn)“低、高、低”的過程。當(dāng)氣溫升高促成上游開江后，氣溫又急劇降至零下，使開江過程下游發(fā)展速度明顯減緩，致使出現(xiàn)的冰壩也趨于穩(wěn)定，因此冰壩持續(xù)時(shí)間很長。

表1 冰壩江段大型冰壩年漠河站水文氣象特征表

2 冰壩凌汛過程和特點(diǎn)

自4月1日起至4月12日，漠河站氣溫轉(zhuǎn)正連續(xù)上升。黑龍江上游包括額爾古訥河、石勒喀河和上游區(qū)間支流于4月13日至4月23日集中融雪匯入黑龍江。其中“額”、“石”兩河凌峰于4月13日進(jìn)入洛古河，促成該站當(dāng)日開江水位從90.00漲至98.07m，當(dāng)日上漲約7m并出現(xiàn)峰值，從13～16日，在斷面上下游卡塞形成冰壩。4月14日漠河解凍流凌，水位上漲5m。與此同時(shí)，北紅至開庫康形成冰壩，水位相應(yīng)上游漲6～8m，先后出現(xiàn)冰壩洪峰，至4月16～18日，鷗浦、呼瑪形成冰凌卡塞，4月14～25日，上游各站都處于高洪水位，北紅至呼瑪區(qū)間400km的江段，形成10處連體型大范圍冰壩。從4月14日，北紅冰壩形成至4月28日，興安、開庫康、鷗浦水位回落，冰壩持續(xù)時(shí)間最長為14d。

黑龍江上游冰壩多為河床阻塞型，這種類型的冰壩即是倒開江條件下，上游向下游演進(jìn)的冰水流量，在未解體的封凍冰蓋邊緣堆積聚集卡塞，使水位急速升高的現(xiàn)象。冰壩又多屬冰水流量疊加組合型，因此強(qiáng)度大，距離長，穩(wěn)定度高，持續(xù)時(shí)間久，漲落急劇。由觀測的該河冰壩期水位過程可以看出：除洛古河，漠河短時(shí)間卡塞壅水外，興安至呼瑪卡塞壅高水位時(shí)間多在5d以上，冰壩長度北紅下至馬倫之間（4月15日至4月25日），最長約80km。洪水漲落迅速，冰壩形成潰決時(shí)24h內(nèi)水位漲落都在2～5m 以上，依西肯4月22日冰壩潰決時(shí)，水位在12h內(nèi)降落4.8m，開庫康站 4月22日2點(diǎn)至8點(diǎn)，6h內(nèi)水位降落2.31m。這類冰壩另一個特點(diǎn)是過水能力很強(qiáng)，冰凌洪水從冰面冰下和河灘地向下游宣泄，并因受阻后發(fā)展形成新型冰壩，因此在同一時(shí)間內(nèi)有多處冰壩存在，有如梯級水庫，2009年在北紅至呼瑪約400km的河道上，同時(shí)有6處冰壩存在。

3 冰壩穩(wěn)定度和持續(xù)歷時(shí)估算

俄羅斯學(xué)者用靜力平衡表示的冰壩穩(wěn)定度公式為：

式中 H，B分別為水深與河寬，m；Q為流量m3/s。Г，M分別為系數(shù)，其中M為穩(wěn)定系數(shù)，Г為反映河槽水力特性的系數(shù)，可取0.26，穩(wěn)定系數(shù)為2.36左右。按式（1）推算興安、鷗浦2處代表站穩(wěn)定過程，如表2。

表中水深H，根據(jù)起漲水位或最低水位推算，Qc采用水位流量關(guān)系，由經(jīng)驗(yàn)改正系數(shù)K推求；冰壩期K采用0.1～0.3。由表2可見，興安冰壩14日至26日，冰壩穩(wěn)定于高水，穩(wěn)定系數(shù)M大于2.0，穩(wěn)定13d，鷗浦冰壩16日至26日持續(xù)11d，至4月22日三卡站解凍流凌后，興安至呼瑪冰壩從26日～29日先后潰決，江道暢通。全線冰壩從13日洛古河形成至鷗浦29日，最后一道冰壩潰決歷時(shí)16d。

表2 興安、鷗浦冰壩穩(wěn)定度計(jì)算表

4 冰壩成因

冰壩成因，除河勢和地理?xiàng)l件外，水文和氣象可變性水熱因素為冰壩的決定條件。從本年冰壩特點(diǎn)分析，其影響因素可概括如下：

（1）區(qū)域氣溫變化差異大。開江前黑龍江上游氣溫遠(yuǎn)高于下游，倒開江時(shí)間突出。洛古河、漠河開江日為114年資料中最早，倒開江最長的一年，4月13日洛古河開江時(shí)，下游的中興鎮(zhèn)、撫遠(yuǎn)一帶尚處于封凍狀態(tài)，洛古河站開江日期比歷年平均早17d，倒開江江段距離達(dá)1800km。

（2）前期河槽蓄水蓄冰量大。從前秋起上游漠河至呼瑪區(qū)域降水量明顯偏大，前秋10～12月，降水量占?xì)v年平均的150%～530%，尤其漠河站10月份，降水量達(dá)到102.6mm，超過了歷史記錄。11～2月份，降雪量為20～40mm，也遠(yuǎn)大于歷史平均值。秋冬雨雪偏大，增加了河網(wǎng)蓄水量，使開江期形成冰壩有充足的冰源和充分的融雪徑流量。例如，漠河、開庫康區(qū)域，封江水位比歷年高0.30～0.40m。

（3）冬春氣溫變化有利于冰壩形成。黑龍江上游冬春季氣溫相對較低，致臨開江期氣溫驟升，促成上游開江流凌和融雪徑流集中匯入后，氣溫又降至零下，致使冰壩解體滯后，冰蓋強(qiáng)度大，冰壩穩(wěn)定時(shí)間長。這種模式歷年大型冰壩年大體都是如此。

5 冰壩災(zāi)害

2009年度冰壩因臨界降雨量較少，其劇烈程度雖不及1960，1985年，但影響范圍大，沿江漠河、塔河、呼瑪3縣10個鄉(xiāng)，共有32個自然村受災(zāi)，受災(zāi)人口12188人，轉(zhuǎn)移2107人，直接經(jīng)濟(jì)損失8251萬元。其中漠河4鄉(xiāng)11個村屯，受災(zāi)916人，淹地1545.8hm2，房屋進(jìn)水26棟，損毀堤防2處4km，直接損失479萬元。

塔河縣有2鄉(xiāng)3個村屯受災(zāi)，人口189人，淹地480hm2，損壞堤防28處4.87km，護(hù)岸26處2.74km，直接損失1000萬元。

呼瑪縣有4鄉(xiāng)18個村受災(zāi)，受災(zāi)人口11083人，轉(zhuǎn)移1002人，過水耕地面積3173hm2，堤防受損6處，5.94km，損壞護(hù)岸7處，3.82km，直接經(jīng)濟(jì)損失6772萬元。

6 結(jié)語

黑龍江上游冰壩凌汛頻繁而劇烈，對沿江人民生命財(cái)產(chǎn)是一種嚴(yán)重威脅。由于冰壩形成機(jī)制的復(fù)雜性和冰壩的突發(fā)性，至目前為止，水文測報(bào)工作尚不能為防凌防汛提供有效服務(wù)，防凌工作也缺乏積極有效的舉措。為減免冰凌災(zāi)害，建議加強(qiáng)冰凌的研究，加強(qiáng)冰凌站網(wǎng)建設(shè)和管理，建立積極有效的冰壩凌汛預(yù)警系統(tǒng)，以增強(qiáng)防凌工作的時(shí)效。另外，黑龍江上游水能資源極為豐富，當(dāng)前中俄又已建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，希望根據(jù)1958年中蘇專家規(guī)劃，開發(fā)黑龍江水能資源，并以調(diào)節(jié)黑龍江水情和冰情，徹底根除冰壩災(zāi)害，造福子孫后代。

[1]肖迪芳等.嫩江上游冰壩成因及預(yù)防方法[J].東北水利水電，1997，（1）.

[2]張瑞芳譯.蘇聯(lián)河流冰情[M].北京：水電出版社，1980.

[3]肖迪芳，李桂芬.黑龍江冰壩預(yù)防方法的研究[C].北京：2008年加拿大國際冰工程學(xué)會論文匯編.