黃河寧蒙河段2018—2019 年度凌情特性分析

趙文榮，張 健

（1.黃河水利委員會 寧蒙水文水資源局，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.黃河水利委員會 水文局，河南 鄭州 450004）

1 引 言

黃河寧蒙河段位于黃河流域最北端，自寧夏中衛(wèi)市黑山峽入境，至內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗馬柵鄉(xiāng)出境，全長1 217 km。 其中，寧夏河段從黑山峽入境，至石嘴山麻黃溝出境，河段長397 km。 石嘴山以下河段是緯度最高的河段，也是黃河防凌重點(diǎn)河段，河道寬淺，淺灘彎道較多，主流擺動(dòng)大。 寧蒙河段大部分年份11 月中下旬開始流凌，12 月上中旬封凍，翌年3 月中下旬解凍。由于寧蒙河段地理位置特殊，因此封河從高緯度低氣溫的下游內(nèi)蒙古河段開始逐漸向上游寧夏河段發(fā)展，解凍開河則從寧夏河段向內(nèi)蒙古河段發(fā)展。 解凍開河時(shí)上游來水、來冰加上封凍期形成的河道槽蓄水增量沿程釋放，形成明顯的冰凌洪水，冰凌洪水在向下游演進(jìn)過程中，容易在急彎、淺灘或窄口處卡冰結(jié)壩，導(dǎo)致水位急劇上升，流量持續(xù)增大，威脅堤防安全，嚴(yán)重時(shí)會沖潰堤防，形成冰凌災(zāi)害［1-2］。

受自然因素與人類活動(dòng)影響，寧蒙河段每年封河開河日期、封河長度、封凍期槽蓄水增量等凌情都存在明顯差異，通過分析各年度凌情變化特性以及成因，可為寧蒙河段防凌減災(zāi)、水文預(yù)報(bào)和防凌調(diào)度預(yù)案制定等提供參考。

2 凌情概況

2018 年入冬以后影響黃河內(nèi)蒙古地區(qū)的冷空氣勢力總體較弱，流凌封凍前氣溫持續(xù)偏高。 11 月中旬黃河內(nèi)蒙古河段氣溫較常年（1970—2015 年，下同）偏高0～1 ℃，11 月下旬氣溫較常年偏高1 ～3 ℃。 受12月初強(qiáng)冷空氣持續(xù)影響，12 月4 日8 時(shí)，三湖河口至頭道拐河段出現(xiàn)流凌，首凌較常年偏晚15 d。 7 日8 時(shí)，三湖河口水文斷面上下游各1 km 處出現(xiàn)封凍，首封日期較常年偏晚5 d，封河當(dāng)日平均流量580 m3／s［3］，封凍長度約2.5 km，性質(zhì)為立封。 2019 年1 月1 日內(nèi)蒙古河段封凍長度720 km（海勃灣水利樞紐壩址下游22 km 未封凍，封凍界面在三盛公水利樞紐上游65 km 處）；1 月18 日，封河上首位于銀川市興慶區(qū)頭道墩上游2 km附近，黃河寧夏河段達(dá)到最大封河長度106 km（含交叉封凍河段40 km），寧蒙河段封凍達(dá)到最大長度786 km。

受氣溫回升影響，寧夏河段自2019 年1 月30 日起開始融冰解凍，2 月22 日15 時(shí)石嘴山水文斷面解凍開河；內(nèi)蒙古河段于3 月4 日平穩(wěn)開河，3 月23 日寧蒙河段全線開河，封開河歷時(shí)107 d，較常年偏少7 d。

開河過程氣溫平穩(wěn)回升，開河形勢平穩(wěn)，各斷面未出現(xiàn)凌峰，只有頭道拐3 月19 日出現(xiàn)歷時(shí)極短的1 000 m3／s凌峰流量。

3 凌情特點(diǎn)

3.1 流凌時(shí)間晚，封河速度快

12 月初影響內(nèi)蒙古地區(qū)的冷空氣勢力強(qiáng)度大，影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長，4 日8 時(shí)，三湖河口至頭道拐河段出現(xiàn)流凌，與2011 年并列為歷史最晚。 7 日8時(shí)，三湖河口附近河段出現(xiàn)封凍，首凌到首封歷時(shí)僅3 d。

封凍初期呈分段封凍態(tài)勢，封河速度快。 多處彎道幾乎同時(shí)封凍，順直河段清溝快速封凍，封凍過程中水位未出現(xiàn)大幅壅高或降低現(xiàn)象。 12 月7 日首封至12 月12 日15 時(shí)，內(nèi)蒙古河段累計(jì)封凍長度約571 km，平均每日封河100 多km。 此后受氣溫波動(dòng)影響，封河發(fā)展緩慢，至2019 年1 月1 日內(nèi)蒙古河段全線封凍，歷時(shí)25 d，為2005 年以來最短歷時(shí)。

3.2 區(qū)間來水多，封河流量大

2018 年11 月—2019 年3 月，黃河各主要來水區(qū)間來水整體較多年同期偏多20%，且來水偏多區(qū)間主要集中在上游。 其中：唐乃亥站來水量48.81 億m3，較多年（1970—2015 年，下同）平均值偏多46%；蘭州站來水量98.42 億m3，較多年平均值偏多25%；石嘴山站來水量96.97 億m3，較多年平均值偏多28%；頭道拐站來水量86.27 億m3，較多年平均值偏多25%。

11 月內(nèi)蒙古河段流量較常年同期明顯偏大，頭道拐站11 月平均流量為829 m3／s，較多年平均值偏大58%；其余各站均偏大35%以上。 內(nèi)蒙古河段封河流量大，三湖河口斷面封河前3 d 平均流量為907 m3／s，較多年平均值偏大48%；封河當(dāng)日流量為580 m3／s，較多年平均值偏大23%。

3.3 槽蓄水增量小，釋放均勻

2018—2019 年度內(nèi)蒙古河段最大槽蓄水增量為9.8億m3（考慮水庫的蓄泄情況），較多年平均值偏小23%，槽蓄水增量的變化過程如圖1 所示。 其中：石嘴山—巴彥高勒河段約2.5 億m3，巴彥高勒—三湖河口河段約3.5億m3，三湖河口—頭道拐河段約3.8 億m3。

圖1 2018—2019 年度內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量變化過程

12 月7 日三湖河口斷面首封后槽蓄水增量迅速增加，至2019 年1 月19 日槽蓄水增量達(dá)到最大，之后開始緩慢釋放，同時(shí)由上游河段向下游河段轉(zhuǎn)移。 封河期氣溫較低，冰蓋較厚，開河期氣溫回升較晚以及受分凌影響，開河動(dòng)力不足，內(nèi)蒙古河段開河速度較慢，槽蓄水增量均勻釋放，未出現(xiàn)明顯凌峰過程。

3.4 封河水位低、穩(wěn)封期水位略偏高，冰下過流能力強(qiáng)

受上游來水、水庫調(diào)控及封河態(tài)勢影響，內(nèi)蒙古河段封凍水位較常年總體偏低。 各水文斷面封河當(dāng)日水位與常年相比：巴彥高勒斷面偏低0.2 m，三湖河口至包頭河段偏低0.5 m，頭道拐斷面偏低1.2 m。

穩(wěn)封期各斷面水位與近年相比總體略偏高。 其中：巴彥高勒斷面穩(wěn)封期水位與近5 a 均值接近；三湖河口斷面穩(wěn)封期水位比近5 a 均值偏高0.3 m；頭道拐斷面穩(wěn)封期水位比近5 a 均值偏高0.2 m。 三湖河口站近5 a 穩(wěn)封期水位變化如圖2 所示。

圖2 三湖河口站近5 a 穩(wěn)封期水位變化過程

3.5 各站均未出現(xiàn)明顯凌峰過程，凌洪水量小

2019 年開河期，內(nèi)蒙古河段各站均未出現(xiàn)明顯凌峰過程。 頭道拐站最大實(shí)測流量出現(xiàn)在3 月19 日8時(shí)57 分，為1 000 m3／s，較多年平均值偏小54%，為歷史第二小。 包頭站最大流量出現(xiàn)在3 月15 日20 時(shí)，為760 m3／s。 頭 道 拐 站 開 河 最 大10 d 水 量 為6.75 億m3，較多年平均值偏少33%。 頭道拐站1987年以來凌峰流量和凌洪水量變化過程如圖3 所示。

圖3 頭道拐站1987 年以來凌峰流量和凌洪水量變化過程

3.6 開河期流冰少，開河形勢平穩(wěn)

本年度開河前期氣溫穩(wěn)定回升，槽蓄水增量均勻釋放。 冰蓋緩慢消融，開河過程中三湖河口以上基本無流冰，三湖河口以下有少量流冰，開河形勢平穩(wěn)，未出現(xiàn)凌汛險(xiǎn)情。

4 成因分析

4.1 氣溫因素

寧蒙河段本年度流凌和封河關(guān)鍵期氣溫明顯偏低，而開河期氣溫則較常年明顯偏高。 受強(qiáng)冷空氣影響，12月1—4 日內(nèi)蒙古河段日平均氣溫下降10 ℃左右，4 日8 時(shí)三湖河口至頭道拐河段全線流凌。 4—7 日黃河內(nèi)蒙古地區(qū)氣溫明顯下降，三湖河口至頭道拐河段日平均氣溫下降16 ℃左右，三湖河口水文站日平均氣溫達(dá)-16.4 ℃，日最低氣溫達(dá)-19 ℃。 7 日8 時(shí)三湖河口水文斷面上游1 km 處和下游1 km 處出現(xiàn)首封。

12 月7 日內(nèi)蒙古河段首封后，至12 月12 日內(nèi)蒙古河段氣溫持續(xù)在-13 ℃以下，封河速度加快。 受氣溫波動(dòng)影響，12 月13 日起內(nèi)蒙古河段封河發(fā)展速度放緩。至2019 年1 月1 日內(nèi)蒙古河段全線封凍。

隨著氣溫回升，2019 年1 月30 日寧夏河段開始解凍開河。 2 月下旬寧蒙河段氣溫均較常年明顯偏高，22日15 時(shí)石嘴山水文斷面解凍文開。 隨著氣溫回升明顯，內(nèi)蒙古河段開河速度加快，3 月4 日10 時(shí)巴彥高勒水文斷面解凍文開；3 月上中旬內(nèi)蒙古河段氣溫平穩(wěn)回升，磴口、包頭和托克托3 個(gè)氣象站上旬氣溫較常年同期偏高1.8～4.4 ℃，中旬氣溫較常年同期偏高1.8～3.7 ℃。3 月23 日，黃河寧蒙封凍河段全線開河。

4.2 上游來水

本年度凌汛期黃河上游來水偏豐，寧蒙河段凌汛期來水量較常年偏多20%～30%，內(nèi)蒙古河段流量較大。 其中：石嘴山至巴彥高勒河段穩(wěn)封期流量為500～600 m3／s，巴彥高勒至頭道拐河段穩(wěn)封期流量維持在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維持在850 m3／s 以上。 本年度為大流量封河，三湖河口、包頭、頭道拐斷面封河前3 d 平均流量分別為907、863、327 m3／s。

4.3 水庫調(diào)度

本年度凌汛期，水庫調(diào)度按照防凌調(diào)度預(yù)案，分別采取“上控、中分、下泄”、穩(wěn)定河段流量、減小凌汛風(fēng)險(xiǎn)等措施，科學(xué)調(diào)度干流骨干水庫，為各河段平穩(wěn)封開河創(chuàng)造有利條件，確保黃河防凌安全。

2018 年11 月份劉家峽水庫月平均出庫流量860 m3／s（小川站），其中：11 月上旬調(diào)度主要考慮滿足寧蒙河段秋澆冬灌和水庫發(fā)電需求，同時(shí)兼顧預(yù)留防凌庫容要求控制水庫下泄流量，出庫流量按1 200 m3／s控制；11 月中下旬調(diào)度主要考慮區(qū)間來水、寧蒙冬灌引水及退水情況，按寧蒙河段設(shè)計(jì)封河流量控制水庫泄流。 2018 年12 月至2019 年3 月調(diào)度，主要控制劉家峽水庫出庫流量均勻及河道槽蓄水增量變化，以適應(yīng)河道小流量過程的演變規(guī)律，同時(shí)兼顧蘭州市枯水期城市供水安全。 劉家峽水庫2018—2019 年度凌汛期庫水位和日均出庫流量過程如圖4 所示。 根據(jù)報(bào)汛資料，2018 年11 月至2019 年3 月，劉家峽水庫實(shí)際泄水總量80.17 億m3，較預(yù)案值（77.16 億m3）偏多3.01 億m3，較龍劉水庫聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用以來均值偏多12.86 億m3。

圖4 劉家峽水庫2018—2019 年度凌汛期庫水位和日均出庫流量過程

海勃灣水庫凌期的調(diào)度，主要是根據(jù)內(nèi)蒙古河道凌情和水情實(shí)時(shí)調(diào)度。 對入庫流量進(jìn)行短期的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在封開河時(shí)期對入庫流量采取“多蓄少補(bǔ)”的調(diào)度原則。 封河前，留有一定庫容作為應(yīng)急調(diào)節(jié)之用；開河前，騰出應(yīng)急防凌庫容，根據(jù)內(nèi)蒙古河段凌情變化情況，配合劉家峽水庫進(jìn)一步壓減下泄流量。

萬家寨水庫調(diào)度根據(jù)防凌調(diào)度預(yù)案進(jìn)行：封河期，控制水庫水位在970 m 左右；穩(wěn)定封河后，逐步抬高水位至975 m 控制運(yùn)行；開河期，降低水庫水位至970 m；遇特殊凌情，隨時(shí)降低水庫水位。

4.4 分凌區(qū)分凌

2019 年黃河開河期，當(dāng)開河發(fā)展至三盛公水利樞紐附近時(shí)，啟用內(nèi)蒙古應(yīng)急分洪區(qū)，分引三盛公水利樞紐以上河段開河釋放的槽蓄水量，控制三盛公水利樞紐下泄流量，減輕下游河段防凌壓力，為下游河段槽蓄水量平穩(wěn)釋放和順利開河創(chuàng)造條件。 2 月27 日18 時(shí)河套灌區(qū)及烏梁素海分凌區(qū)開始分凌，3 月5 日開河至巴彥高勒河段后分凌流量達(dá)到200 m3／s。 烏蘭布和分凌區(qū)、杭錦淖爾分凌區(qū)和小白河分凌區(qū)分別于3 月1 日、3 月5 日和3 月8 日開始分凌，至3 月22 日8時(shí)，4 個(gè)分凌區(qū)累計(jì)分凌4.302 億m3。 受分凌影響，巴彥高勒至三湖河口河段流量較小，內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量均勻釋放，各斷面未出現(xiàn)明顯凌峰，頭道拐站開河凌峰流量較小，頭道拐站開河最大10 d 水量較小。

4.5 河道邊界條件

2018 年汛期，受黃河上游干支流來水持續(xù)偏多影響，黃河上游先后出現(xiàn)了3 場編號洪水，黃河寧蒙河段高水位、大流量過程持續(xù)近3 個(gè)月，河道普遍沖刷，過洪能力明顯增強(qiáng)［4］。 凌汛期河道條件較好，冰下過流能力強(qiáng)，主要表現(xiàn)為封河水位低，槽蓄水增量相對較小。

由于河道條件好，封凍期水量基本在河道主槽運(yùn)行，灘地及大堤偎水少，因此穩(wěn)封期水位略偏高。 整個(gè)開河過程中表現(xiàn)為主槽先行拉通、流冰少，槽蓄水增量分段、緩慢釋放，開河形勢平穩(wěn)。 三湖河口至頭道拐斷面開河流量均較小，沒有形成大的凌峰流量。

5 結(jié) 語

（1）2018—2019 年度凌汛期寧蒙河段凌情的主要特點(diǎn)：流凌封河期氣溫偏低，開河期氣溫偏高；流凌時(shí)間晚，封河速度快；黃河上游來水明顯偏多，封河流量大；內(nèi)蒙古河段封河水位低、穩(wěn)封期水位略偏高，冰下過流能力較強(qiáng)；河道槽蓄水增量較小，且釋放均勻；未出現(xiàn)明顯凌峰過程，凌洪水量?。徽麄€(gè)凌汛期凌情平穩(wěn)，未出現(xiàn)凌汛險(xiǎn)情。

（2）形成本年度凌情發(fā)展形勢的主要因素有氣溫、上游來水、水庫調(diào)度、分凌區(qū)分凌及河道邊界條件等。

（3）采取“上控、中分、下泄”、穩(wěn)定河段流量、減小凌汛風(fēng)險(xiǎn)等措施，科學(xué)調(diào)度干流骨干水庫，適時(shí)啟用分凌區(qū)，可為各河段平穩(wěn)封開河創(chuàng)造有利條件，確保黃河防凌安全。

（4）在防凌安全基礎(chǔ)上，綜合考慮各種因素，科學(xué)合理設(shè)定寧蒙河段封河流量，對充分發(fā)揮水資源效益具有十分重要的意義。