2018—2019年度黃河寧蒙河段凌情特點及成因

陳冬伶 劉興暢 韓作強

摘 要：2018—2019年度黃河寧蒙河段凌情特點主要表現為首凌晚、首凌到首封歷時短、封河流量大、槽蓄水增量小、凌期水位低、開河凌峰小、開河最大10 d水量少等。從熱力、動力和河道條件三方面對導致2018—2019年度凌情這一特點的原因進行分析，結果表明：流凌前期氣溫高、流量大是首凌偏晚的主要原因;流凌封河關鍵期冷空氣活動頻繁、勢力強，是首凌到首封歷時短的主要原因;內蒙古河段河道條件改善，冰下過流能力增強，是槽蓄水增量小的主要原因;同時，水庫調度和人工分凌等措施也是影響該年度凌情的重要因素。

關鍵詞：凌汛;氣溫;槽蓄水增量;過流能力;黃河寧蒙河段

中圖分類號：P333;TV882.1 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.007

Abstract： The ice conditions in Ningxia and Inner Mongolia reach of the Yellow River from 2018 to 2019 are characterized as follows： late appearance of icerunning， short duration from icerunning to freezingup， large discharge of freezingup， small increment water storage， low water level in icerun period and small ice flood peak and the largest water amount in 10 d. This paper analyzed the causes of ice conditions in this year from three aspects： thermodynamic， dynamic and river channel conditions. The results show that high temperature and large discharge in the early stage are the main reasons for the late appearance of icerunning. Frequent cold air activities and strong influence after the appearance of icerunning are the main reasons for the short duration from icerunning to freezingup. The improved river channel conditions and the enhanced discharge capacity under ice are the main reasons for small increment water storage. In addition， the measures of reservoir regulation and artificial division of icerun are also the important factors affecting the ice conditions.

Key words： ice flood; temperature; water storage; discharge capacity; Ningxia and Inner Mongolia reach of Yellow River

黃河寧蒙河段是凌災頻發河段。據統計，在1951—2010年的60 a間寧蒙河段有30多a發生凌汛災害[1]。槽蓄水增量的形成是造成凌災的最要因素，尤其近年來，受氣候變化、河道淤積以及人類活動等因素影響，內蒙古河段凌汛期槽蓄水增量不斷增加，大大加重了內蒙古河段的防凌負擔[2]。2018—2019年度凌汛期，黃河寧蒙河段封河流量大，凌期上游來水多、氣溫起伏變化但槽蓄水增量小、水位低，開河期未出現明顯凌峰過程，凌情形勢平穩。分析該年度凌情特點及成因，對來水偏豐年份凌情預報及防凌調度工作具有重要參考意義。

1 凌情特點

1.1 首凌晚，首凌到首封歷時短，封河流量大

受連續強冷空氣影響，2018年12月4日內蒙古三湖河口至頭道拐河段出現首凌，首凌日期較常年（指1970—2015年平均，下同）偏晚14 d，與2011年并列為歷史最晚。12月7日三湖河口水文斷面上游1 km處和下游1 km處出現首封，首封日期較常年偏晚4 d;首凌到首封歷時僅4 d。內蒙古河段封河流量835 m3/s，較常年偏大37%。

1.2 封凍冰層厚，封河長度短

根據2019年1月22—26日寧蒙河段27個斷面冰凌普查結果，2018—2019年度凌汛期寧蒙封凍河段平均冰厚0.54 m，較2001—2015年均值偏厚0.06 m，各斷面冰厚見圖1。寧蒙河段最大封凍河長786 km，較1991—2015年均值偏短11 km。

1.3 槽蓄水增量小、凌期水位低

2018—2019年度內蒙古河段最大槽蓄水增量10億m3，較常年偏小22%，為1988年以來第三小。三湖河口和頭道拐斷面凌期最高水位分別為1 020.30 m和988.52 m，分別較常年偏低0.50 m和0.32 m。

1.4 開河日期早，開河歷時長;開河洪峰小，開河最大10 d水量少

石嘴山、巴彥高勒、三湖河口、包頭和頭道拐水文斷面分別于2019年2月22日、3月4日、3月16日、3月16日和3月18日解凍文開，較常年偏早3～9 d;3月23日寧蒙河段全線開通，較常年偏早3 d;巴彥高勒站開河至內蒙古河段全線開通歷時19 d，較常年偏長7 d。頭道拐站開河凌峰流量為1 000 m3/s，較常年偏小54%;開河最大10 d水量為6.7億m3，較常年偏少34%。

2 氣溫特點

熱力條件是凌汛形成和凌情變化的決定因素，氣溫是表征熱狀況及其變化的主要要素[3]。2018—2019年度黃河寧蒙河段凌汛期（11月—翌年3月，下同）氣溫總體較常年略偏低、起伏變化大，流凌前期氣溫偏高，流凌封河關鍵期氣溫明顯偏低，開河后期氣溫持續偏高。

以寧蒙河段包頭氣象站為例，凌汛期平均氣溫為-5.7 ℃，接近常年同期（-5.3 ℃）。其中：流凌前期11月上中旬平均氣溫為-2.7 ℃，較常年同期偏高0.5 ℃;流凌封河關鍵期12月上旬至1月中旬平均氣溫為-11.4 ℃，較常年同期偏低1.8 ℃;開河前期2月上、中旬平均氣溫為-10.0 ℃，較常年同期偏低2.6 ℃，開河后期2月下旬至3月中旬平均氣溫為0.8 ℃，較常年同期偏高2.1 ℃。該年度凌汛期包頭站旬平均氣溫變化趨勢見圖2。

3 上游來水特點

動力條件是影響凌情變化的又一主要因素。受龍羊峽、劉家峽水庫調度影響，2018—2019年度凌汛期寧蒙河段流量持續偏大。凌汛期上游蘭州站來水總量為98.13億m3，較常年偏多25%;寧蒙河段石嘴山、巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站來水總量分別為96.89億、83.60億、89.73億、86.61億m3，分別較常年偏多28%、14%、23%、26%。其中：蘭州和石嘴山站各月來水均較常年同期偏多，巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站除3月來水較常年略偏少外，其余各月均偏多。

4 凌情特點成因

4.1 首凌晚、首凌到首封歷時短的原因

4.1.1 11月冷空氣勢力弱，氣溫高

2018年11月內蒙古河段共出現6次降溫過程，其中弱降溫3次，中等強度降溫2次，強降溫1次（見表2）。強降溫出現在11月14—16日，包頭站日均氣溫由1.3 ℃降到-5 ℃。受此次強降溫過程影響，11月15日起內蒙古河段氣溫開始穩定轉負。此后，11月20—24日、26—29日又出現兩股弱冷空氣過程，包頭站日均氣溫分別由-3.3 ℃降到-5.5 ℃、由0.8 ℃降到-6 ℃。

由于冷空氣勢力較弱，因此11月內蒙古河段氣溫較高。11月中、下旬包頭站氣溫分別為-1.3、-4.1 ℃，分別較常年同期偏高0.5、0.6 ℃。

4.1.2 11月河道流量大

2018年11月內蒙古河段巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站平均流量分別為850、905、830 m3/s，分別較常年同期偏大38%、49%、58%。其中11月下旬三湖河口和頭道拐站平均流量分別為1 030、1 010 m3/s，較常年同期偏大54%和75%。

4.1.3 12月上旬遭遇連續強降溫

2018年12月上旬內蒙古河段遭遇連續強降溫過程。12月3—4日，受寒潮過程影響，內蒙古河段氣溫驟降，包頭站48 h降溫幅度達10 ℃，12月4日包頭站日平均氣溫達-10 ℃，日最低氣溫達-16 ℃。12月5日氣溫略有回升，之后第二次強降溫過程接踵而至，12月7日包頭站日平均氣溫降至-18.3 ℃，日最低氣溫達-21 ℃。受此影響，內蒙古河段于12月4日出現首凌，12月7日出現首封。2018—2019年度內蒙古河段流凌封河主要是受一次寒潮加一次強冷空氣的連續影響所致。

4.1.4 小 結

氣溫和流量是冰凌形成的兩個主要影響因素。一般氣溫越低，流量越小，越利于冰凌的產生。2018年11月中下旬內蒙古河段氣溫較高，流量較大，且在降溫過程中內蒙古河段河道流量出現持續增大現象，不利于冰凌形成。12月上旬內蒙古河段遭遇連續強降溫，降溫幅度大，低溫持續時間長，為流凌封河創造了有利條件。

4.2 槽蓄水增量小的原因

槽蓄水增量的形成是氣溫、上游來水和河道邊界條件綜合作用的結果。一般氣溫越高、上游來水越小、河道過流能力越強，槽蓄水增量越小。2018—2019年度凌汛期內蒙古河段氣溫較常年略偏低，凌期上游來水量大，但內蒙古河段河道條件改善，冰下過流能力較強。

4.2.1 河道條件

2012年汛期黃河干流內蒙古河段發生了1981年以來最大洪水，使河道過流能力明顯增大，三湖河口斷面同水位過流能力增大約700 m3/s[4]。2018年汛期黃河上游再次發生持續性洪水，使內蒙古三湖河口以上河段得到較大程度沖刷，河道過流能力較2012年進一步增大。

4.2.2 冰下過流能力

冰蓋會引起水流阻力增加，從而導致河道過流能力下降及能量損失增加。在黃河內蒙古河段，封凍初期一部分水量轉化為冰，還有一部分水量受冰蓋阻水影響，轉化為槽蓄水增量。頭道拐斷面通常會出現一段時期的小流量過程，隨著冰蓋下冰花阻水作用的減小，流量逐漸增大，小流量過程結束。頭道拐站小流量過程持續時間在一定程度上反映了冰下過流能力的強弱。一般頭道拐站小流量過程持續時間越短，表明冰下過流能力越強。

2018—2019年度凌汛期頭道拐站小于等于350 m3/s的小流量過程共持續8 d，較常年少18 d，較2012—2013年度少12 d，小流量過程持續時間為1970年以來第四短。圖8為1970年以來歷年頭道拐站小流量過程與內蒙古河段最大槽蓄水增量變化情況，可以看出內蒙古河段最大槽蓄水增量與頭道拐站小流量過程持續時間的變化趨勢基本一致，小流量過程持續時間越長，內蒙古河段最大槽蓄水增量越大。

4.2.3 萬家寨水庫提前放水，降低水位，有利于冰凌下泄

12月4日內蒙古河段出現首凌后，萬家寨水庫立刻采取泄水運用方式，水位由12月4日的966.27 m降至12月10日的959.84 m，水位下降6.43 m，為冰凌下泄提供了有利條件，有效避免了冰凌在庫尾及上游河道堆積。

綜上所述，2018—2019年度凌汛期內蒙古河段河道條件改善、冰下過流能力較強是槽蓄水增量偏小的主要原因，同時萬家寨水庫提前放水降低水位，有利于冰凌下泄，避免在上游河道形成冰塞，從而避免了槽蓄水增量的過度增大。

4.3 開河形勢平穩的原因

4.3.1 槽蓄水增量小

寧蒙河段自上而下開河，伴隨槽蓄水增量的釋放，開河時凌峰流量呈現沿程增大的過程。凌峰主要出現在巴彥高勒—頭道拐河段，最大凌峰流量每年均出現在頭道拐站[3]。圖9為1951—2018年內蒙古河段各站歷年凌峰流量，可以看出：石嘴山、巴彥高勒站歷年凌峰流量多在1 000 m3/s 以下，兩站之間凌峰沒有明顯增大;三湖河口、頭道拐站凌峰流量則明顯增大，三湖河口站凌峰流量多為1 000～2 000 m3/s，多年平均為1 240 m3/s，頭道拐站凌峰多為1 500～3 000 m3 /s，多年平均為2 160 m3/s。可見，巴彥高勒以上來水過程只是組成頭道拐站凌洪過程的基流，而其凌峰主體主要靠巴彥高勒—頭道拐之間槽蓄水增量的釋放。因此，槽蓄水增量小，不易形成較大的開河凌峰。

同時，槽蓄水增量對頭道拐站開河最大10 d水量影響明顯。頭道拐站開河最大10 d水量主要由槽蓄水增量及河道基流兩部分組成。內蒙古河段全線開河一般在3月中下旬，考慮水流傳播時間，取巴彥高勒站3月上旬平均流量作為開河期河道基流。常年3月上旬巴彥高勒站平均流量為445 m3/s，合計水量3.84億m3，占頭道拐站開河最大10 d水量的38%（見表3），槽蓄水增量釋放水量占頭道拐站開河最大10 d水量的62%。可見，槽蓄水增量是影響頭道拐站開河最大10 d水量的主要因素。槽蓄水增量越小，頭道拐站開河最大10 d水量越小。

4.3.2 開河前期氣溫回升不明顯，開河歷時長

開河凌峰和開河最大10 d水量不僅與槽蓄水增量的大小有關，還與槽蓄水增量的釋放過程密切相關。一般槽蓄水增量釋放越集中，越容易形成較大的凌峰，開河最大10 d水量也越大。內蒙古河段開河歷時與頭道拐站開河最大10 d水量關系見圖10。可以看出，巴彥高勒至頭道拐河段全線開通歷時越短，頭道拐站開河最大10 d水量越大。開河前期內蒙古河段氣溫回升不明顯，影響了開河速度。2018—2019年度巴彥高勒至頭道拐河段全線開通歷時19 d，槽蓄水增量均勻釋放，不易形成較大的凌峰過程，頭道拐站開河最大10 d水量亦較小。

4.3.3 水庫調度及人工分凌影響

開河期采取“上控、中分、下泄”的防凌措施。“上控”即進一步壓減劉家峽水庫下泄流量;“中分”即當開河發展至三盛公水利樞紐時啟用內蒙古應急分洪區分引凌水;“下泄”即降低萬家寨水庫運用水位，為河道凌水下泄創造條件，從而確保開河平穩。

2019年2月上、中、下旬劉家峽水庫控泄流量分別為473、460、413 m3/s，3月上旬進一步壓減出庫流量到372 m3/s。同時，內蒙古河段于2月27日啟動人工分凌措施，至3月22日累計分凌4.302億m3。水庫調度和人工分凌措施在很大程度上減小了河道流量，3月上、中旬巴彥高勒站平均流量分別為323、190 m3/s。河道基流減小，一方面降低了開河水位，一方面減小了開河動力，避免不利的動力因素遭遇不利的熱力因素，減緩開河速度，確保“文開河”形勢。同時，萬家寨水庫從2月中旬開始逐漸降低庫水位，至3月10日萬家寨水庫水位降至962.43 m，較凌期最高水位低約12 m，為凌水下泄創造了有利條件。

5 結 語

（1）2018—2019年度凌汛期黃河寧蒙河段首凌晚，首凌到首封歷時短，封河流量大;封凍冰層厚、封河長度短;槽蓄水增量小，凌期水位低;開河日期早，開河歷時長;開河形勢平穩，開河凌峰小，開河最大10 d水量少。

（2）凌汛前期11月影響寧蒙河段的冷空氣過程偏弱，11月中下旬氣溫偏高，同時內蒙古河段河道流量偏大，受此影響，2018—2019年度內蒙古河段首凌為歷史最晚;12月上旬內蒙古河段遭遇連續強降溫，因而首凌到首封歷時僅4 d。

（3）雖然2018—2019年度凌汛期內蒙古河段氣溫低，上游來水量大，但2018年汛期黃河上游發生持續性洪水，使內蒙古三湖河口以上河段得到較大程度沖刷，河道條件改善，冰下過流能力增大，因而2018—2019年度使內蒙古河段槽蓄水增量較小。同時，封河發展期萬家寨水庫提前放水降低水位，有利于冰凌下泄，避免形成冰塞，從而避免了槽蓄水增量的過度增大。

（4）槽蓄水增量大小及釋放過程是影響內蒙古河段開河形勢的主要因素。2018—2019年度內蒙古河段槽蓄水增量小，開河前期氣溫高，開河歷時長，槽蓄水增量均勻釋放，不利于形成較大的凌峰過程。同時，開河期劉家峽水庫壓減出庫流量、萬家寨水庫提前降低庫水位以及人工分凌等措施，降低了河道水位，減小了開河動力，為凌水下泄創造了有利條件，從而確保了“文開河”形勢。

參考文獻：

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【責任編輯 許立新】