雷 鳴，高治定

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(kāi)始流凌，12月11日9時(shí)在黃河萬(wàn)家寨庫(kù)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(dá)到最大封凍長(zhǎng)度940km，至3月26日寧蒙封凍河段全線開(kāi)通，封河歷時(shí)106d。

凌汛期冰情的主要特點(diǎn)：

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

表1 2007～2008年寧蒙河段各站流凌及封、開(kāi)河特征值統(tǒng)計(jì)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(kù)以下）、內(nèi)蒙古河段最大封河長(zhǎng)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(lè)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(guò)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(shí)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(jiàn)圖1。另外，在烏達(dá)、海渤灣區(qū)也出現(xiàn)冰塞壅水險(xiǎn)情。

圖1 2007～2008年凌汛三湖河口站逐日平均水位、流量過(guò)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(kāi)河期寧夏河段與內(nèi)蒙巴彥高勒以上及包頭以下河段開(kāi)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(xiǎn)情頻發(fā)，見(jiàn)表2。3月20日1時(shí)50分和3時(shí)45分鄂爾多斯市杭錦旗獨(dú)貴特拉奎素段黃河大堤先后發(fā)生兩處潰堤，兩個(gè)潰堤口門(mén)相距約1km，其中首先潰堤的東口門(mén)最大寬度＞100m，西口門(mén)最大寬度＞60m，淹沒(méi)面積106km2，受災(zāi)3 885戶(hù)，受災(zāi)人口1.024 1萬(wàn)人，受災(zāi)耕地0.54×104hm2……總經(jīng)濟(jì)損失9.35億元。這是多年來(lái)?yè)p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(guò)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(shí)測(cè)資料計(jì)算（簡(jiǎn)稱(chēng)斷面法），結(jié)合沙量平衡法計(jì)算成果表明：1986年11月～2004年10月為龍劉水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用時(shí)期，在此期間青銅峽水庫(kù)采取不定時(shí)的拉沙，由于上游來(lái)水偏枯，再加上龍劉調(diào)蓄，汛期平均流量?jī)H900 m3／s。流量過(guò)程均勻，中小水持續(xù)歷時(shí)長(zhǎng)，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?jī)H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(shì)擺動(dòng)加劇，輸水、輸冰能力減弱，封開(kāi)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(guò)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(gè)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(gè)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(shí)空分布，主要特點(diǎn)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(zhǎng)時(shí)段強(qiáng)降溫過(guò)程和高溫時(shí)段。具體表現(xiàn)：①整個(gè)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(dá)－679℃，為近30a冬季之最，磴口站累積負(fù)氣溫－826℃，為1986年來(lái)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(jì)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(zhǎng)時(shí)段持續(xù)偏低，為歷史少見(jiàn)。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(kāi)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(lái)水大小與過(guò)程的變化在常見(jiàn)范圍內(nèi)。根據(jù)蘭州站12月～3月上旬來(lái)水統(tǒng)計(jì)，2007～2008年凌汛段平均量為47.0×108m3，較1999～2007年凌汛段同類(lèi)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(guò)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(gè)年度第二大。從2月中旬進(jìn)入開(kāi)河期看，2008年2月中旬出現(xiàn)一個(gè)流量低值段，但從2月中、下旬兩個(gè)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(dá)70m3／s左右，而其他兩個(gè)年段平均削減量在50m3／s左右，表明2008年3月上、中旬，水庫(kù)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(kù)基本上按照由大至小，緩慢平穩(wěn)遞減，開(kāi)河期增加控泄力度的調(diào)度原則來(lái)進(jìn)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(lái)水在保持在近20多年來(lái)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(shí)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(kāi)河時(shí)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(shì)較嚴(yán)峻情況出現(xiàn)也并非偶然，可簡(jiǎn)要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：

1）頭道拐站封凍后冰下過(guò)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(kāi)河期出現(xiàn)嚴(yán)峻凌汛形勢(shì)提供了重要條件。由表4可見(jiàn)，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(gè)封河期冰下過(guò)流量比較小，封河后不同時(shí)段平均過(guò)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(guò)流能力小的情況是趨勢(shì)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(guò)流能力減小的直接原因不是該斷面本身堵塞問(wèn)題，而是嚴(yán)重堵塞地點(diǎn)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(shí)間靠后，為開(kāi)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(shí)程分布上來(lái)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(kāi)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(kāi)河，寧夏河段槽蓄水增量逐漸轉(zhuǎn)入內(nèi)蒙古河段，同時(shí)內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量開(kāi)始緩慢釋放，故三～頭段及石～頭段，到3月上旬才相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)最大槽蓄水增量，相對(duì)常年最大槽蓄水增量出現(xiàn)時(shí)間較晚，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。3月中旬前期內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量釋放緩慢，后期開(kāi)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(shí)段最小過(guò)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(diǎn)，主要由較大來(lái)水過(guò)程情況下，封河形勢(shì)和氣溫特點(diǎn)造成：受本年度頭道拐在整個(gè)封河期冰下過(guò)流量持續(xù)偏小影響；氣溫是上段總體偏冷異常，而變化過(guò)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(zhǎng)，封凍河段冰層厚，冰下冰花增多，過(guò)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(lái)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(dòng)，加上封河后又遇持續(xù)強(qiáng)低溫過(guò)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(shí)也為開(kāi)河期冰壩壅水形成提供有利冰量條件。

由圖2可見(jiàn)，三湖河口站封河期內(nèi)明顯出現(xiàn)的流量波動(dòng)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(dá)最小值為229m3／s，1月3日升至峰值達(dá)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(dòng)變化，至3月14日升至684m3／s后，迅速增加至20日達(dá)1 530m3／s，21日開(kāi)河流量1 440m3／s，24日跌至500m3／s。

由該圖還可見(jiàn)，流量第一波峰出現(xiàn)時(shí)，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(shí)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(dòng)，之后也在這個(gè)范圍內(nèi)緩慢起伏變化至開(kāi)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(shí)，水位也升至1 021.14m。

由圖2可見(jiàn)，三湖河口流量的3次波動(dòng)，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(dòng)顯然與巴彥高勒、石嘴山先后封河所形成的小流量過(guò)程形成的波動(dòng)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(guò)程Fig.2 Hydrograph of daily average discharge at four stations in Inner－mongolia during the ice flood period in 2007－2008

對(duì)比圖1與圖3，一個(gè)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(dòng)與水位波動(dòng)的相一致關(guān)系，只是巴彥高勒站因封河引起的流量波動(dòng)數(shù)比三湖河口站少一個(gè)。而且在流量波動(dòng)中引起的水位波動(dòng)呈增加的趨勢(shì)，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(dòng)，帶來(lái)水位增加，是在上游來(lái)水緩慢遞減過(guò)程中出現(xiàn)的。

這種情況表明，封河期間流量波動(dòng)過(guò)程，帶來(lái)水位變化過(guò)程中，進(jìn)一步增加了河段冰塞壅水程度。故水位波動(dòng) （達(dá)一定幅度）帶來(lái)河段冰凌有向下游河段聚集加強(qiáng)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(qiáng)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(shí)調(diào)整上游來(lái)水過(guò)程，控制各河段因封河造成的流量波動(dòng)幅度，對(duì)減輕重點(diǎn)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(kù)防凌調(diào)度提出了新的問(wèn)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(guò)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(kāi)河形式，為開(kāi)河時(shí)三湖河口下游河段堤防潰決提供了觸發(fā)條件。目前，從開(kāi)河期水庫(kù)防凌調(diào)度需要出發(fā)，進(jìn)一步探討有效的定性、定量指標(biāo)體系，全面衡量開(kāi)河形勢(shì)是否安全，仍是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。2007～2008年開(kāi)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(kāi)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(jiàn)，由于巴彥高勒～三湖河口河段開(kāi)河前2d始，至開(kāi)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(dá)439、1 116、1 108m3／s，致使開(kāi)河前的20d出現(xiàn)凌峰流量，達(dá)1 650m3／s，而同時(shí)三湖河口瞬時(shí)最高水位1 021.22m，日平均水位達(dá)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(kāi)河前夕，流量劇增，帶來(lái)水位劇增，這樣隨即發(fā)生的開(kāi)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(shí)因主河槽冰凌下泄過(guò)程中，必然導(dǎo)致較高灘區(qū)部分岸冰破碎，同時(shí)進(jìn)入河槽下泄，這樣將明顯增加三湖河口開(kāi)河時(shí)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(kāi)河前夕河段槽蓄水增量急劇釋放，且達(dá)到一定數(shù)量，同時(shí)在水位急劇升高過(guò)程中出現(xiàn)的開(kāi)河形勢(shì)，是對(duì)防凌不利的開(kāi)河形勢(shì)。由表5還可見(jiàn)，開(kāi)河前三盛公雖分水，但效果有限。另外，中和西段以下4個(gè)冰壩形成情況與三～頭段槽蓄水增量大、出現(xiàn)時(shí)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(kāi)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(guò)流能力統(tǒng)計(jì)表明，內(nèi)蒙古下段冰下過(guò)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(guò)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(dá)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(kāi)河期凌汛災(zāi)害形成埋下了隱患。

本年度開(kāi)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(guò)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(guò)程下，開(kāi)河期出現(xiàn)急劇升溫過(guò)程，雖然從3月上、中旬水庫(kù)削減下泄流量70m3／s，且3月10日～23日三盛公水利樞紐還進(jìn)行分水，但三湖河口站在開(kāi)河前夕仍連續(xù)兩天槽蓄水增量釋放量達(dá)1 100m3／s以上，使開(kāi)河前日、開(kāi)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(kù)正常防凌調(diào)度方式下，同時(shí)開(kāi)河前還采取分水防凌補(bǔ)充措施，但在現(xiàn)狀河道過(guò)流能力減小情況下，遇到較不利的氣溫變化過(guò)程時(shí)，并未避免凌汛災(zāi)害發(fā)生，為此需要進(jìn)一步總結(jié)該年水庫(kù)防凌作用與不足。

［1］水利部黃河水利委員會(huì).黃河凌情資料整編及特點(diǎn)分析（黃河上、中游部分1950～2005年）［Z］.鄭州：水利部黃河水利委員會(huì)，2006：280－319.

［2］黃河水利委員會(huì)水文局.2007～2008年度黃河凌汛技術(shù)總結(jié) ［Z］.鄭州：黃河水利委員會(huì)水文局，2008：1－31.

［3］可素娟，王 敏，饒素秋，等.黃河冰凌研究 ［M］.鄭州，黃河水利出版社，2002：81－96.

［4］內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.黃河內(nèi)蒙古防凌應(yīng)急分洪工程可行性研究報(bào)告 ［R］.呼和浩特：內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2008：87－109.