方 立，陳偉偉，馮相明，嚴(yán)寶文

（1.河南黃河水文勘測設(shè)計(jì)院，鄭州450004；2.黃河水利科學(xué)研究院，鄭州450003；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

黃河內(nèi)蒙古河段每年凌汛期因封凍冰蓋等因素影響而滯留在河道中的水量稱為槽蓄水增量。其產(chǎn)生、發(fā)展和消亡過程及由此形成的凌汛洪水是黃河上游較為獨(dú)特的水文現(xiàn)象，研究內(nèi)蒙古河道槽蓄水增量的變化規(guī)律對防治凌汛災(zāi)害有重要意義［1］。

1 槽蓄水增量變化及理論推算過程

槽蓄水增量的變化是隨著穩(wěn)定封凍后冰蓋不斷增長而增加的，當(dāng)封凍發(fā)展到最長時(shí)，槽蓄水增量也達(dá)到最大；其后在冰蓋穩(wěn)定時(shí)槽蓄水增量變化不大；當(dāng)氣溫升高冰蓋開始消融時(shí)，槽蓄水增量逐漸減少，水量向下游釋放；直到開河時(shí)槽蓄水增量集中釋放形成凌汛洪峰。每年的槽蓄水增量與當(dāng)年的氣溫及上游來水量有關(guān)，但變化過程各有特點(diǎn)［2］。

由于每年氣溫和上游來水及冰融特點(diǎn)不同，槽蓄水增量的變化及多少也不相同。一般是從河段首封之日開始計(jì)算，考慮水流傳播時(shí)間、沿程水位表現(xiàn)、斷面水深、冰花及流速等因素，采用多站點(diǎn)對比，根據(jù)長短河段相結(jié)合的水量平衡原理，槽蓄水增量一般由以下公式計(jì)算。

△W=∑（Q1－Q2）△t式中△W表示凌汛期槽蓄水增量，Q1、Q2表示河段進(jìn)出口流量，△t表示時(shí)段長。

2 近幾年槽蓄水增量分布

內(nèi)蒙古河段最大槽蓄水增量一般出現(xiàn)在穩(wěn)定封河期間，開河前期上游水量自上而下轉(zhuǎn)移到三湖河口～頭道拐河段，且釋放緩慢，3月中旬后期才開始大量釋放。

黃河龍羊峽水庫（1986年投入運(yùn)用）和劉家峽水庫（1968年投入運(yùn)用）聯(lián)合運(yùn)用前，內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量變化比較平緩，槽蓄水增量一般在10億m3以下，而水庫聯(lián)合運(yùn)用后，槽蓄水增量增加的時(shí)期較長（除1996～1997年度外），每年槽蓄水增量都在10億m3以上。

內(nèi)蒙古最大槽蓄水增量為18.98億m3，出現(xiàn)在1999～2000年凌汛期，最小槽蓄水增量為4.51億m3，出現(xiàn)在1996～1997年凌汛期，多年均值11.5億m3（1997～2005年）。

內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量主要按照石嘴山～巴彥高勒、巴彥高勒～三湖河口、三湖河口～頭道拐3個(gè)大段，4個(gè)重要站點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。通過對2006～2012年6個(gè)凌汛年度內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量分布的統(tǒng)計(jì)，見表1。3

表1 內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量統(tǒng)計(jì) 單位：億m

從表中可以看出：全段最大槽蓄水增量分別為13.0億m3、16.0億m3、17.0億m3，16.2億m3、14.4億m3、13.5億m3，三湖河口～頭道拐段槽蓄水增量分別為9.4億m3、10.5億m3、11.0億m3、7.2億m3、5.4億m3、6.0億m3，占全段比例分別為72.3%，65.6%、73.5%、44.4%、37.5%、44.4%。

2006～2012年6 個(gè)凌汛年度中，最大槽蓄水增量在2月中旬出現(xiàn)時(shí)間較多，這個(gè)期間為內(nèi)蒙古河段穩(wěn)定封河階段。2006～2009年前3個(gè)年度比例達(dá)70%左右，2009～2012年后3個(gè)年度比例接近50%，從一個(gè)側(cè)面反映出三湖河口～頭道拐段占全段槽蓄水增量比重較大，凌汛期的大部分槽蓄水增量主要集中于這個(gè)區(qū)域。

3 槽蓄水增量影響因素分析

槽蓄水增量是在氣溫變化、河道封凍條件下形成的，氣溫的急劇變化是造成槽蓄水增量變化的主要因素，槽蓄水增量主要是由冰和河道內(nèi)的水構(gòu)成，當(dāng)氣溫急劇下降時(shí)，河道內(nèi)水轉(zhuǎn)化為冰的速度就加快；同時(shí)上游水庫調(diào)度來水較大時(shí)，水面寬闊，有利于冰的形成；而當(dāng)河槽過流能力及河道內(nèi)建筑物影響冰凌的流動(dòng)時(shí)，就會加大河道內(nèi)冰凌的堆積量，從而引起壅水程度升高，增大滯留水量［3］。

由此可見，槽蓄水增量的形成是氣溫變化、上游來水、河道邊界條件等多種因素綜合影響的結(jié)果。

3.1 氣溫變化

根據(jù)2006～2012年度6個(gè)凌汛年度包頭站1～3月旬氣溫統(tǒng)計(jì)，如表2，圖1所示。從圖1中可以看出，2007～2008年度和2011～2012年度1月～2月旬氣溫在多年均值以下，其余年度在多年均值以上，3月中旬各個(gè)年度氣溫基本都在多年均值以上。2007～2008年度1～2月旬氣溫變化均在其余年度氣溫變化曲線以下，而2007～2008年度3月上旬氣溫變化卻在其余年度氣溫曲線以上，曲線變化可以反映出2007～2008年度氣溫變化較大。

2007～2008 年度凌汛期1月下旬和2月上旬氣溫為20世紀(jì)90年代以來同期最低，3月上旬氣溫為90年代以來同期最高，期間出現(xiàn)了內(nèi)蒙古河段歷史第三位槽蓄水增量16億m3，且大部分槽蓄水增量集中在三湖河口～頭道拐段。從一個(gè)側(cè)面可以得出：氣溫起伏變化劇烈是導(dǎo)致槽蓄水增量變化的重要因素。

表2 包頭站6個(gè)年度1～3月旬氣溫統(tǒng)計(jì) 單位：℃

3.2 上游來水

黃河龍羊峽水庫和劉家峽水庫聯(lián)合運(yùn)用以來，增大了凌汛期下泄流量，使得凌汛期進(jìn)入內(nèi)蒙古河段水量增大。圖2為2006～2012年6個(gè)凌汛年度中，三湖河口徑流量與三湖河口～頭道拐段最大槽蓄水增量關(guān)系，由于3月進(jìn)入內(nèi)蒙古開河階段，槽蓄水量開始釋放，因此影響此段最大槽蓄水增量的時(shí)間為11月～翌年2月的徑流量，本次三湖河口徑流量計(jì)算僅包含11月～翌年2月。

從圖2可以看出，2006～2012年6個(gè)年度三湖河口～頭道拐段槽蓄水增量與三湖河口來水徑流量曲線趨勢較為一致，具有較好的相關(guān)性，即槽蓄水增量隨著徑流量增大而增大。

3.3 河道邊界條件及建筑物

龍羊峽水庫建成前，寧蒙河段該時(shí)期呈微淤狀態(tài)，內(nèi)蒙古河段年平均淤積量約為0.22億t。龍羊峽、劉家峽水庫建成運(yùn)用后，改變了天然洪水的來水過程，主槽淤積萎縮越來越嚴(yán)重，內(nèi)蒙古河段年平均淤積量0.514億t，淤積多集中于河道主槽［4］。寧蒙河段平灘流量已由20世紀(jì)80年代的3000～4000m3/s降為目前的1500m3/s左右，局部河段平灘流量不足1000m3/s。

泥沙淤積造成河槽斷面的持續(xù)萎縮和河槽斷面過流能力不斷下降，圖3為三湖河口站2011年、2010年與1987年水位流量關(guān)系圖，可以看出曲線形態(tài)相似，整體向左上抬升，同流量水位普遍抬高。

同時(shí)，近幾年黃河內(nèi)蒙古河段河道內(nèi)共有已建、在建公路、鐵路橋梁30座。有些橋梁在施工過程中，臨時(shí)修建的施工橋梁及灘地道路，大部分高出地面1m，嚴(yán)重阻礙凌汛期河道行凌，河道內(nèi)建筑物修建對凌期槽蓄水增量的分布，特別是三湖河口～包頭之間的水位、流速及槽蓄水增量都有顯著的影響。

4 典型年分析

2008～2009 年度凌汛期，內(nèi)蒙古河段最大槽蓄增量17億m3左右，較1970～2005年多年均值11.5億m3偏多48%，較龍劉水庫聯(lián)合調(diào)度以來多年均值13億m3偏多31%，排歷史第5位。其中三湖河～頭道拐河段槽蓄增量為12.5億m3，為歷史最大值。主要原因是三湖河口、頭道拐斷面首封時(shí)間較早，頭道拐斷面流量持續(xù)偏小，且與三湖河口斷面流量相差較大，偏小30%～40%。封凍初期槽蓄水增量主要集中在巴彥高勒～三湖河口段，穩(wěn)定封河后槽蓄水增量主要集中于三湖河口～頭道拐河段，隨著上游河段解凍，大量槽蓄水增量逐漸移入下游河段，造成三湖河口～頭道拐河段槽蓄水增量創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄。

5 結(jié)語

近幾年內(nèi)蒙古河段大部分槽蓄水增量主要集中在三湖河口～頭道拐段，凌汛期上游來水徑流量增大是槽蓄水量增大的主要原因，同時(shí)槽蓄水增量增大與河道淤積，不斷修建的河道內(nèi)建筑物導(dǎo)致河道過流能力減小也有一定的關(guān)系，氣溫的劇烈變化也是槽蓄水增量增大一個(gè)重要因素。

［1］王平，侯素珍，楚衛(wèi)斌.黃河內(nèi)蒙古段凌期槽蓄增量變化與影響因素［J］.人民黃河，2011（9）：19-21.

［2］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.

［3］顧明林.黃河內(nèi)蒙段凌汛期河槽水量變化規(guī)律分析［J］.人民黃河，1993（6）：30-32.

［4］劉曉燕，侯素珍，常溫花.黃河內(nèi)蒙古河段主槽萎縮原因和對策［J］.水利學(xué)報(bào)，2009（9）：1048-1054.

［5］趙文林，程秀文，侯素珍.黃河上游寧蒙河道沖淤變化分析［J］.人民黃河，1999，21（6）：11-15.

［6］侯素珍，王平，常溫花，等.黃河內(nèi)蒙古河段沖淤量評估［J］.人民黃河，2007，29（4）：21-23.