2018—2019年度黄河宁蒙河段凌情特点及成因

陈冬伶 刘兴畅 韩作强

摘 要：2018—2019年度黄河宁蒙河段凌情特点主要表现为首凌晚、首凌到首封历时短、封河流量大、槽蓄水增量小、凌期水位低、开河凌峰小、开河最大10 d水量少等。从热力、动力和河道条件三方面对导致2018—2019年度凌情这一特点的原因进行分析，结果表明：流凌前期气温高、流量大是首凌偏晚的主要原因;流凌封河关键期冷空气活动频繁、势力强，是首凌到首封历时短的主要原因;内蒙古河段河道条件改善，冰下過流能力增强，是槽蓄水增量小的主要原因;同时，水库调度和人工分凌等措施也是影响该年度凌情的重要因素。

关键词：凌汛;气温;槽蓄水增量;过流能力;黄河宁蒙河段

中图分类号：P333;TV882.1 文献标志码：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

黄河宁蒙河段是凌灾频发河段。据统计，在1951—2010年的60 a间宁蒙河段有30多a发生凌汛灾害[1]。槽蓄水增量的形成是造成凌灾的最要因素，尤其近年来，受气候变化、河道淤积以及人类活动等因素影响，内蒙古河段凌汛期槽蓄水增量不断增加，大大加重了内蒙古河段的防凌负担[2]。2018—2019年度凌汛期，黄河宁蒙河段封河流量大，凌期上游来水多、气温起伏变化但槽蓄水增量小、水位低，开河期未出现明显凌峰过程，凌情形势平稳。分析该年度凌情特点及成因，对来水偏丰年份凌情预报及防凌调度工作具有重要参考意义。

1 凌情特点

1.1 首凌晚，首凌到首封历时短，封河流量大

受连续强冷空气影响，2018年12月4日内蒙古三湖河口至头道拐河段出现首凌，首凌日期较常年（指1970—2015年平均，下同）偏晚14 d，与2011年并列为历史最晚。12月7日三湖河口水文断面上游1 km处和下游1 km处出现首封，首封日期较常年偏晚4 d;首凌到首封历时仅4 d。内蒙古河段封河流量835 m3/s，较常年偏大37%。

1.2 封冻冰层厚，封河长度短

根据2019年1月22—26日宁蒙河段27个断面冰凌普查结果，2018—2019年度凌汛期宁蒙封冻河段平均冰厚0.54 m，较2001—2015年均值偏厚0.06 m，各断面冰厚见图1。宁蒙河段最大封冻河长786 km，较1991—2015年均值偏短11 km。

1.3 槽蓄水增量小、凌期水位低

2018—2019年度内蒙古河段最大槽蓄水增量10亿m3，较常年偏小22%，为1988年以来第三小。三湖河口和头道拐断面凌期最高水位分别为1 020.30 m和988.52 m，分别较常年偏低0.50 m和0.32 m。

1.4 开河日期早，开河历时长;开河洪峰小，开河最大10 d水量少

石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、包头和头道拐水文断面分别于2019年2月22日、3月4日、3月16日、3月16日和3月18日解冻文开，较常年偏早3～9 d;3月23日宁蒙河段全线开通，较常年偏早3 d;巴彦高勒站开河至内蒙古河段全线开通历时19 d，较常年偏长7 d。头道拐站开河凌峰流量为1 000 m3/s，较常年偏小54%;开河最大10 d水量为6.7亿m3，较常年偏少34%。

2 气温特点

热力条件是凌汛形成和凌情变化的决定因素，气温是表征热状况及其变化的主要要素[3]。2018—2019年度黄河宁蒙河段凌汛期（11月—翌年3月，下同）气温总体较常年略偏低、起伏变化大，流凌前期气温偏高，流凌封河关键期气温明显偏低，开河后期气温持续偏高。

以宁蒙河段包头气象站为例，凌汛期平均气温为-5.7 ℃，接近常年同期（-5.3 ℃）。其中：流凌前期11月上中旬平均氣温为-2.7 ℃，较常年同期偏高0.5 ℃;流凌封河关键期12月上旬至1月中旬平均气温为-11.4 ℃，较常年同期偏低1.8 ℃;开河前期2月上、中旬平均气温为-10.0 ℃，较常年同期偏低2.6 ℃，开河后期2月下旬至3月中旬平均气温为0.8 ℃，较常年同期偏高2.1 ℃。该年度凌汛期包头站旬平均气温变化趋势见图2。

3 上游来水特点

动力条件是影响凌情变化的又一主要因素。受龙羊峡、刘家峡水库调度影响，2018—2019年度凌汛期宁蒙河段流量持续偏大。凌汛期上游兰州站来水总量为98.13亿m3，较常年偏多25%;宁蒙河段石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐站来水总量分别为96.89亿、83.60亿、89.73亿、86.61亿m3，分别较常年偏多28%、14%、23%、26%。其中：兰州和石嘴山站各月来水均较常年同期偏多，巴彦高勒、三湖河口和头道拐站除3月来水较常年略偏少外，其余各月均偏多。

4 凌情特点成因

4.1 首凌晚、首凌到首封历时短的原因

4.1.1 11月冷空气势力弱，气温高

2018年11月内蒙古河段共出现6次降温过程，其中弱降温3次，中等强度降温2次，强降温1次（见表2）。强降温出现在11月14—16日，包头站日均气温由1.3 ℃降到-5 ℃。受此次强降温过程影响，11月15日起内蒙古河段气温开始稳定转负。此后，11月20—24日、26—29日又出现两股弱冷空气过程，包头站日均气温分别由-3.3 ℃降到-5.5 ℃、由0.8 ℃降到-6 ℃。

由于冷空气势力较弱，因此11月内蒙古河段气温较高。11月中、下旬包头站气温分别为-1.3、-4.1 ℃，分别较常年同期偏高0.5、0.6 ℃。

4.1.2 11月河道流量大

2018年11月内蒙古河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐站平均流量分别为850、905、830 m3/s，分别较常年同期偏大38%、49%、58%。其中11月下旬三湖河口和头道拐站平均流量分别为1 030、1 010 m3/s，较常年同期偏大54%和75%。

4.1.3 12月上旬遭遇连续强降温

2018年12月上旬内蒙古河段遭遇连续强降温过程。12月3—4日，受寒潮过程影响，内蒙古河段气温骤降，包头站48 h降温幅度达10 ℃，12月4日包头站日平均气温达-10 ℃，日最低气温达-16 ℃。12月5日气温略有回升，之后第二次强降温过程接踵而至，12月7日包头站日平均气温降至-18.3 ℃，日最低气温达-21 ℃。受此影响，内蒙古河段于12月4日出现首凌，12月7日出现首封。2018—2019年度内蒙古河段流凌封河主要是受一次寒潮加一次强冷空气的连续影响所致。

4.1.4 小 结

气温和流量是冰凌形成的两个主要影响因素。一般气温越低，流量越小，越利于冰凌的产生。2018年11月中下旬内蒙古河段气温较高，流量较大，且在降温过程中内蒙古河段河道流量出现持续增大现象，不利于冰凌形成。12月上旬内蒙古河段遭遇连续强降温，降温幅度大，低温持续时间长，为流凌封河创造了有利条件。

4.2 槽蓄水增量小的原因

槽蓄水增量的形成是气温、上游来水和河道边界条件综合作用的结果。一般气温越高、上游来水越小、河道过流能力越强，槽蓄水增量越小。2018—2019年度凌汛期内蒙古河段气温较常年略偏低，凌期上游来水量大，但内蒙古河段河道条件改善，冰下过流能力较强。

4.2.1 河道条件

2012年汛期黄河干流内蒙古河段发生了1981年以来最大洪水，使河道过流能力明显增大，三湖河口断面同水位过流能力增大约700 m3/s[4]。2018年汛期黄河上游再次发生持续性洪水，使内蒙古三湖河口以上河段得到较大程度冲刷，河道过流能力较2012年进一步增大。

4.2.2 冰下过流能力

冰盖会引起水流阻力增加，从而导致河道过流能力下降及能量损失增加。在黄河内蒙古河段，封冻初期一部分水量转化为冰，还有一部分水量受冰盖阻水影响，转化为槽蓄水增量。头道拐断面通常会出现一段时期的小流量过程，随着冰盖下冰花阻水作用的减小，流量逐渐增大，小流量过程结束。头道拐站小流量过程持续时间在一定程度上反映了冰下过流能力的强弱。一般头道拐站小流量过程持续时间越短，表明冰下过流能力越强。

2018—2019年度凌汛期头道拐站小于等于350 m3/s的小流量过程共持续8 d，较常年少18 d，较2012—2013年度少12 d，小流量过程持续时间为1970年以来第四短。图8为1970年以来历年头道拐站小流量过程与内蒙古河段最大槽蓄水增量变化情况，可以看出内蒙古河段最大槽蓄水增量与头道拐站小流量过程持续时间的变化趋势基本一致，小流量过程持续时间越长，内蒙古河段最大槽蓄水增量越大。

4.2.3 万家寨水库提前放水，降低水位，有利于冰凌下泄

12月4日内蒙古河段出现首凌后，万家寨水库立刻采取泄水运用方式，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，为冰凌下泄提供了有利条件，有效避免了冰凌在库尾及上游河道堆积。

综上所述，2018—2019年度凌汛期内蒙古河段河道条件改善、冰下过流能力较强是槽蓄水增量偏小的主要原因，同时万家寨水库提前放水降低水位，有利于冰凌下泄，避免在上游河道形成冰塞，从而避免了槽蓄水增量的过度增大。

4.3 开河形势平稳的原因

4.3.1 槽蓄水增量小

宁蒙河段自上而下开河，伴随槽蓄水增量的释放，开河时凌峰流量呈现沿程增大的过程。凌峰主要出现在巴彦高勒—头道拐河段，最大凌峰流量每年均出现在头道拐站[3]。图9为1951—2018年内蒙古河段各站历年凌峰流量，可以看出：石嘴山、巴彦高勒站历年凌峰流量多在1 000 m3/s 以下，两站之间凌峰没有明显增大;三湖河口、头道拐站凌峰流量则明显增大，三湖河口站凌峰流量多为1 000～2 000 m3/s，多年平均为1 240 m3/s，头道拐站凌峰多为1 500～3 000 m3 /s，多年平均为2 160 m3/s。可见，巴彦高勒以上来水过程只是组成头道拐站凌洪过程的基流，而其凌峰主体主要靠巴彦高勒—头道拐之间槽蓄水增量的释放。因此，槽蓄水增量小，不易形成较大的开河凌峰。

同时，槽蓄水增量对头道拐站开河最大10 d水量影响明显。头道拐站开河最大10 d水量主要由槽蓄水增量及河道基流两部分组成。内蒙古河段全线开河一般在3月中下旬，考虑水流传播时间，取巴彦高勒站3月上旬平均流量作为开河期河道基流。常年3月上旬巴彦高勒站平均流量为445 m3/s，合计水量3.84亿m3，占头道拐站开河最大10 d水量的38%（見表3），槽蓄水增量释放水量占头道拐站开河最大10 d水量的62%。可见，槽蓄水增量是影响头道拐站开河最大10 d水量的主要因素。槽蓄水增量越小，头道拐站开河最大10 d水量越小。

4.3.2 开河前期气温回升不明显，开河历时长

开河凌峰和开河最大10 d水量不仅与槽蓄水增量的大小有关，还与槽蓄水增量的释放过程密切相关。一般槽蓄水增量释放越集中，越容易形成较大的凌峰，开河最大10 d水量也越大。内蒙古河段开河历时与头道拐站开河最大10 d水量关系见图10。可以看出，巴彦高勒至头道拐河段全线开通历时越短，头道拐站开河最大10 d水量越大。开河前期内蒙古河段气温回升不明显，影响了开河速度。2018—2019年度巴彦高勒至头道拐河段全线开通历时19 d，槽蓄水增量均匀释放，不易形成较大的凌峰过程，头道拐站开河最大10 d水量亦较小。

4.3.3 水库调度及人工分凌影响

开河期采取“上控、中分、下泄”的防凌措施。“上控”即进一步压减刘家峡水库下泄流量;“中分”即当开河发展至三盛公水利枢纽时启用内蒙古应急分洪区分引凌水;“下泄”即降低万家寨水库运用水位，为河道凌水下泄创造条件，从而确保开河平稳。

2019年2月上、中、下旬刘家峡水库控泄流量分别为473、460、413 m3/s，3月上旬进一步压减出库流量到372 m3/s。同时，内蒙古河段于2月27日启动人工分凌措施，至3月22日累计分凌4.302亿m3。水库调度和人工分凌措施在很大程度上减小了河道流量，3月上、中旬巴彦高勒站平均流量分别为323、190 m3/s。河道基流减小，一方面降低了开河水位，一方面减小了开河动力，避免不利的动力因素遭遇不利的热力因素，减缓开河速度，确保“文开河”形势。同时，万家寨水库从2月中旬开始逐渐降低库水位，至3月10日万家寨水库水位降至962.43 m，较凌期最高水位低约12 m，为凌水下泄创造了有利条件。

5 结 语

（1）2018—2019年度凌汛期黄河宁蒙河段首凌晚，首凌到首封历时短，封河流量大;封冻冰层厚、封河长度短;槽蓄水增量小，凌期水位低;开河日期早，开河历时长;开河形势平稳，开河凌峰小，开河最大10 d水量少。

（2）凌汛前期11月影响宁蒙河段的冷空气过程偏弱，11月中下旬气温偏高，同时内蒙古河段河道流量偏大，受此影响，2018—2019年度内蒙古河段首凌为历史最晚;12月上旬内蒙古河段遭遇连续强降温，因而首凌到首封历时仅4 d。

（3）虽然2018—2019年度凌汛期内蒙古河段气温低，上游来水量大，但2018年汛期黄河上游发生持续性洪水，使内蒙古三湖河口以上河段得到较大程度冲刷，河道条件改善，冰下过流能力增大，因而2018—2019年度使内蒙古河段槽蓄水增量较小。同时，封河发展期万家寨水库提前放水降低水位，有利于冰凌下泄，避免形成冰塞，从而避免了槽蓄水增量的过度增大。

（4）槽蓄水增量大小及释放过程是影响内蒙古河段开河形势的主要因素。2018—2019年度内蒙古河段槽蓄水增量小，开河前期气温高，开河历时长，槽蓄水增量均匀释放，不利于形成较大的凌峰过程。同时，开河期刘家峡水库压减出库流量、万家寨水库提前降低库水位以及人工分凌等措施，降低了河道水位，减小了开河动力，为凌水下泄创造了有利条件，从而确保了“文开河”形势。

参考文献：

[1] 刘吉峰，霍世青，王春青. 黄河凌情预报研究与防凌需求[J]. 中国防汛抗旱，2017，27（6）：15-17.

[2] 陈冬伶，刘吉峰，谢晨，等. 黄河内蒙古段凌汛期槽蓄水增量影响因素分析[J].人民黄河，2017，39（5）：33-35.

[3] 彭梅香，王春青，温丽叶，等.黄河凌汛成因分析及预测研究[M].北京：气象出版社，2007：73-141.

[4] 侯素珍，王平，楚卫斌. 2012年黄河上游洪水及河道冲淤演变分析[J]. 人民黄河，2013，35（12）：15-18.

【责任编辑 许立新】