海勃灣水庫運用以來黃河內(nèi)蒙古河段凌情變化分析

蘆璐 安鵬

Abstract：In order to analyze the variations of ice regime in the Inner Mongolia reach of the Yellow River after the operation of the Haibowan Reservoir， this paper analyzed the ice condition data of time series of the reservoir from 1990 to the completion of the reservoir and from 2000 to the completion of the reservoir. The results show that after the operation of Haibowan Reservoir， the first ice floating date is delayed and the first freezing date is advanced in Inner Mongolia reach; the ice floating and freezing date are obviously delayed and the breakup date is obviously advanced in Bayangaole section; the ice thickness of Bayagaole section is significantly reduced and the ice thickness of Sanhuhekou and Toudaoguai sections are slightly increased; the channel storage increment is reduced and the maximum ten day water volume of the river and the peak ice discharge decreased significantly.

Key words： ice regime forecast; analysis of ice regime characteristics; Haibowan Reservoir; Inner Mongolia reach of Yellow River

1 研究背景

黃河內(nèi)蒙古河段地處黃河流域最北端[1]，河段全長約800 km，其中麻黃溝段至萬家寨水利樞紐工程約680 km，是黃河防凌的重點河段。受大陸性季風(fēng)氣候影響，內(nèi)蒙古地區(qū)冬季寒冷且漫長，該河段凌汛期一般自11月中下旬河道流凌開始，至翌年3月中下旬解凍開河結(jié)束，歷時120 d左右。

海勃灣水庫是黃河干流內(nèi)蒙古河段唯一一座具有防凌、發(fā)電等調(diào)節(jié)功能的綜合利用水庫，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)，距烏海市區(qū)3 km，下游87 km為已建的內(nèi)蒙古三盛公水利樞紐。該水庫于2010年4月開工建設(shè)， 2014年2月建成投入運行，水庫正常蓄水位1 076.00 m，總庫容4.87億m3，死水位1 069.00 m，死庫容為0.44億m3[2]。海勃灣水庫運用后，在劉家峽水庫凌期調(diào)度的基礎(chǔ)上，就近調(diào)蓄其在凌汛期難以控制的水量，凌汛期比較平穩(wěn)且適宜的河道流量以及水庫下泄的相對溫暖的水流，造成內(nèi)蒙古河段凌情特征發(fā)生一系列改變。

2 海勃灣水庫運用方式

凌汛期內(nèi)蒙古河段的流量主要取決于劉家峽水庫的下泄流量，海勃灣水庫在劉家峽水庫凌期調(diào)度的基礎(chǔ)上，就近調(diào)蓄劉家峽水庫在凌汛期難以控制的水量，對入庫流量實行“多蓄少補”的調(diào)度原則。首先，通過調(diào)節(jié)流凌封河期出庫流量，控制寧夏灌區(qū)引退水造成的流量波動，避免引水流量突然減小或退水流量較大而造成的過大流量封河，創(chuàng)造良好的封河形勢。其次，利用海勃灣水庫騰出的防凌庫容，在開河期進一步控制下泄流量，為下游的平穩(wěn)開河創(chuàng)造條件。另外，在開河期內(nèi)蒙古河段出現(xiàn)重大險情時，可以根據(jù)海勃灣水庫蓄水位和上游來水情況，相機控制下泄流量，減輕防凌搶險壓力[3]。海勃灣水庫凌汛期調(diào)度主要遵循以下原則。

（1）流凌封河期：“調(diào)平”進入下游河段的流量，盡量避免過大或者過小流量封河。流凌封河前維持適宜流量，減小區(qū)間引退水造成的流量波動，塑造符合河道實際情況的適宜封河流量，降低冰塞冰壩發(fā)生概率。在封河期河道條件較好的情況下，盡量保持較大封河流量，以形成封河河道良好的過流能力，從而保證整個凌汛期的防洪安全。

（2）穩(wěn)封期：以水位控制為主，同時穩(wěn)定冰下過流能力。封河期適當(dāng)減小水庫下泄流量，在維持封河河道一定過流能力的同時，有效抑制槽蓄水增量的過快增長，減小開河期壓力。

（3）開河期：有效利用防凌庫容，減小水庫下泄流量。開河期適度壓減流量，降低開河水動力因素和槽蓄水增量集中釋放程度，有效減小開河凌汛洪峰流量，保證平穩(wěn)開河。

3 海勃灣水庫建成后內(nèi)蒙古河段凌情特點分析

3.1 特征日期

氣溫是影響河道流凌、封河、開河時間的主要因素，相同流量條件下，氣溫越低越有利于河道流凌、封河，氣溫越高則越有利于河道融冰開河。分別以磴口氣象站、包頭氣象站、托克托縣氣象站3站氣溫代表巴彥高勒斷面、包頭斷面、頭道拐斷面氣溫。內(nèi)蒙古河段不同年代凌汛期平均氣溫見表1，可以看出：1961年以來內(nèi)蒙古河段凌汛期氣溫持續(xù)升高，從1961—1970年的平均-6.7 ℃上升到1991—2000年的平均-4.1 ℃，氣溫升幅為2.6 ℃。1990年以后，內(nèi)蒙古河段凌汛期平均氣溫變化不大，維持在-4.1 ℃左右。磴口站2011—2019年凌汛期平均氣溫明顯偏高，較1961—1970年凌汛期平均氣溫偏高近3 ℃。

3.2 冰 厚

冬季氣溫越低、封河時間越早、封河歷時越長，冰層厚度就越大[3]。內(nèi)蒙古河段冰厚一般于2月上中旬達到最大，此后隨著氣溫的逐漸回升逐漸變小。封河時間和12月—翌年2月的氣溫條件是影響冰厚的主要因素。海勃灣水庫建成后，烏海至三盛公河段變成了不穩(wěn)定封河河段，巴彥高勒斷面最大冰厚為50 cm，較建庫前的56 cm減小6 cm，三湖河口和頭道拐斷面冰厚較建庫前增大1～8 cm（見表3）。海勃灣水庫建成后，內(nèi)蒙古河段首封、頭道拐斷面封河的時間均較建庫前提前4～6 d，三湖河口斷面封河時間與建庫前相比變化不大，巴彥高勒斷面封河時間則較建庫前推遲了9～10 d（見表2）。封河時間晚是巴彥高勒斷面冰厚減小的主要原因之一。

統(tǒng)計內(nèi)蒙古河段不同水文站12月—翌年2月平均氣溫，觀察其與各斷面最大冰厚變化情況（見圖1），可以看出二者具有明顯的負相關(guān)關(guān)系，即冰厚隨氣溫的升高而減小。2014年以來，磴口站12月—翌年2月平均氣溫較建庫前偏高約1 ℃，托克托縣站氣溫則偏低1 ℃左右，這是造成建庫后巴彥高勒斷面冰厚減小、三湖河口及頭道拐斷面冰厚增大的另一個原因。

3.3 槽蓄水增量

1990年以前內(nèi)蒙古河段凌汛期槽蓄水增量較小，均值僅有6.3億m3，自1990年起該河段凌汛期槽蓄水增量較以前明顯增加，特別是2000年—建庫這段時間增加更為顯著，建庫后內(nèi)蒙古河段凌汛期槽蓄水增量明顯減小（見圖2）。海勃灣水庫建成后，內(nèi)蒙古河段凌汛期最大槽蓄水增量均值約為10億m3，較1990—1999年均值偏小1億m3，較2000年—建庫均值偏小3億m3。

槽蓄水增量大小受凌汛期氣溫、封河流量及穩(wěn)封期來水量等因素的影響。氣溫對槽蓄水量的影響表現(xiàn)為氣溫越低，封河河長越長，槽蓄水增量越大。封河流量越大，冰下過流能力越大，槽蓄水增量越大。值得注意的是，過小的封河流量也會產(chǎn)生較大的槽蓄水增量，如2000—2001年封河流量不足300 m3/s，但內(nèi)蒙古河段的槽蓄水增量接近15億m3，原因是封河流量過小，冰蓋過低，影響冰下過流能力，造成冰凌阻水，使得槽蓄水增量變大。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，建庫后、1990年—建庫、2000年—建庫3個時段封河流量均值十分接近，分別為680、641、648 m3/s。但2000年—建庫封河流量年際變化較大，個別年份出現(xiàn)較大或過小的封河流量，導(dǎo)致槽蓄水增量均值較大。海勃灣水庫運用以來，內(nèi)蒙古河段凌情特征表現(xiàn)為建庫后較1990年—建庫、2000年—建庫封河長度短，加之水庫運用對穩(wěn)封期流量嚴格控制，避免了封河期大流量造成槽蓄水增量增長過快的現(xiàn)象。受以上因素影響，建庫后內(nèi)蒙古河段槽蓄水增量普遍偏小。

3.4 開河期最大10 d水量及凌峰流量

開河時河道融冰和槽蓄水一同下泄形成桃汛洪水。槽蓄水增量的大小和水量集中釋放程度是影響開河期最大10 d水量及凌峰流量的主要因素。建庫后歷年凌汛期最大10 d水量及桃汛洪峰均較1990年—建庫均值偏小較多，其中凌峰流量不足1 000 m3/s的年份占到一半（見圖3）。海勃灣水庫運用以來，在開河期適度壓減流量，降低開河水動力因素和槽蓄水增量集中釋放程度，凌洪過程多呈現(xiàn)寬胖形，開河歷時延長，多呈“文開河”形式，有效降低了開河凌汛洪峰流量。

4 結(jié) 語

海勃灣水庫凌汛期的主要作用在于對劉家峽水庫下泄流量實施進一步調(diào)控。目前，黃河上游防凌工程體系尚不完善，龍羊峽、劉家峽水庫距離寧蒙河段較遠，對于實時凌情不能有效控制，故海勃灣水庫的實時防凌作用更為突出。海勃灣水庫運用以來，著重調(diào)節(jié)封河期的流量過程，創(chuàng)造了較好的封河形勢。近10 a氣候變暖的趨勢明顯，內(nèi)蒙古河段上下游溫差逐漸加大，使得內(nèi)蒙古河段凌情特征發(fā)生一些改變：一是內(nèi)蒙古河段首凌日期推后，首封日期提前;烏海至三盛公河段變成了不穩(wěn)定封河河段，巴彥高勒斷面流凌、封河日期明顯推后，開河日期明顯提前。二是內(nèi)蒙古河段各斷面平均冰厚上游薄下游厚，巴彥高勒斷面冰厚顯著變小，三湖河口及頭道拐斷面冰厚略增大。三是建庫后河段槽蓄水增量減小，最大10 d水量及桃汛洪峰流量顯著減小。內(nèi)蒙古河段凌情特征的一系列變化，為凌汛預(yù)報工作帶來了新的挑戰(zhàn)，分析總結(jié)凌情變化規(guī)律，可為內(nèi)蒙古河段凌汛期預(yù)報與防凌減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

參考文獻：

[1] 可素娟，王敏，饒素秋，等.黃河冰情研究[M].鄭州： 黃河水利出版社，2005：52.

[2] 李旭東，李力翔，張末. 2014—2015 年度凌汛期黃河內(nèi)蒙古河段封河流量異常原因分析[J].中國防汛抗旱，2016，26（6）：32-34.

[3] 黃河防汛抗旱總指揮部辦公室. 2016—2017年度海勃灣水庫防凌實時調(diào)度方案編制[R].鄭州：黃河防汛抗旱總指揮部辦公室，2016：45.

【責(zé)任編輯 張華興】