寧蒙河段2015—2016年度凌情特點及凌災成因分析

胡士輝，張 健，趙文榮

(黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004)

黃河位于我國中北部，受大陸性季風氣候影響，冬季部分河段會出現封凍。受地理位置、河流走向和河道條件等因素的影響，黃河寧蒙河段和下游河段是凌情災害重點防控河段[1]。不少專家學者對凌情發展機理、冰凌預報、凌災成因等進行研究，劉吉峰等[2]研究提出了未來黃河防凌決策對凌情預報的技術需求；郭立新等[3]研究了黃河山東段冰情影響因素、機制及觀測方法；張瑞春[4]通過fluent數值模擬方法研究了不同冰厚時的冰蓋等效應力情況；段高云[5]開展了黃河內蒙古河段防凌防洪運用方式研究等等，本文在吸收借鑒前述研究的基礎上，利用2015—2016年度水文氣象及凌情觀測資料，分析本年度寧蒙凌情特點及其凌災成因，為該河段防凌減災以及凌情預報提供參考。

1 凌情概況

黃河寧蒙河段位于黃河流域最北端，自寧夏中衛縣黑山峽入境，至內蒙古準格爾旗馬柵鄉出境，全長1217km，是黃河防凌的重點河段[6]。2015年11月24日寧蒙河段三湖河口段開始流凌，12月15日頭道拐斷面上游4km什四份子險工處出現首封，2016年1月22日封凍上首至寧夏回族自治區沙坡頭庫區，最大封凍長度888km，其中寧夏河段208km(含寧蒙交叉段40km)，內蒙古河段680km。2月7日封凍上首寧夏沙坡頭庫區開始融冰解凍，3月3日寧夏河段開河，3月24日內蒙古河段全線開通，封開河歷時101d。

2015—2016年度凌災災情導致直接經濟損失3729萬元。封河期間，由于萬家寨庫尾喇嘛灣河段發生嚴重冰塞，造成清水河縣4650畝耕地、30畝魚塘、3.7km公路淹沒，5戶村民家中受淹，損毀水利設施7套，庫區左岸交通道路因上水被迫封閉132h。開河期間，萬家寨庫尾再次發生冰塞，水位驟漲，致使庫區右岸準格爾旗大路鎮3個村10個社受災，左岸清水河縣9戶居民家進水。淹沒耕地11216畝，林地90畝，魚塘424畝；淹沒和沖毀道路4.3km、生產堤12.8km、揚水站3處、護河堤壩700m、灌溉渠系9.8km。包頭河段開河期間也因卡冰結壩水位上漲，致昆都侖河入黃口倒灌，造成九原區三艮才部分溫室、耕地被淹297畝，黃河大堤多處吃水。

2 凌情特點

2.1 氣溫起伏變化大，封開河氣溫偏高、穩封期偏低

2015—2016年度寧蒙河段氣溫起伏變化劇烈，呈前后高中間低態勢。其中，封河期和開河期平均偏高1.8～3.3℃；穩定封凍期平均偏低0.5～2.2℃。

內蒙古河段流凌前期(11月上中旬)氣溫較多年同期(1960—2010年，下同)偏高2～3℃，受2015年11月22日冷空氣影響，22—25日日均氣溫下降6～10℃，24日8時，三湖河口斷面出現首凌；封河過程氣溫較多年同期偏高1～2℃，12月13—16日降溫幅度為6～9℃，且下游段降溫幅度大于上游段，15日9時內蒙古頭道拐水文斷面上游4km處(什四份子險工)出現首封；穩定封凍期受寒潮影響氣溫較常年同期偏低2～3℃；開河前期(2016年3月上旬)氣溫較多年同期偏低0～1℃，3月3—9日日均降溫12～15℃，延緩了上游段的開河進度；開河期(3月中下旬)氣溫較多年同期偏高2℃左右，總體開河期氣溫平均偏高1～2℃左右。

2.2 流凌、封河時間晚，封凍長度長

本年度寧蒙河段首凌及首封日期較常年偏晚。2015年11月24日8時，三湖河口斷面出現本年度首凌，流凌密度為1/10，流凌日期較常年(1987—2010年，下同)偏晚5d。受強冷空氣影響，15日9時內蒙古頭道拐水文斷面上游4km處(什四份子險工)出現首封，河段首封時間較常年偏晚12d。

寧蒙河段12月15日首封后，在氣溫持續偏低情況下，在險工、卡口、橋梁呈現分段封凍，封河界面分別向上、下游快速延伸，形成多處清溝。1月23日內蒙古河段全線封凍，封凍長度680km。1月23日寧夏河段分多段封河，即青銅峽壩上、沙坡頭壩址以上和麻黃溝以上分段封凍。2月3日起黃河寧蒙河段進入穩定封凍期，黃河寧蒙河段封凍長度約888km，為近5年來最長。

2.3 區間來水少，封河流量小

2015年11月—2016年3月，黃河各主要來水區間來水均較多年同期偏少。其中：唐乃亥來水量26.6億m3，偏少19%；龍劉區間來水量7.4億m3，偏少32%；劉蘭區間來水量7.1億m3，偏少5%。凌汛期劉家峽水庫泄流總量(小川站)59.3億m3，與龍羊峽、劉家峽水庫聯合調度運用以來相比偏少12%。

三湖河口河段首封前3天平均流量為567m3/s，較近10年封河流量偏小20%左右，三湖河口—頭道拐斷面封河流量為177～300m3/s，普遍偏小。

2.4 槽蓄水增量小，且集中釋放

自12月15日頭道拐斷面上游首封開始，河段槽蓄水增量開始緩慢增加，至2016年3月17日石嘴山至頭道拐區間累計槽蓄水量達到最大值9.712億m3，較多年均值偏少29%。槽蓄水量主要集中在巴彥高勒至三湖河口區間和三湖河口至包頭區間。3月中下旬巴彥高勒至頭道拐斷面開河以后，巴-三區間、包-頭區間槽蓄水量集中釋放歸槽，三-包區間釋放緩慢；石-巴區間槽蓄水量較小，自3月初石嘴山斷面開河后緩慢釋放。各區間槽蓄水量沿程變化如圖1所示。

2.5 開河凌峰流量大，開河水量少

2016年3月21日10時包頭斷面開河，21日15時頭道拐斷面開河。由于兩斷面同日開河，槽蓄水增量釋放集中，河段上下大流量首尾相接，3月21日頭道拐站最大凌峰流量2010m3/s，為12年來最大；開河最大十日水量為7.23億m3，較常年偏少30%。

3 凌災險情

內蒙古清水河縣凌汛險情：2015年封河前夕，由于流凌時間長，大量冰凌堆至萬家寨庫區回水末端，下行途中受彎道及呼準鐵路-準興重載公路橋墩阻冰影響，冰凌下泄不暢，庫區阻塞段不斷堆冰，有的段落最大堆冰厚度達10m左右，致使曹家灣以上水位急劇上漲，12月9日下午，庫區左岸水泥廠一帶沿黃公路發生漫水(凌)險情，長度約1km，最大水深約0.5m。10日上午10時，堆冰發展到喇嘛灣公路大橋上游7km處，河道水位壅高，造成拐上移民新村旁邊山洪溝發生倒灌。下午4時，堆冰向下移動，曹家灣一帶再次發生冰塞漫水，長度達5km，最大水深約1m。經緊急降低萬家寨庫水位，加之頭道拐附近河段封凍，險情緩解。

包西鐵路橋冰塞險情：3月19日，包頭市九原區三艮才(包西鐵路大橋上游約1km)處冰凌堆積，卡冰結壩長度近5km。20日，受黃河水位上漲影響，昆都侖河入黃口回水造成部分溫室大棚被淹，黃河大堤多處吃水，威脅堤防安全。鄂爾多斯軍分區派出達拉特旗人武部率領爆破分隊25人，乘2艘氣墊船上冰布陣。經過7處冰上爆破，冰壩炸開，水位回落，險情排除。

萬家寨庫區冰塞險情：3月20日下午，萬家寨庫尾大準鐵路橋(原豐準鐵路橋)上游4km處發生冰塞，長達9.5km，冰塞使水泥廠至喇嘛灣河段水位驟升2m以上。21時，鄂爾多斯市準格爾旗柳林灘村、前房子村、小榆樹灣村進水，8戶民房受淹，地方政府連夜組織提前轉移3村莊村民。22日12時，冰塞長度發展到11.2km，致喇嘛灣水位猛漲3m，持續2個多小時后，冰塞潰決下移，水位回落，冰凌行進至岔河口時再次發生冰塞，水位最高上漲約8m。經緊急降低萬家寨庫水位，險情解除。

4 成因分析

4.1 氣溫變化

近年來，受全球氣候變化影響，極端天氣氣候事件呈多發、頻發態勢[7- 8]。2015—2016年凌汛期氣溫較常年總體偏高，具體表現為封河期和開河期氣溫偏高；穩定封凍期氣溫偏低。氣溫條件使得本年度流凌凌歷時長、封凍初期較快、后期封凍延緩、開河過程初期平緩、后期加快。

從三湖河口出現首凌至十四份子險工首封歷時21d。流凌時間長，導致大量冰凌在萬家寨庫區頂托堆積，12月6日冰凌頂托堆積上首位于喇嘛灣黃河公路大橋下游1km處，隨著流凌天數的增加冰凌頂托堆積向上游延伸，水位逐漸升高。12月9日由于冰凌阻塞水位急劇升高，導致清水河縣拐上村2戶村民家中進水被淹，清水河縣沿黃公路出現漫水漫凌的險情。10日上午10時，堆冰發展到喇嘛灣公路大橋上游7km處，河道水位壅高，造成拐上移民新村旁邊山洪溝發生倒灌。下午4時，堆冰向下移動，曹家灣一帶再次發生冰塞漫水，長度達5km，最大水深約1m。經緊急降低萬家寨庫水位，加之頭道拐附近河段封凍，險情緩解。12月15日冰凌頂托上首呼大高速黃河特大橋下游2km至萬家寨大壩全部封凍。

3月12日以后，隨著氣溫升高，開河進度逐漸加快，并呈現分段融冰解凍，清溝增多擴大，岸冰脫岸，蓋面冰大量減少，部分河段主槽融冰開通。3月19日包西鐵路橋上游1km處(閘下309km)形成冰塞，壅高上游水位，造成漫灘，21日開通。3月21日豐準鐵路橋處形成嚴重冰塞，上游水位急劇升高，導致清水河縣1個村莊、準格爾旗2個村莊進水，10戶民房受淹，清水河縣沿黃公路上水堆冰，內蒙古黃河防凌前線指揮部和地方政府連夜組織群眾緊急撤離安全轉移，黃河防總協調萬家寨水庫降低庫水位，22日冰塞開通，萬家寨庫尾險情解除，開河進入萬家寨庫區，至24日內蒙古河段全線開通。

4.2 上游來水

2015年，黃河流域上中游各主要來水區間來水總量較多年均值偏少36%。本年度凌汛期，黃河各主要來水區間來水均較多年同期偏少10%以上。寧蒙河段各站凌汛期平均流量較常年均偏小，三湖河口站封河前11月平均流量449m3/s，較多年均值(1986—2010年)偏少43.8%，頭道拐站11月平均流量444m3/s，較多年均值偏小32%。

4.3 封河流量小，河道沿程水位低

河道流量是影響冰情進展的重要因素。封河流量較小時，封凍后過流能力恢復較慢，容易形成水鼓冰裂破壞冰蓋的穩定性帶來險情。內蒙古首封河段首封前3天平均流量為567m3/s，較近10年封河流量偏小20%左右；內蒙古河段穩封期水位較近5年平均偏低0.10～0.70m。

4.4 水庫調度

萬家寨水庫運行后，回水至拐上，流凌期內上游河段流下的冰花被水庫攔蓄[9]，通過適時調整水庫運用水位，為凌情平穩發展創造條件。凌汛期萬家寨水庫的調度原則一般是：封河發展期按水位970m控制，穩定封河期972m控制，頭道拐斷面小流量結束后975m控制，開河期不超過970m運用。近年來按此水位控制并結合實時調度，萬家寨庫尾冰塞、冰壩現象有所緩解。但是，2015—2016年度按照上述階段水位對萬家寨水庫進行調度，內蒙古河段流凌期和開河期在回水末端以上26km處上下河段都出現了冰塞、冰壩的險情。2次險情出現時，萬家寨庫水位比該時期控制水位分別低1.79m和5m，庫區多處彎道和橋墩影響冰凌通過，也是庫尾段形成冰塞的重要因素。萬家寨水庫建成后，庫區水面比降僅為0.1‰，庫區回水末端流速慢，輸冰能力小，當冰凌堆積較多時易發生冰塞或冰壩。

4.5 河道邊界條件

20世紀80年代以來，水庫調節、天然徑流減少以及沿黃工農業取用水導致黃河內蒙古河段發生了嚴重的淤積萎縮現象，河槽過流能力不斷降低。根據近幾年汛期防洪調度河道過流能力分析結果，寧蒙河段平灘流量從1986年以前的3500～4000m3/s降到目前的2000m3/s左右[10- 11]。加之寧蒙河段河勢游蕩多變，彎道多，極易出現卡冰結壩等情況，由此將引發水位壅高，水流漫灘，堤防長期偎水等不利局面，增大了堤防防凌的壓力。

4.6 涉河建筑物

寧蒙河道已建、在建橋梁共40多座，運營浮橋15座。包頭河段、萬家寨庫區河段橋梁密集，平均間隔距離不足10km，不僅對河道行凌產生了不利影響，同時也制約了冰凌爆破的有效實施。

5 結語

(1)2015—2016年度寧蒙河段凌情主要特點：氣溫起伏變化大，封開河氣溫偏高、穩封期偏低；流凌、封河時間晚，封凍長度長；區間來水少，封河流量小；槽蓄水增量小，且集中釋放；開河凌峰流量大，開河水量少。凌情成因主要是：氣溫、上游來水、封河流量、水庫調度、河道邊界條件及涉河建筑物等。

(2)采取“上控、中分、下泄”原則，采取預設封河流量、科學調度干流骨干水庫、適時啟用分凌區等非工程措施，可為穩定寧蒙河段流量、創造有利開河條件、減輕凌汛風險等提供保障。

(3)本年度2次險情出現時，萬家寨庫水位比該時期控制水位分別低1.79m和5m，說明僅靠水位控制水庫調度是不夠的，建議盡快開展庫區回水末端冰塞或冰壩形成機理與萬家寨庫水位降低運用時機的研究，進一步優化凌汛期調度，減少類似險情出現。