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黄河宁蒙河段2001—2010年凌情变化分析

2014-03-26王瑞君郭德成高夏阳

东北水利水电 2014年11期
关键词:开河冰凌河段

王瑞君,郭德成,高夏阳

(黄河水利委员会宁蒙水文水资源局,内蒙古 包头 014030)

黄河宁蒙河段地处黄河流域最北端,自宁夏中卫县南长滩乡入境,至内蒙古准格尔旗马栅乡出境,河段全长1204 km。受大陆性季风气候影响,冬季严寒而漫长,日均气温在0℃以下的时间长达4~5个月,最低气温达-36.3℃。宁蒙河段石嘴山以下为稳定封冻河段,凌汛期一般从11月中下旬开始流凌,12月上旬封冻,至翌年3月中下旬解冻开河,凌汛期长达4~5个月左右,封冻天数一般为100 d左右,最长达130余天,封河长度一般在800 km左右,最长达1200 km;冰厚一般为0.7~0.8 m,最厚可达1 m以上。

1 宁蒙河段凌情变化

1)流凌和封、开河时间推迟,首封位置有所下移。宁蒙河段冬季一般在三湖河口—头道拐河段出现流凌,开始流凌日期的多年平均值为11月18日,最早流凌日期出现在1969年11月4日,位于三湖河口以下河段,最晚日期出现在2006年11月30日,出现于三湖河口断面附近。宁蒙河段多年平均封河日期为12月1日,首封地点一般位于三湖河口—包头河段,最早封河日期为1969年11月7日,位于三湖河口—包头之间;最晚封河日期为1989年12月30日,位于包头附近。宁蒙河段开河一般在三湖河口以上开始,由上游向下游发展,多年平均开河结束日期为3月27日,其中:最早开河日期为1998年3月12日,最晚结束日期为1970年4月5日。

2001—2010年10年间,宁蒙河段流凌封河时间明显推迟,首封位置有向下游移动的趋势。宁蒙河段2001—2010年平均首凌日期为11月24日,首封日期为12月4日,最晚开河日期为3月25日。与历年(1950—2010年)均值相比,首凌日期推迟6 d,首封日期推迟3 d,开河日期提前了2 d。宁蒙河段首封位置多在昭君坟及以上河段,最近10个凌汛期,除了2002—2003年首封位置在乌拉特前旗附近以外,其余年份均在昭君坟以下河段,2007—2008年封河位置在万家寨水库库尾的呼和浩特市清水河县曹家湾河段。

2)封、开河期水位偏高,凌汛洪峰减小。宁蒙河段封河一般自首封段开始向上下游延伸,上游流冰在冰盖前缘平铺使冰盖向上游延伸,对上游来水形成冰塞阻力,容易壅高水位,增大堤防防守压力。开河初期,冰块下泄不畅,容易形成冰坝壅水;开河后期,槽蓄水增量释放会引起河道沿程涨水现象。近年来,由于河床不断淤积抬高,多浅滩、弯道、分叉等,因此河道冰下过流能力急剧降低。封河期三湖河口和头道拐水文断面水位有逐年升高的趋势,开河期最高水位则显著升高。2007—2008年度开河期三湖河口最高水位为1021.22 m(出现在2008年3月20日),创历史纪录。

宁蒙河段开河时一般自上而下逐渐开通,凌峰流量沿程逐渐增大,尤其在“武开河”河段,槽蓄水量急剧释放,容易形成峰高时短的尖瘦凌峰。宁蒙河段多年平均凌峰流量为2144 m3/s,最大凌峰流量为3500 m3/s(1968年),最小为1000 m3/s(1958年)。受开河期气温、河道条件、水库调节等多种因素的影响,近年来开河桃汛洪峰有较明显的减小。2001—2010年头道拐站开河期最大洪峰流量平均为 1906 m3/s,较以前均值(1969—2000 年,2200 m3/s)偏小10%,较刘家峡水库运用以来均值(2322 m3/s)偏少18%,在2009年出现了刘家峡水库运用以来的最小桃汛洪峰流量(1380 m3/s)。

2000年以来,宁蒙河段冰凌特点发生明显变化,凌情形势变得更加复杂,凌情灾害时有发生。

2001—2010年,黄河宁蒙河段有5年发生了凌情灾害,其余年份也有不同程度险情。2007—2008年度出现了近40年来最严重的凌情,封河期宁夏河段出现了冰塞,开河期三湖河口水位屡创新高,杭锦旗独贵塔拉奎素段大堤发生溃堤。

3)河道冰下过流能力降低,槽蓄水增量明显增加。凌汛期冰盖会引起流动阻力增加,从而导致河道过流能力下降及能量损失增加。封冻初期下游头道拐断面一般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。

头道拐断面封河期小流量(小于350 m3/s)持续天数变化较大,刘家峡水库运用前,封河期流量过程主要受自然因素影响,凌汛期来水较少,小流量持续时间平均为62 d,但年际间变化很大,最长可达136 d,最短为16 d,平均最大槽蓄水增量为8.7亿m3;1969年以来,受水库调节影响,凌汛期来水量增大,小流量持续天数平均为16 d,明显减少,平均最大槽蓄水增量为10.1亿m3;1986年以来,受河道冲淤、水库调度、气候变化等因素影响,小流量持续时间平均为27 d,平均最大槽蓄水增量为12.7亿m3,呈增加趋势。最近10年小流量持续时间为40 d,显著增加,槽蓄水增量为15.1亿m3,增加明显。

2 宁蒙河段冰凌变化影响因素分析

1)气候变暖,极端天气事件增多。近10年来,宁蒙河段冬季气温较历史偏高,极端天气事件频繁出现。黄河宁蒙河段气候变暖,最近45年气温增速约为0.5℃/10 a。进入21世纪以来,气温升高更加明显,极端天气事件有所增加。

凌汛期气温偏高是流凌及封河时间推迟的主要原因。凌汛期气温高且变幅大,冰盖偏薄,容易造成封、开河不稳定,甚至出现封、开河交替,造成冰凌灾害。

2)水库运用改变了河道水流条件。近10年来,受气候和水量调度影响,凌汛期来水量略有减小。在凌汛期,水库加大泄量,沿程水温升高,水动力作用加强,从而推迟了流凌日期,延缓了封河时间;开河期水库减小泄量,凌汛洪峰降低,冰凌洪水灾害风险降低。这些防凌措施的运用改变了宁蒙河段冰凌的自然规律,影响了河道过流能力,使冰凌特点发生变化。

1998年万家寨水库运用以后,库区由初期的不完全封冻变为最近几年的完全封冻。受最近几年水库水位逐渐抬高的影响,在封、开河的关键期,库尾极易卡冰结坝,壅高水位,从而减弱河道过流能力,增大槽蓄水增量。

3)河道淤积严重,过流能力下降。1986年以来,受龙羊峡水库调节、气候条件和人为因素的影响,内蒙古河段年径流量和洪水过程发生明显变化,大流量时间明显减少,水量分布趋于均匀,输沙能力降低,河道淤积加重。20世纪90年代以来,内蒙古河段河槽淤积萎缩日趋严重,平滩流量降至1000 m3/s左右。

由于河道淤积、河道建筑物的阻冰作用导致封河后的冰盖下过流能力减弱,头道拐站小流量过程持续时间延长,上游来水不能有效释放,使得槽蓄水量明显增大。

3 结 论

2000年以来宁蒙河段冰凌特点发生明显变化,流凌、封河日期推迟,槽蓄水增量明显增大,封、开河期水位偏高,凌情形势更加复杂。出现这种变化的原因包括天气、河道冲淤、水库调度等。

[1]可素娟,王敏,饶素秋,等.黄河冰情研究[M].郑州:黄河水利出版社,2005.

[2]侯素珍,常温花,王平,等.黄河内蒙古河道萎缩特征及成因[J].人民黄河,2007,29(1):25-26.

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