李文义, 张志超

(山东黄河河务局,山东 济南 250011)

小浪底水库运用后黄河下游凌情变化分析

李文义, 张志超

(山东黄河河务局,山东 济南 250011)

黄河下游历来是凌汛多发河段，历史上曾频频决口，给两岸人民造成巨大灾难。小浪底水库的建成为黄河下游防凌提供了强有力的工程措施，有效地减轻了凌汛威胁。探讨了黄河下游多年凌情特点及变化趋势，对影响凌情的主要因素进行了分析，并初步探讨了小浪底水库对下游凌情的影响。同时，对影响凌情的其他因素进行了归纳。结果表明：小浪底水库的运用缩减了封河长度和冰层厚度，缓解了凌情，其防凌成功的经验对黄河上游和其他凌情严重的河流具有借鉴意义。

凌汛；小浪底水库；黄河下游；封河流量；封河长度

冰凌是寒区和中高纬度地区河流在冬季的一种水文现象，其发生、发展及消融的演变过程取决于河道走向与形态、水文条件和气象条件等[1]。由于黄河下游所处地理位置和河流走向，再加上河道冲於多变，一直以来，该河段冰情严重，灾害损失惨重[2]。凌汛由于其突发性强的特点，预报、防守难度很大，黄河下游防凌一直是历代的难点问题。从20世纪50年代以来，在黄河干流开始修建三门峡水库，缓解了下游凌汛威胁。小浪底水库的建成，使得下游凌汛威胁进一步减轻。小浪底水库运用后，下游河道凌汛期的水情要素发生了一些变化，出现了一些新情况、新问题，笔者对黄河下游凌情特点和小浪底水库运用对下游凌情的影响进行初步分析，以期为黄河下游防凌工作提供有益参考。

1 黄河下游河道特点和凌情概况

黄河下游从河南郑州桃花峪到山东垦利县的入海口，河道全长785.6 km，落差89 m；位于北纬34°50′～38°00′、东经113°30′～118°40′，纬度相差3°10′。河道的基本特点是河道宽、浅、散乱，泥沙淤积严重，两岸靠大堤作屏障，河床高出两岸地面4～6 m；河道基本流向是西南东北方向，河道宽度特点是上游段河道宽，下游段河道窄；冬季气温特点是上游段气温高，下游段气温低；另外，上、下游河段流量变幅也比较大。

特定的地理位置、河道形态和不同的水文、气象条件，构成了黄河下游不稳定封冻河段的冰情变化的特殊性和复杂性。黄河河道比降平缓，流速较小，其流向从低纬度流向高纬度，纬度差较大；气温上暖下寒，结冰封河是溯源而上，解冻开河则是自上而下。上游下泄的冰水在急湾、卡口等狭窄河段，由于排泄不畅，极易结成冰坝、冰塞，堵塞河道，导致上游水位急剧升高，严重威胁堤防安全，甚至决口[3-4]。黄河下游凌情有如下特点：

1)冰凌洪水的洪峰流量沿程递增。这是因为开河时由于河道前期槽蓄水量沿程迅速释放，流量逐段汇集、增多，造成凌峰流量沿程递增。

2)流量不大，水位很高。由于河道排泄不畅，或冰坝堵塞，造成上游河段水位迅速壅高。如下游利津站1955年凌峰流量仅1 960 m3/s，水位达到15.31 m，1958年伏汛期间洪峰流量10 400 m3/s，水位仅为13.76 m，比1955年凌峰流量对应水位低1.55 m。

3)发生突然，防守困难。凌汛期从流凌到封河有时不到1 d，给防守造成很大困难，历史上有“凌汛决口，河官无罪”之说。从1949年以来，尽管投入了大量人力物力，在1951年和1955年，河口地区还是发生了2次凌汛决口。

4)封河流量基本得到控制，封河长度缩短。小浪底水库建成后，凌汛期下游河道流量基本得到控制，下泄水温较高，加之气候变暖的影响，封河长度大幅缩短。

根据1950—2015年66 a的观测资料统计，黄河下游河段约80%的年份发生封冻，其中多数年份只发生1次，当遇寒流强度不大或持续时间较短但次数较多时，也可能会造成2次甚至3次封河、解冻现象。据统计，在1950—2015年的66 a中，黄河下游有54 a封冻，封河最长达703 km(1968—1969年度)，从入海口一直封至花园口以上的荥阳县汜水河口。封冻日期一般从12月下旬到第2年的2月中旬，平均结冰期约45 d。多年平均封河长度224.06 km，小浪底水库运用前(1950—2000年)多年平均封河长度为254.00 km，小浪底水库运用后(2001—2015年)年平均封河长度116.17 km，如图1所示。从图中可以看出，60多年来，黄河下游封河长度呈递减趋势，暖冬现象和干流水利工程改变了河流动力条件和水温，从而促进了这种趋势。

图1 黄河下游1950—2015年凌汛期封河长度变化趋势

2 小浪底水库对黄河下游凌情变化的控制性作用

2.1 小浪底水库概况

小浪底水库位于河南省洛阳市以北40 km处的黄河干流上，上距三门峡水库130 km，下距郑州花园口站128 km。坝址控制流域面积69.4×104km2，占花园口以上流域面积的95.1%。小浪底水库是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程，水库的开发任务是以防洪(防凌)、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电。设计总库容126.5×108m3，包括拦沙库容75.5×108m3、防洪库容40.5×108m3、调水调沙库容10.5×108m3。兴利库容可重复利用防洪库容和调水调沙库容。设计安装6台30×104kW混流式水轮发电机组，总装机180×104kW，年发电量51×108kW·h[5]。

水库主汛期(7月11日—9月10日) 汛限水位225 m，相应库容29.2×108m3，后汛期(9月11日—10月23日) 汛限水位248 m，相应库容62.4×108m3。水库最高防洪水位265 m，相应库容96.3×108m3，相应泄流能力11 400 m3/s。主汛期和后汛期防洪库容分别为67.1×108、33.9×108m3。

2.2 影响淌凌、封河、开河因素分析

影响淌凌、封河、开河的因素比较多，主要有热力因素(主要是气温)、动力因素(主要是流量)、河道边界条件及人类活动影响等[6]。如果气温偏低，流量较小，在河道弯窄处，排水不畅，就容易造成封河[7]。在影响凌情的3个因素中，热力因素主要为气温，可通过加强气象预报为防凌提供技术支持。但由于影响气象的因素非常复杂，气象预报的精度有时偏差较大。对于给定的河流段，其河床边界也已经确定，一般很难改变。调节水动力条件在现代技术条件下已经可以实现，因此，利用水库调度改变进入下游河道的水量，在防凌工作中具有非常重要的作用。

2.2.1 天气因素

进入21世纪以来，黄河下游凌汛期气温保持偏高态势，如图2所示。从图中可以看出，10多年来凌汛期平均气温为-0.56 ℃，比多年均值-1.23 ℃偏高近0.67 ℃。另外，同20世纪50、60年代相比，低温强度和持续时间也相对缩短。这些因素均对凌情缓解起到了一定作用。

图2 小浪底水库运用后凌汛期(12月至来年2月)滨州站平均气温

2.2.2 水库凌汛期调度

历史上黄河干流缺乏控制性水利工程，凌汛期防凌所能采取的措施非常有限。建国以来黄河下游先后修建了三门峡和小浪底两座水库，特别是小浪底水库建成后，利用水库进行水量调节，对减轻黄河下游凌汛威胁起到了很大作用。两座水库联合调度，在下游河道封冻前增大封河时的河道流量，抬高冰盖，增大冰盖下的过流能力；在封冻后水库下泄流量适当减小，降低河道槽蓄水量；解冻前进一步减少下泄流量，控制河道槽蓄的后续水源，促进河道“文开河”。依靠三门峡、小浪底水库调节，并配合其他防凌措施，黄河下游凌汛威胁得到了有效控制。

2.2.3 河道形态改善

河道形态的改变对缓解凌情具有明显作用。多年来，黄河下游河床持续抬升，客观上加剧了凌情。2002年以来，利用小浪底水库，黄河下游连续实施了10余次调水调沙，有效改善了下游河道形态，下游河床平均下切约0.86 m，使得凌汛期水流集中，流速加大，对凌情的减轻起到了明显作用。

2.3 黄河下游河道水情、凌情分析

小浪底水库运用前(1950—2000年)，以三门峡水库运用为标志可分为自然状态(1960年前)和人为干预状态(1960—2000年)2个时期。1960年之前黄河下游封河流量年际变化幅度较大，如图3所示，年平均封河长度369 km；三门峡水库防凌运用后，黄河下游年平均封河流量(利津水文站)大致稳定在400 m3/s左右，年平均封河长度225.3 km。尽管三门峡水库对防凌作用明显，但是由于下游河道较长，三门峡水库以400 m3/s流量下泄水量，该水量到达利津站需10 d左右，遇到突然大幅降温，防凌调度难度较大。同三门峡水库相比，小浪底水库更接近下游，防凌调度效果相对明显。

图3 凌汛期封河流量趋势(利津水文站)

气温变化是黄河下游凌情主要影响因素之一，一般北镇站日平均气温稳定转零下2～5 d后开始出现流凌[2]。据统计，黄河下游封河当日气温多年均值为-7.1 ℃，一般情况下累计负积温在-20 ℃左右时开始封河，封河当日和前3日平均气温均在0 ℃以下。

小浪底水库运用以来，下游防凌形势有所缓解，封河长度和封河年份数量同之前相比出现一些新的变化，如图4所示。

图4 2001—2016年凌汛期封河长度变化

从图4可以看出，小浪底水库运用后黄河下游年平均封河长度仅有116 km，比多年平均值(224 km)减少近一半，封河长度递减趋势明显。在1950—2000年凌汛期，仅有7个年度未封河，其中在1993—1994年和1994—1995年2个年度出现1次连续2个年度未封河；但在2001—2002年至2015—2016年，短短15个年度出现5个年度未封河，历史上还首次出现了2011—2012年至2014—2015年4个年度凌汛期未封河的现象。同时，冰盖厚度也从20世纪60、70年代的30～50 cm变为现在的20 cm左右。其主要原因：①出库水温较高(≥6 ℃)，水温低于0 ℃断面大幅下移；②20世纪90年代以来出现持续暖冬现象，凌汛期气温较高。

另外，同期在小浪底水库的调控下封河流量控制在200～400 m3/s，这些因素均对下游凌汛产生了明显影响。当然，由于资料系列较短，其确定性关系当前还不能完全确定，有待日后增补序列继续分析研究。

3 结语

小浪底水库强大的调蓄能力，为下游防凌创造了良好条件。水库的调节运用有效地减少了下游河道封河长度和冰层厚度，凌情得到较大缓解。多年防凌调度实践表明，小浪底水库在防凌运用方面取得了较为成功的实践经验，水库在防凌方面的效果显著，黄河下游防凌成功的经验对黄河上游和其他凌情严重的河流具有借鉴意义。

由于暖冬的影响，近十几年来下游平均气温有所升高，对凌情的缓解有一定影响。黄河已经持续了20多年的枯水期，凌汛期下游河道流量偏小，小流量封河比较严重。小流量状态下易封易开，给防凌带来不利影响，需要加强三门峡、小浪底水库的调度，给下游封、开河创造有利条件。

[1]姚惠明,秦福兴,沈国昌,等.黄河宁蒙河段凌情特性研究[J].水科学进展,2007,18(6)：893-899.

[2]可素娟,王敏,饶素秋.黄河冰凌研究[M].郑州：黄河水利出版社,2002：4-5.

[3]黄河水利委员会黄河志总编辑室.黄河流域综述[M]. 郑州：河南人民出版社,1998：8-9.

[4]罗党，吴佳林，陈晓蒙.基于灰关联的黄河冰凌灾害风险评估研究[J].华北水利水电大学学报(自然科学版)，2016，37(1)：45-49.

[5]魏向阳,李旭东,蔡彬.小浪底水库运用后黄河下游防凌问题分析[J].冰川冻土,2003,25(增刊2)：241-244.

[6]康志明,张芳华,李金田，等.黄河宁蒙河段封河和开河预报方法初探[J].气象，2006,32(10)：41-45.

[7]翟家瑞.黄河防凌与调度[J].中国水利，2007(3)：34-37.

(责任编辑：乔翠平)

Analysis on the Change of Ice Situation in the Lower Yellow River after the Operation of Xiaolangdi Reservoir

LI Wenyi, ZHANG Zhichao

(Yellow River Shandong Bureauy, Jinan 250011, China)

The lower reaches of the Yellow River has always been ice flood-prone river, and the dyke breaking was frequently occurred in history, which had brought great catastrophe to the downstream people. The construction of the Xiaolangdi Reservior has provided strong engineering measures for ice prevention, which can effectively mitigate the ice flood threat. This article analyzes characteristics and trends of ice conditions over the past years in the lower reaches of the Yellow River, and the main factors influencing the situation were also analyzed. Furthermore, the influence of Xiaolangdi Reservoir on the downstream ice condition is discussed. At the same time, the other factors influencing the situation are summarized. The results show that the application of Xiaolangdi Reservoir reduces the length of the river closure and the thickness of the ice layer, and alleviates the ice condition. The successful experience of the ice prevention on the upper reaches of the Yellow River and other ice-heavy river has a reference.

ice flood; Xiaolangdi Reservior; the Lower Reaches of Yellow River; flow of river closure; length of river closure

2016-10-28

李文义(1973—),男,山东乐陵人,高级工程师,博士,从事水文水资源管理、水利工程建设等方面的研究。E-mail：lwysdl@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.01.004

TV212.5+2

A

1002-5634(2017)01-0018-04