黄河宁蒙段凌汛致灾影响因素及灾害演变特点

黄河宁蒙段凌汛致灾影响因素及灾害演变特点作者：郭立兵周跃华田福昌苑希民王丽娜来源：《人民黄河》2020年第02期摘要：黄河宁蒙段冬季凌汛现象频繁发生，凌灾影响损失严重，防凌抢险极为困难。

根据历年凌汛期实测凌情数据与灾害统计信息，阐述凌汛水文过程及其形成机理条件，从热力环境、动力因素、边界条件和人类活动等方面分析凌汛洪水致灾影响因素，系统总结气候条件、水文情势、河势演变及人类活动等多元环境因素驱动下，黄河宁蒙段凌汛封开河时序与周期、冰盖厚度、冰期输水泄流能力、槽蓄水增量、水位流量关联关系及变化梯度、凌峰流量、冰塞冰坝发生频次及凌灾影响、防凌减灾控制等方面的时空演变特点。

关键词：凌汛灾害;致灾影响因素;灾害演变;黄河宁蒙河段中图分类号：TV131.2;TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.005Abstract：Winter ice flood occurs frequently and causes serious damage in Ningxia-Inner Mongolia section of the Yellow River. Ice prevention and emergency rescue is extremely difficult. Based on the measured data and disaster statistics during the flood season， the hydrologic process and forming mechanism of ice flood were expounded. The influencing factors of ice flood disasters were classified from four aspects： thermal environment， dynamic factors， boundary conditions and human activities. Driven by multiple environmental factors such as climatic conditions，hydrological regime， river regime evolution and human activities， the correlation between timing sequence of river closure and opening during ice flood and cycle length， ice sheet thickness， water discharge capacity， tank storage increment and water level flow were systematically summarized. The new characteristics of temporal and spatial evolution in terms of variation gradient， peak flow，occurrence frequency of ice jam and ice dam， impact of ice jam， and control of ice prevention and disaster reduction were also summarized. The research results can provide support for the analysis and assessment of the situation of preventing and reducing the risk and the formulation of risk prevention and control project in Ningxia-Inner Mongolia section of the Yellow River.Key words： ice flood disaster; influence factors of ice flood disaster; disaster evolution; the Ningxia-Inner Mongolia section of the Yellow River凌汛是冬季河道结冰导致冰凌阻挡水流运动而引起的一种涨水现象，直接影响水利工程运行维护、内陆航运、冬季输水、河流水环境、水生态与水安全[1]。

黄河宁蒙段河势走向大致呈Γ形，河段全长1 237 km，纬度范围为北纬37°17′—40°51′，水流自低纬度流向高纬度，11月至翌年2月，低纬度河段多年平均气温比高纬度河段高3.4 ℃，导致黄河宁蒙段自下游向上游逐渐封河，自上游向下游解冻开河，封开河相反时序变化不利于凌汛灾害防治[2-4]。

近年来，黄河宁蒙段凌汛灾害频繁发生，较为严重的年份有1993年、1998年、2003年、2005年和2007—2008年，其中有4 a封河时水位接近1981年大洪水水位。

河道封河时形成冰塞冰坝，导致水位迅速上涨数米，对农田、村庄、道路、堤防、水利设施等造成不同程度的損害，给两岸人民群众生命财产安全带来了巨大的威胁。

2007—2008年度凌汛期间，黄河宁蒙段封河时水位骤涨1～2 m，凌灾侵袭了宁夏中卫市至石嘴山市惠农区沿河10个县（市、区）及渠口农场，约350 km堤防遭受冲淘破坏，1 000 hm2农田、30多hm2鱼池被淹，1 300多hm2滩地漫水，3 400人受到威胁[5]。

特别是20世纪90年代以来，龙羊峡与刘家峡水库联合运用，导致黄河来水来沙情况发生较大变化，河道淤积愈发严重，伏凌汛期同流量对应水位抬高，经常发生洪水倒灌及凌汛漫堤溃堤灾害险情，给沿岸人民带来的经济损失逐年增加，黄河宁蒙段防凌防汛形势依然十分严峻[6-7]。

关于黄河宁蒙段冰凌灾害成因及特点，近年来众多学者从多个角度进行了分析研究。

潘进军等[8]、孟闻远等[9]从气温变化、地理位置与河势变化方面分析了凌汛成因，并提出了凌灾防御能力建设的具体内容;王文东等[10]利用气象与水文实测资料分析了黄河宁蒙段凌汛特征及气象动力学与热力学成因;刘吉峰等[11]根据冰凌观测资料分析了黄河宁蒙段冰凌变化特点，并结合气候变暖、水库调度、河道淤积、河道工程等方面简析了冰凌变化影响因素;徐剑峰[12]从上游水库调节影响方面分析了黄河宁蒙段凌洪灾害形势及防凌减灾对策。

然而，目前对于黄河宁蒙段凌汛致灾影响因素及凌灾演变特点，尚缺少细致全面的分析与总结，本文在凌汛水文过程分析基础上，从热力环境、动力因素、边界条件和人类活动等方面综合分析黄河宁蒙段凌汛致灾影响因素，并系统分析归纳气候条件、水文情势、河势演变及人类活动等多元环境因素驱动下的凌汛灾害演变特点。

1凌汛水文过程据历史凌情资料统计，黄河宁蒙段一般于每年11月中下旬开始流凌、12月上旬开始封河，于翌年3月开河，流凌历时12～40 d，封冻时长70～130 d，凌汛期不同断面平均冰厚为0.5～0.8 m，最大冰厚可达1.0 m。

凌汛一般是指冰凌对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的水文现象。

黄河宁蒙段跨越不同纬度，上游宁夏河段处于低纬度区域，下游内蒙古河段处于高纬度区域，洪水由低纬度高温区流向高纬度低温区，独特的自然地理特征与气候条件差异性导致宁蒙河段冬季冰冻期极易产生凌汛。

通常受气温骤降影响，三湖河口至头道拐河段先形成流凌，在水流驱动作用下冰凌向下游流动，当气温、流凌密度、水流动力、河流边界等条件适宜时，开始大面积聚集冰块形成封河，并自下游向上游持续发展。

封河过程中如遇上游来冰持续堵塞，将导致水位抬升，继而产生冰塞壅水凌汛险情。

如遇气温迅速回升，上游河段槽蓄水增量突然释放，使得自上游至下游凌峰流量不断增加，冰凌流经狭窄弯道或平缓河段极易受阻卡冰结坝，冰体下潜淤塞，壅高水位，从而形成凌汛。

由此可见，宁蒙黄河凌汛主要是指发生于封开河过程中冰塞冰坝壅水抬升水位的现象。

2凌汛形成及致灾因素封开河期间凌汛形成及灾害发生条件主要包括热力环境、动力因素、边界条件和人类活动等方面，具体体现在：①低气温使得上游具有较高的流凌密度;②冰凌块体大且坚硬;③河道水流低速小流量，流凌缓慢;④河势弯曲边界作用下，流凌下潜堆积堵塞，卡冰结坝，壅高水位并向上游发展。

在以上条件充分具备情况下，极易产生严重凌汛过程，造成重大灾害险情。

2.1热力环境热力环境是黄河宁蒙段凌汛发生、发展及演变的重要影响因素，主要包括气温、水温、太阳辐射等，其中太阳辐射干扰气温变化，气温和太阳辐射又同时影响水温变化，气温是凌汛形成演变的主要热力因素。

凌汛流冰产生条件是气温与太阳辐射降低使得水体释放热量而水温降至0 ℃，在气温持续下降或长时间保持低温状态时，流冰输移至下游河段堆积封冻，气温与太阳辐射回升幅度将直接影响融冰开河速率及形势，从而为封开河凌汛灾害的形成创造条件。

凌汛期太阳辐射与气温升降变化幅度、低温持续时间和低温强度等指标差异性越明显，凌汛过程与灾害特点越突出。

黄河宁蒙段多受西风环流控制，气候干燥，降水量小，上下游温差大，为典型的大陆性气候区。

冰凌产生多受寒潮或冷空气入侵影响，冬季时长150～170 d，年极端低温在-30 ℃以下，凌汛期太阳辐射与气温变化加剧，波动梯度较大，为冰塞冰坝形成及灾害风险演变提供了关键性气候条件。

2.2动力因素河流凌汛形成动力因素主要包括流量、断面平均流速和槽蓄水增量等，冰水流动输移促使冰花或碎冰块在下游冰盖前积聚、下潜，造成冰塞冰坝凌汛险情。

其中：断面平均流速对冰凌下潜堆积、冰盖加厚、冰塞壅水等过程影响较大，是冰情形态演变和凌汛形成条件的重要判别指标;凌汛期流量过程波動性、升降梯度变化、凌峰流量大小以及高水位过程持续时间及涨落强度，对凌汛灾害形成与演变起到决定性作用，是凌汛致灾风险程度识别的重要指标;槽蓄水增量是开河凌峰流量形成的重要影响因素，与凌汛期流凌密度、输水流量、降温强度等密切相关，上下游槽蓄水增量的沿程分布是开河期凌汛形成及灾害演变的重要动力条件。

2.3边界条件河道边界条件对于冰凌运动输移、堵塞封冻、冰塞冰坝形成及险情灾情发生与演变具有重要影响，一般包括河势走向、河道比降、纵横断面特征、河相变化、支流入汇与引退水、堤防工程、河道整治工程、跨河桥梁工程等。

不同河道边界条件下，冰水耦合运动特性各有不同，黄河宁蒙段上下游总体河势走向体现了高低纬度冬季气温空间分布差异性及低温影响程度的差别，河道纵横断面特征一定程度影响了冰塞冰坝壅水高度和冰塞体大小规模，河道弯道处易引起冰凌堵塞封冻、卡冰结坝，河流分汊散乱处水流不集中、流速缓慢导致排冰不畅，且黄河宁蒙段泥沙长期淤积趋势造成河床整体抬升，河相变化较大，凌汛期小流量高水位特点愈加突出，加剧了凌汛灾害风险。