4.3 黄河宁蒙河段凌情特征分析
4.3.1 历史凌灾统计
凌情成灾主要有两个方面：一是冰塞、冰坝引起的水位壅高而直接导致的凌洪泛滥；二是冰体压力与流冰碰撞而导致河道堤防受损甚至毁坏，从而间接引起凌汛洪水。冰塞一般发生在河道封冻的初期，此时冰盖下聚集大量碎冰冰花，在水流动力作用下，一部分沿冻结的冰盖向上游延伸而封冻，另一部分潜入水下流动，当遇到阻碍时，就在冰盖下堆积起来，堵塞过水断面，壅高上游水位。严重时可直接导致下游水位下降，形成上下游较大的水位差。冰坝发生在解冻开河时期，这时大量流冰冰块在河道狭窄弯曲处受阻，冰块上爬下插，大量堆积，形成冰坝。冰坝问题严重时会导致上游水位急剧涨高，造成漫滩偎堤的严重凌情。
黄河宁蒙河段1951/1952—2010/2011年共发生冰坝322次，占凌情发生总数的93.1%；发生冰塞23次，占凌情发生总数的6.6%；发生冰体压力及流冰撞击凌情1次，占凌情发生总数的0.3%。但是，并不是所有凌情都会造成灾害，346次凌情中造成凌灾的有88次。其中，由于冰塞造成灾害20次，占总灾害数的22.7%；由冰坝造成灾害67次，占总灾害数的76.2%；由冰体压力及流冰撞击造成灾害1次，占总灾害数的1.1%。
由此可见，宁蒙河段冰坝发生频率远高于冰塞发生频率，冰坝是宁蒙河段凌情的主要表现形式。由表4-3对宁蒙河段各断面的凌情及凌灾统计可以看出，宁蒙河段冰塞型凌灾最严重的区间为下河沿—石嘴山，其次是头道拐及以下，而三湖河口—昭君坟则没有发生冰塞现象；冰坝型凌灾最严重的区间为昭君坟—头道拐，而头道拐及以下60年间没有发生冰坝灾害；冰体压力及流冰撞击造成的灾害仅在昭君坟—头道拐河段发生过一次。总体来看，1951/1952—2010/2011年黄河宁蒙河段平均每年发生冰情5.77次，平均2年成灾1次。凌情每年都有不同程度的发生，而凌灾不是每年都有发生。
表4-3 黄河宁蒙河段各断面凌情及凌灾情况
注 河段Ⅰ表示下河沿—石嘴山，河段Ⅱ表示石嘴山—巴彦高勒，河段Ⅲ表示巴彦高勒—三湖河口，河段Ⅳ表示三湖河口—昭君坟，河段Ⅴ表示昭君坟—头道拐，河段Ⅵ表示头道拐及以下。
4.3.2 历史凌情特征分析
4.3.2.1 凌汛三期特征
凌汛三期是指流凌日期、封河日期、开河日期。统计时段为1950/1951—2000/2001年，包括石嘴山、巴彦高勒、三湖河口及头道拐四个站点。
（1）流凌日期。由表4-4可以看出宁蒙河段四个水文站中，最早的流凌日期为1959年11月8日（石嘴山、巴彦高勒），三湖河口与头道拐两站的平均流凌日期较为接近，均在11月18日、19日前后。平均流凌日期最早的是三湖河口站，这是由于该段河道比降较低，水流速度较慢，且凌期平均气温最低所造成的。
（2）封冻日期。三湖河口站封冻日期最早，平均封河日期为12月5日，最早封河日期为11月7日；巴彦高勒站平均封河日期为12月13日，比三湖河口晚了近8d。巴彦高勒站与头道拐站平均封河日期比较接近，均在12月13日、14日前后。石嘴山站封冻日期最晚，多年平均值为1月3日，与三湖河口站相比晚了近30d，与另外两站相比晚了近15d。
（3）开河日期。石嘴山站开河日期最早，多年均值为3月3日，最早开河日期出现在1979年2月10日，这是由于1979年冬末春初来自西伯利亚和蒙古的冷锋迅速向西北回撤，导致宁蒙段迅速升温，石嘴山站提前开河。巴彦高勒站平均开河日期较晚，多年均值为3月15日；三湖河口与头道拐站多年开河日期比较接近，均在3月4日、5日前后。由于是地处宁蒙河段最北端的水文站，三湖河口站最晚开河日期出现在1970年4月5日，较往年均值晚了近30d。
表4-4 1950/1951—2000/2001年流凌、封河、开河日期特征分析
4.3.2.2 封冻历时
根据黄河宁蒙河段四个水文站点封冻历时资料，由表4-5分析可以看出宁蒙河段封冻历时最长可达150d，即当遭遇极端低气温持续事件时，宁蒙河段会在全年5个月的时间里全河段封冻。全河段封冻会影响冬季供水、交通及发电等，给该地区的人民生活带来极大不便。石嘴山站封河历时最短，多年平均为60d，其中最短历时为20d，最长历时可达102d，相差82d，这表明石嘴山站冬季气温年际变化较大，从而导致封冻历时相差较大。三湖河口站封冻历时最长，多年平均达108d，其中最长历时可达150d，接近宁蒙河段最长的封冻时间。
表4-5 宁蒙河段及主要水文站封冻天数统计
4.3.2.3 开河期凌峰
由表4-6可以看出，石嘴山站开河当日多年平均流量为四站中最小，仅为593 m3/s，其开河最大凌峰值最高达1700 m3/s（1967年）；开河最小凌峰值为422 m3/s（1997年）。1997—2000年石嘴山、巴彦高勒、三湖河口三站同时出现了开河期的最小凌峰流量。头道拐站最大凌峰流量为历年来最大值，达到3500 m3/s（1968年），其最小凌峰流量为1000 m3/s（1958年）。三湖河口最大凌峰流量达到2220 m3/s（1967年），其平均凌峰流量为818 m3/s。总体来看，头道拐最大凌峰流量变化最大，石嘴山年均开河流量则最小。
表4-6 主要水文站开河期凌峰流量统计
4.3.3 近10年宁蒙河段凌情特征变化
4.3.3.1 近10年凌汛三期特征
近10年宁蒙河段凌汛三期情况见表4-7，与历史凌情比较可以看出，近10年流凌平均日期较往年均普遍推迟，封河日期也普遍延后。其中，石嘴山近10年的流凌日期较历史时期推迟了近8d，封冻日期延后了4d，开河日期则提前了12d。由此可见，进入21世纪后宁蒙河段凌情发生了较大变化，受气候变暖和水库调度的影响，宁夏段的流凌封河日期向后推迟，而开河日期大幅提前，使得宁夏段封冻历时大为减小。内蒙古段三站流凌日期均有所提前，流凌日期提前最多的为头道拐站，达9d；封冻日期延后最多的为三湖河口站，达14d。值得注意的是，虽然近10年来内蒙古段的流凌、封河均有所提前，但与宁夏段不同的是，除了三湖河口站开河日期与往年持平外，另外两站开河日期均有所推迟，其中头道拐站开河日期较往年推迟了4d，这主要是由于龙羊峡、刘家峡水库防凌调度运行，调蓄了该河段水量，减缓了水流速度，以实现平稳开河。
表4-7 近10年宁蒙河段主要站点凌汛三期统计
4.3.3.2 冰期气温
统计分析 2001/2002—2010/2011年宁蒙河段 11月至次年3月冰期气温特征可以看出（见表4-8），宁蒙河段冰期平均气温为-4℃，气温变化范围在-33～28℃之间，最高气温出现在 3 月，最低气温出现在 1 月。石嘴山站平均气温最高（-2.1℃），头道拐站平均气温最低（-5.5℃），巴彦高勒与头道拐的冰期平均气温在-4℃左右。
表4-8 近10年冰期气温特征 单位：℃
续表
4.3.3.3 封冻历时
统计近10年黄河宁蒙河段封冻历时数据发现（见表4-9），石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐近10年来平均封河时间都有不同程度减少。其中石嘴山站减少天数最多，为17d；巴彦高勒站减少了15d；三湖河口与头道拐站分别减少了7d和8d。这说明近10年来区域气候变暖和龙刘水库的运行对宁蒙河段封冻历时均有一定程度的影响，宁蒙河段平均封冻时间减少近10d。
表4-9 近10年主要站点封冻历时统计 单位：d
4.3.3.4 开河流量
由表4-10黄河宁蒙河段开河流量统计可以看出，2001/2002—2010/2011年石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐平均开河流量较往年均有减小，分别比往年减小14 m3/s、118 m3/s、68 m3/s和81 m3/s。三湖河口历史最大开河凌峰流量出现在1967年，高达2220 m3/s；头道拐站在1968年开河最大凌峰流量达到宁蒙河段历时最大值，为3500 m3/s，而近10年宁蒙河段最大开河流量仅为1200 m3/s（头道拐）。近年来黄河宁蒙河段开河流量较往年普遍减小的原因主要是由于上、下游水库防凌调度运行。
表4-10 近10年开河流量统计 单位：m3/s
4.3.3.5 近10年槽蓄水增量变化
如图4-2所示，通过分析了20世纪90年代以来宁蒙河段冰期槽蓄水增量变化，发现2000年以前该河段冰期槽蓄水增量平均为12.8亿m3；而2000年是一个分界点，2000—2010年的11年间，冰期槽蓄水增量平均为15.7亿m3。特别是2005年，该河段冰期槽蓄水增量达到近20亿m3，创下了近20年之最。从整体趋势上来看，2000年以来宁蒙河段冰期槽蓄水增量变化要明显高于历史时期。
图4-2 1990—2010年宁蒙河段槽蓄水增量变化
4.3.3.6 小结
（1）受气候变暖和水库调度的影响，近10年流凌平均日期较往年均普遍推迟，封河日期也普遍延后。其中，石嘴山流凌日期推迟了近8d，封冻日期延后了4d，开河日期则提前了12d；内蒙古段三站流凌日期均有所提前，头道拐站流凌日期提前最多，达9d；三湖河口站封冻日期延后最多，达14d。开河日期方面，三湖河口站开河日期相差不大，头道拐和巴彦高勒开河日期均有所推迟，其中头道拐站开河日期较往年推迟了4d。
（2）由于冰期气温偏高和龙羊峡、刘家峡水库防凌调度的运行，石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐近10年来平均封河时间都有不同程度减少。其中石嘴山站减少天数最多，为17d；巴彦高勒站减少了15d；三湖河口与头道拐站分别减少了7d和8d。
（3）受黄河宁蒙河段上、下游水库防凌调度运行的影响，石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐平均开河流量较往年均有减小，分别比往年减小14 m3/s、118 m3/s、68 m3/s和81 m3/s。另外，近10年来宁蒙河段冰期槽蓄水增量变化要明显高于历史时期，其中2005年该河段冰期槽蓄水增量达到近20亿m3，创下了近20年之最。