黄河宁蒙段凌汛期径流量变化分析

　　摘要：黄河石嘴山至巴彦高勒河段长期以来冰期实测径流多数年份过程对应差，其量存在上大下小现象。通过对两站28个冰期实测径流资料分析，初步弄清冰期径流存在的主要问题及其产生原因，建立了两站径流关系。为今后指导测验，提高水文情况预报质量找到了一种新的途径。 　　关键词：径流变化；凌讯期；黄河宁蒙段 　　 　　1河段概况 　　 　　石嘴山站位于宁夏平原最北端，巴彦高勒站位于内蒙古黄河三盛公水利枢纽拦河闸下，地理坐标分别为东经106°47′和107°02′，北纬39°15′和40°19′，均属黄河流域高纬度地区。两站集水面积分别为309 146和314 000km2，区间面积为4 854km2。多年平均降水量分别为180mm和140mm，两站附近是黄河流域最干旱的地区，区间无大支流加入。 　　黄河自石嘴山以下进入海渤湾峡谷到乌达公路桥以下大中滩出峡，全长约39km。该河段两岸岸坡较高，有头二、三道坎等急流陡坡，河宽多在250～300m之间，河床坡降较大。大中滩以下至磴口河段，河道弯曲，水流较乱，河心出滩，河面宽多在300～700m之间。磴口至三盛公河段因属三盛公库区，水面宽400～1 500m，冬季三盛公拦河闸敝开闸门泄流，水面宽多在400～1 000m左右。 　　 　　2冰情 　　 　　黄河内蒙河段地处黄河流域最北端，因远离海洋，气候主要受蒙古高压控制，冬季漫长严寒。由于黄河自兰州以下流向由南向北，甘肃、宁夏气温偏高，内蒙古气温偏低，每年河道流凌、封冻均由内蒙开始，然后溯源而上，解冻开河则由上而下逐渐发展。一般情况下，黄河内蒙古乌拉特前旗三湖河口站较巴彦高勒及石嘴山站流凌分别早3d和10d，封冻早7d和28d，开河迟6d和9d。 　　 　　3冰期实测径流对照与误差分析 　　 　　3.1水量平衡方程 　　W巴――（W石＋W区-W引-W蒸±W槽±W岸）=△W 　　式中：W巴、W石――巴彦高勒、石嘴山站月、时段实测径流量； 　　W区、W引――区间加入和引出水量、冬季均按零处理； 　　W蒸――区间月、时段水面蒸发能力，经对7年资料试算，月蒸发能力在0.01～0.04亿m3之间，时段在0.1０m3亿左右，因此暂不考虑； 　　W槽、W岸――河段封冻期槽蓄和河岸调节量，封冻水位上涨为正，开河释放为负，时段槽蓄和平河岸调节量，均可近似视为零； 　　△W――误差。 　　3.2平衡对照对28个冰期两站实测年径流进行对照，巴彦高勒站有21个冰期时段径流较石嘴山站偏小，28年共偏小41.51亿m3，平均每个冰期偏小1.48亿m3，平均误差为-2.4０%，其中1992-1993年度冰期偏小达6.26亿m3相当于石嘴山站时段径流量的9.4０%。经月经流时照分析，1990年和1996年两年较反常，该两年分别于12月23日和7日封河，巴彦高勒站水位分别壅高2.83m和1.77m，实测径流又较石嘴山站偏大0.33和0.30亿m3，河槽槽蓄量出现负值。1995年2月份最典型，巴彦高勒较石嘴山偏小2.34亿m3，经查石嘴山站开河日期为2月18日，巴彦高勒开河日期为3月5日。1995年在河段临近开河，冰凌已开始消融，出现上大下小现象显然不符合实际。 　　3.3两站冰期实测径流与邻站比较随着黄河上游梯级水库的开发运用，黄河上游贵德至青铜峡河段冬季冰凌基本消失，区间各站全年处于畅流状态。为说明石嘴山、巴彦高勒两站冰期测验质量可信度，我们选用测验条件较好的兰州和青铜峡两站1991-1992、1992-1993、1993-1994、1994-1995、1995-1996、1996-1997年度冰期实测径流成果，收集区间支流把口站、渠道站引退水同期实测资料，并对未控区间加入、引出及河道损耗进行推算，分别与两站进行平衡对照。统计结果显示，兰州、青铜峡两站与石嘴山站平衡结果较好，与巴彦高勒站平衡结果较差。 　　 　　4两站冰期径流不平衡原因分析 　　 　　4.1流量测验经对石嘴山站历年冰期资料进行审查，认为除封开河过程测船无法驶进使测次偏少外，其它时期过程控制均较好。巴彦高勒站中高水时主流摆动大，冲淤变化严重，低水时常常出现串沟、死水和浅滩，流冰期测船无法到达，封冻时流量测验多按连地冰处理，导致成果偏小。该河段水流条件差，冰塞严重，历年多为立封，又常夹杂清沟，盖面冰下冰花多，厚度大，平整度差，浅滩部分水下常出现数股水流，致使单次质量难予控制。80年代中期以前测次相对较多，其后测次减少，过程控制差。 　　4.2资料整编经对90年代以来石嘴山、巴彦高勒两站逐年水位流量关系进行审查发现两站冰期定线方面问题较多，处理欠妥，方法运用不符合本站测站特性。石嘴山站由于封河年份较少，封冻历时较短影响较小，巴彦高勒站每年都封，且历时较长，对径流影响较大。造成这种现象的主要原因是80年代末期以来测次数量减少，过程控制差，造成推流误差很大。 　　 　　5冰期过流能力分析 　　 　　5.1冰期流量变化的一般规律 　　如前所述，黄河石嘴山至巴彦高勒河段，下游站冰期径流主要依赖于上游站以上来水。冰期随着冰情发展，从流凌到封河，由于河道流量部分形成冰凌，部分因冰的阻力被槽蓄於河道，因此流量急剧减小，稳定封冰后，冰盖下冰花被冲逐渐光滑，糙率减小，比降调整，虽然有时会有融冰、卡冰等影响，流量出现起伏，但总的趋势逐渐增大，直至开河形成凌峰，凌峰过后才恢复正常。 　　5.2冰期过流能力的推求 　　根据冰期河道径流一般规律，考虑水流传播时间后，河段下游站平均流量Q下与上游站同期相应时段平均流量Q上之比：Ki 　　式中：Ki――河段冰下过流能力比。 　　经对两站冰期径流过程进行比较，从中选出流量过程基本符合规律，而且上下游站时段径流成果平衡较好的8年资料进行统计分析，其方法是以巴彦高勒封开河之日为界分别向前和向后分为若干组，每组3天，考虑传播时间，以此推求冰下过流能力比，统计成果见表1，从表中平均过流能力比可以看出，比值依时间的变化完全符合冰期流量变化的一般规律。 　　 　　6径流关系检验 　　 　　根据两站冰期径流关系，经对巴彦高勒站规律性较差的五个冰期径流过程进行检验，统计结果看出，时段径流平衡较好，而且封、开河期槽蓄和释放量基本相对应，径流过程变化也比较合理。经过1993年进行分析，若巴彦高勒站1～3月和12月采用此方案进行改正，年径流量由原来的177.1０亿m3改为183.3０亿m3，增大6.2０亿m3，石嘴山加区间原偏小8.7０亿m3改为偏小2.5０亿m3，误差由-4.7０%减小为-1.30%，平衡结果明显改善。这也说明长期以来黄河石嘴山至巴彦高勒河段水量平衡结果较差，巴彦高勒冰期实测资料误差大是其主要原因之一。 　　 　　7结语 　　 　　7.1从上述分析看出，宁蒙河段影响冰期径流因素多，动态变化大，测验条件差，尤其封开河期测验设备未解决，现行测验手段落后，施测困难多，质量控制难度大，长期以来冰期测验是水文测验质量最薄弱时期。因此利用此方法对测验条件较差且又难以测准年份的资料进行检验、修正效果甚佳，同时对提高水文资料及情报预报质量也是一种有效方法。 　　7.2石嘴山和巴彦高勒两站冰期径流关系推求方法，经过实测资料检验，取得了满意的效果。由于防凌调度逐步科学，黄河径流规律将随之发生变化，因此上述关系在应用过程中，应随资料的积累适时给予必要修正。