黄河宁蒙河段凌情灾害成因分析及防御措施研究

随着经济社会的高速发展,对黄河的防凌安全提出了更高的要求,研究凌情灾害成因及防御措施变化显得尤为重要。通过分析,影响宁蒙河段凌情变化的因素主要包括热力条件、水动力条件和河道边界条件。通过梳理1989年以来宁蒙河段典型凌灾情况,发现造成冰凌灾害的严重凌情多受剧烈天气过程、河道流量变化、复杂河道条件等因素影响。为避免宁蒙河段凌汛灾害,针对热力因素,应及早开展凌汛期气温凌情预报工作;针对水动力因素,应优化凌汛期水库群和分凌工程联合调度;针对河道边界条件,应提前拆除临时阻水建筑物,保证河道畅通,协调空军部队在险情发生时及时轰炸破冰,并加快黑山峡水利枢纽建设,恢复和长期维持较大的中水河槽过流能力,为宁蒙河段防凌防洪提供基本条件。

2000—2022年黄河宁蒙河段凌情演变特点分析

2000—2022年,黄河宁蒙河段凌情出现了一系列新规律、新特点,主要呈现出流凌和封河日期推迟、开河日期提前、流凌历时和封冻历时缩短,封开河不稳定、水文断面最大冰厚变薄、槽蓄水增量明显增大,开河历时变长、开河凌峰明显减小,凌情极值频繁出现等特点。从热力因素、水流动力因素、河道边界条件和水利工程影响等方面分析了形成上述特点的主要原因,结果表明:气温整体偏高且上下游温差增大、水库运用改变径流年内分配使凌汛期来水偏多、河道淤积严重造成过流能力降低是形成上述新规律新特点的原因。

2021—2022年度黄河宁蒙河段凌情特性分析

2021—2022年度凌汛期,黄河宁蒙河段凌情形势总体平稳,主要呈现出流凌期持续时间长、首封日期偏晚、封河流量偏大、封河长度偏短、槽蓄水增量偏少、开河时间偏早、开河凌峰较小等特点。从热力因素、水流动力因素、河道边界条件和水利工程调度4个方面分析了形成上述特点的主要原因。结果表明,气温整体较常年偏高,且偏高程度呈西高东低分布,是造成流凌期持续时间长、首封日期偏晚、封河长度偏短、开河时间偏早的主要原因;较大的封河流量和河道条件的持续改善,使凌汛期河道过流能力增强,在一定程度上抑制了槽蓄水增量的增加,造成槽蓄水增量偏少;科学合理的水利工程调度,为平稳封河、开河创造了有利条件,是做好防凌工作的重要措施。

黄河宁蒙河段冬季气温特点及其对凌情影响

凌汛期气温变化及其对凌情影响规律是凌情预报和防凌调度的基础。基于近60年的气温和冰情观测数据,采用统计分析、线性倾向估计、累计距平等分析方法,研究气温变化特征及其与凌情要素之间的关系。结果表明,20世纪80年代中期以后黄河宁蒙河段凌汛期气温呈明显上升趋势,包头站1956—2013年增温速率约为0.6℃/10 a;气温与凌情关系密切,11月至翌年3月气温越高,则流凌和封河日期越晚,封冻期气温越低,则冰盖越厚且河道封冻越长;开河期若气温回升快,则河道槽蓄水增量集中释放,容易形成较大凌汛洪水;冬季气温自上游向下游逐渐降低的空间分布特征是导致宁蒙河段凌情灾害频发的重要原因,再加上河道淤积和人类活动等因素,凌情形势趋于复杂。

黄河宁蒙河段凌情特性研究

统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。

黄河上游宁蒙河段气温变化对凌情影响的分析

利用 195 4— 1998年冬季 ( 11月至翌年 3月 )各月气温资料 ,研究了气温的时空分布规律、变化特点及其与宁蒙河段凌情的关系 .根据磴口、包头与托克托站的日平均气温 ,建立了气温特征值与部分凌情特征量的关系式 ,分析了气温变化和其它因素对凌情的影响 .

近30a气温变化对黄河下游凌情影响分析

根据 195 1— 1998年黄河下游代表站冬季气温资料 ,统计分析了近 3 0a平均气温和气温过程变化特点及其对凌情的影响 ,并在分析负气温演变特点及其与凌情关系的基础上 ,建立了气温凌情关系式 ,同时利用 70年代以来气温、凌情资料 ,计算分析了气温变化和其它因素对凌情的影响 .

万家寨水库凌情特点及初始封河期调度方案研究

万家寨水库蓄水运用以后已渡过 2个凌汛期 ,这 2个凌汛期各具代表性 .通过对库区河道进行凌期实地查勘 ,根据 2个凌汛期的实际资料和水库运用情况 ,对库区河道的凌汛特点、冰塞冰坝形成及溃决原因等进行了分析 。

黄河内蒙古河段典型凌情过程模拟

近十几年受人类活动和气候变化等影响,黄河内蒙古河段冰情出现新的特征,突发凌情频繁出现,原有的内蒙古河段冰模拟方法已不能满足当前凌情防治的需要,亟待建立能反映凌情物理特性变化规律的河段冰情动态发展数学模型。在实测资料基础上,研究了黄河内蒙古河段冰情时空变化规律,以及河道资料不完整、支流流量资料缺乏及冰桥位置的确定等问题。应用一维冰情数学模型模拟2012—2013年凌汛期黄河内蒙古河段冰情发展过程,并对水温、冰盖厚度、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值进行了对比分析,模拟值和实测值吻合较好。本研究为黄河防凌提供科学依据和方法支撑,也为天然江河、人工渠道冰情全过程模拟提供了研究思路和技术手段。

遥感监测黄河凌情的技术与方法

根据冰对太阳光照有特殊的反射率及其自身与周围环境具有不同的发射率的特点,人们利用卫星遥感技术来监测黄河凌情。同时,为了实现监测目标,使监测数据的获取在空间分辨率和时间分辨率上实现优势互补,加强目标的可判别性与监测区域的可重复性,黄河凌情遥感监测的数据源采用"四颗卫星三种数据"的监测模式,数据的获取采用MODIS、ETM+、TM、CBERS和RADARSAT数据的组合模式。2002～2003年度和2003～2004年度遥感监测黄河凌情的实践表明:利用遥感技术监测黄河凌情,为黄河防凌工作提供了一种获取信息的先进手段,在一定程度上满足了防凌工作的需要,提出的技术和方法用于生产实际中是可行的。

2014—2015年度黄河宁蒙河段凌情及气象成因

2014-2015 年度凌汛期黄河宁蒙河段凌情特点主要表现为首凌日期晚、封河流量大、封河长度短、冰层偏薄、开河凌峰为历史最小等.该凌汛期影响内蒙古河段的冷空气过程强度偏弱,气温较常年偏高,尤其是2015 年1 月内蒙古河段气温异常偏高,磴口、包头、托克托三站月平均气温偏高2.9～ 4.9 ℃.造成宁蒙河段冬季气温偏高的主要因素：①500 hPa 高空图上,2014 年11 月及2015 年1-3 月极涡均维持在北纬60°以北的极地区域;②亚洲中纬度地区盛行纬向环流,不利于北方冷空气南下;③地面图上蒙古冷高压势力偏弱.

黄河流域寒潮天气与凌情关系分析

利用1951～2008年冬季(11月至翌年3月)各月气温资料,统计分析了近50年黄河流域的寒潮天气过程,阐述了寒潮时空分布规律、变化特点、强度和影响范围。分析了寒潮天气与黄河凌情的关系及对凌情的影响,得出黄河流域寒潮天气在时间和空间上的分布是不均匀的,位于高纬度地区的宁蒙河段寒潮发生频率高于黄河下游,寒潮的强度也强于黄河下游,寒潮覆盖的范围也大于黄河下游;黄河流域以一般性寒潮天气最多,历史上强寒潮发生的次数非常少,除了磴口站发生过3次外,流域其他站均未发生过;20世纪80年代中期以后寒潮的活动呈现出逐步减少的趋势,冬季寒潮发生趋于平静;黄河流域50%的封河是寒潮天气造成的;冬季寒潮天气多封河天数也多;冬季寒潮过程次数多、降温幅度大、持续时间长、最低气温低时,黄河下游封河长度将较常年明显偏长。

MODIS动态监测黄河宁蒙河段凌情的技术与方法

黄河宁夏河段和内蒙古河段(以下简称宁蒙河段)的凌情是我国大江大河中的一种特殊水文现象,由于凌情引发的凌汛灾害危害巨大,防凌历来是防汛部门的重要任务。在分析黄河宁蒙河道特点、MODIS卫星遥感数据特点和该河段所在区域天气状况的基础上,提出了MODIS遥感动态监测宁蒙河段凌情的技术与方法,研究和应用表明MODIS卫星遥感技术能够实现宁蒙河段凌情实时动态监测,在动态监测封开河长度、壅水漫滩等方面效果显著。

1999～2000年度黄河宁蒙河段及万家寨水库凌情分析

在对黄河宁夏、内蒙古河段及万家寨水库库区凌情实地查勘的基础上 ,对凌汛实测资料进行了分析。宁蒙河段1999～ 2 0 0 0年度凌情具有封冻河段长、冰盖厚、槽蓄水量大、开河平稳等特点。形成本年度凌情特点的主要原因是气温偏低、流量大等。建议完善河道堤防 。

基于凌情特征分析的黄河宁蒙河段中水河槽规模研究

凌汛是黄河宁蒙河段沿河地区频繁发生的一种气象衍生灾害,因其特殊的地理位置及河道特点而产生。以黄河宁蒙河段实测水沙和凌情资料为基础,开展该河段的凌情特征分析及相应的中水河槽规模研究,分析凌汛期槽蓄水增量、凌峰流量、凌汛最高水位等凌情特征以及凌情特征变化与中水河槽规模的关系,研究平滩流量变化对防凌安全、防洪安全的影响,并进一步从保障防凌防洪安全的角度,研究提出对中水河槽规模的需求。

黄河内蒙古河段凌情特征及变化研究

以水文站实测资料为依据,开展黄河内蒙古河段凌情特征研究,并分析近期凌情变化的特点及原因。结果表明:1近期流凌、封河时间推迟,开河提前,封河期缩短;2年最大槽蓄水增量显著增加,最大值出现时间推后;3封、开河最高水位有所上升,巴彦高勒、三湖河口站凌汛期最高水位上升明显;4冰坝发生次数减少。内蒙古河段近期凌汛特征发生了变化,其原因是内蒙古河段冬季气温总体偏高、气温极值事件较多且交替出现、河道平滩流量减小、涉河建筑物增加、水库防凌调度及防凌工程运用基本合理等。总体来看,内蒙古河段的防凌形势仍较为严峻,需要多措并举,以解决防凌安全问题。

黄河内蒙段凌情变化规律及智能耦合预报模型

由于特殊的地理位置、水文气象条件及河道特性的影响,黄河内蒙段几乎每年都会发生凌汛。对黄河内蒙段主要控制站的气象水文等实测数据进行分析后,发现近年来随着凌期气温升高,流量增大,流凌、首封日期推后,开河日期提前,且最大冰厚明显变薄。为此,以黄河内蒙段巴彦高勒站为例,通过相关分析选取合适的预报因子,采用基于遗传算法的神经网络方法建立了凌情智能耦合预报模型(GA-BP模型),对流凌、封河、开河日期进行预报。对比不同模型的预报结果,发现多元线性模型、BP模型和GA-BP模型合格率分别为80%、86.7%和93.3%,GA-BP模型的预报精度较高。因此,GA-BP模型可以为黄河内蒙段的凌汛灾害防治提供重要支持。

黄河内蒙古河段凌情要素序列突变点诊断

黄河内蒙古河段是黄河冰情最为严重的河段之一,受气候环境变化及水利工程运用等影响,冰情条件发生了改变,给黄河凌情预报带来不利影响。采用有序聚类分析、M-K检验法、滑动秩和检验3种方法对1951—2019年的黄河内蒙古河段各主要水文站流凌、封河、开河日期以及河段首凌日期、首封日期、最大槽蓄水增量、头道拐站最大凌峰等凌情序列进行变异综合诊断分析,得出各凌情要素序列的变异时间点不完全一致,变异点主要在1965年、1987年、1993年、2000年前后;并对变异成因进行了初步分析。

黄河多源异构凌情数据仓库初步研究

气象、水文、工程等海量数据信息和文档资料是防凌减灾分析决策的基础。以多源异构数据仓库建设为目标,针对防凌减灾各项业务流程和数据需求,提出黄河凌情数据仓库架构体系。依据防凌工作主题设计数据仓库多维数据模型。在此基础上,利用ETL工具对原始观测数据进行集成整合,建立黄河多源异构凌情数据仓库,并集成在黄河防凌智慧平台。通过数据仓库可以为防凌业务提供大量分析型数据信息,提高黄河防凌减灾综合决策水平和工作效率。

黄河凌情预报研究与防凌需求

根据黄河历史凌灾情况和近十几年凌情特点,总结了黄河防凌减灾工作的重要性,阐述了凌情预报对防凌减灾决策的技术支撑作用;在此基础上,结合黄河凌情预报技术现状和防凌减灾技术发展趋势,提出未来黄河防凌决策对凌情预报的技术需求,建议在连续河道地形测量、河道冰凌观测和变动河床冰凌过程研究的基础上,将水文热力学预报模型与冰水动力学模拟模型相结合,建成黄河宁蒙河段冰凌预报模型系统,实现黄河宁蒙河段冰凌过程的连续滚动模拟和预报,更好地为黄河防凌决策提供技术支持。