Page 33 - 水利学报2021年第52卷第5期

水 利 学 报

2021 年 5 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 5 期

文章编号：0559-9350（2021）05-0535-11

黄河内蒙古河段典型凌情过程模拟

王 涛 ，余弘婧 ，郭新蕾 ，刘吉峰 ，陈玉壮 ，佘云童 3
1
2
3
1
1
（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环与调控国家重点实验室 北京 100038；
2. 黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；3. 阿尔伯塔大学 阿尔伯特 加拿大）
摘要：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。
关键词：黄河；凌情；模拟；冰厚；冰盖前沿；水温；流量
中图分类号： TV143 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200579

1 研究背景

黄河是中国凌汛出现最为频繁的河流之一，凌汛问题一直受到中央和水利部的高度重视，随着
刘家峡、龙羊峡、万家寨和小浪底水库的运行，黄河干流凌汛灾害得到很大缓解，万家寨水库以下
的中下游已经连续多年未出现一定规模的凌汛灾害，主要凌汛灾害集中在最北端的内蒙古河段。黄
［1］
河内蒙古河段位居倒“U”字型河道大拐弯最底部（如图 1） ，全长 823 km，冬季最低气温可达-35 ℃，
特殊的地理位置导致内蒙古河段封河自下游向上游、开河自上游向下游发展。无论从地理位置、河
道走势还是水文气象条件看内蒙古河段都是黄河冰情最为严重的区域。最近十几年内蒙古河段凌汛
［2］
又出现了新情况 ：冬季平均气温偏高，气温变幅大；河道淤积严重；槽蓄水增量加大。这些新特点
的出现使得内蒙古河段的冰情规律发生了明显变化，现有的冰情预报和模拟模型参数不能客观地反
映冰情的新特点，需要改进现有冰情模拟系统以反映当前冰情特性，更准确地把握其变化规律。
从 1950 年代开始就涌现一批冰情研究学者开展黄河冰情观测 ［3-4］ 、局部河段冰情模拟 ［5-6］ 、冰情
特性研究 ［7-9］ 等，为全面掌握黄河冰情机理奠定了坚实基础。随着科技手段的进步、科研水平的提
高及新型观测仪器的研发，黄河冰情研究得到进一步发展。李志军 ［10］ 、郜国明 ［11］ 和邓宇等 ［12］ 通过
在黄河典型河段取冰块样本进行实验室分析，研究了黄河不同结冰期冰盖结构和力学性质的变化
特征。王军等 ［13-14］ 改进了冰塞下冰块起动的临界条件计算形式，并借鉴泥沙输运理论推导得到冰塞
面变形方程，计算黄河河曲段稳封期河道中的冰塞堆积厚度。冀鸿兰等 ［15］ 根据实测资料，总结了万
家寨水库运行后上游河段冰情的变化特点。王涛和郭新蕾等 ［16-18］ 采用神经网络和模糊推理系统预报黄

收稿日期：2020-07-29；网络首发时间：2021-03-15
/
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20200315.1530.001.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC1508403）；国家自然科学基金项目（51979291，52009144）；中国水科院科研专项
（HY0145B642017，HY0145B912017）
作者简介：王涛（1975-），博士，教授级高级工程师，主要从事河冰水动力学及冰情预报研究。E-mail：wangtao@iwhr.com；
通讯作者：郭新蕾（1980-），博士，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail：guoxinlei@iwhr.com
— 535 —