海勃湾水库的防凌作用及对凌情的影响

分析了海勃湾水库运用对黄河内蒙古河段的防凌作用及对凌情的影响。结果表明:海勃湾水库的运用使内蒙古河段流量适时调节能力增强,封河流量控制得更加精准,开河关键期进一步控制下泄流量,减少"武开河"风险;出库水温提高,海勃湾-巴彦高勒河段成为不稳定封冻河段,冰量减少,凌情减轻。受出库水温影响,内蒙古河段流凌和封河条件改变,同等动力及河道条件下,流凌封河要求的累积负气温更低,降温强度更强。分析成果可以为该河段冰情预报和黄河防凌决策提供参考。     

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。     

黄河下游凌情特征及变化

黄河下游冰情的基本特点和规律是:冬季有的年份封冻,有的年份不封冻;下游下段河道流凌封冻日期早,融冰、开河日期晚,封冻历时长,冰盖厚冰质坚;上段河道流凌封冻日期晚,融冰、开河日期早,封冻历时短,冰盖薄冰质酥。冰凌洪水特点是流量小,水位高且上涨快;凌峰流量自上而下沿程逐渐增大。近20年来,由于黄河下游河道水量大幅度减少,甚至发生连年断流,冬季气温持续偏高,加上水库调度等因素的共同影响,引起了凌情的相应变化。这些变化主要表现为:封开河日期提前,封河长度缩短、封冻冰量和槽蓄水量减少,冰塞冰坝发生次数减少,不封冻年频率增加等。     

海勃湾水库对黄河内蒙段防凌作用分析

自１９６８年刘家峡水库运用以来，黄河内蒙段情已在有缓解。由于刘家峡水库距内段较远，对河道凌情变化反应不够灵敏，且其间忽大、忽小的流量过程又无法控制。因此少数年份，仍有较为严重的凌灾发生。     

黄河游荡性河道河冰防御措施探讨

黄河干流禹门口至潼关河段, 俗称黄河小北干流, 流向由北向南, 为典型的游荡性堆积河道.1996年1月和2000年2月, 该河段在5 a时间内出现了2次罕见的凌情和凌灾, 给沿河人民生命和财产带来了严重灾害.通过对该两次凌灾成因进行分析, 探讨了游荡性河道河冰防御措施.     

基于MODIS数据的额尔齐斯河上游河冰物候研究

额尔齐斯河发源于中国新疆阿尔泰山南坡,是中国唯一流入北冰洋的河流。随着中俄“冰上丝绸之路”提出,额尔齐斯河通航具有重要意义,监测其河冰物候变化显得尤为必要。本研究基于2001—2018年MOD09GQ第2波段数据,分析了额尔齐斯河布尔津至斋桑泊段每年河冰物候信息,包括开始封河时间、结束开河时间、冰/雪最大覆盖时间、冰期持续时间、封河速率和开河速率。研究结果表明：（1）MOD09GQ的反射率随河冰开河而逐渐降低,经与南湾水文站实际观测的冰期持续时间相比较,其所得冰期持续时间与实测冰期持续时间变化一致,均略有延长趋势,这表明MOD09GQ能有效监测河冰物候信息;（2）开始封河时间与结束开河时间均有提前趋势,最早开始封河比最晚开始封河提前45天,最早结束开河比最晚结束开河时间提前31天,开始封河比结束开河提前时间更多,导致整个冰期持续时间有延长趋势;（3）封河速率有变慢趋势,开河速率有逐渐加快趋势,这意味着若未来该河段通航,每年通航期将延长,将带来更大的经济效益。     

封河预报数学模型研究

分析了河冰水力学、封河机理及影响封河的因素，并根据封河机理和影响封河的因素，建立了封河预报数学模型，以黄河内蒙古河段为例，率定封河预报数学模型的函数形式进行检验，证明预报模型精度高且使用方便。     

黄河黑山峡水库冰期调度方式初探

黄河上游从西南流向东北，由宁夏流入内蒙，形成了黄河内蒙段封河自下而上，开河自上而下的冰情变化规律，常给两岸造成冰凌灾害。黑山峡水库是黄河干流量先辈近内蒙的一座拟建控制性工程，利用黄河内蒙段封开河水力要素与安宁渡相应流量的关系，对黑山峡水库冰期调度方式进行了初步探讨。     

黄河内蒙古河段河道冲淤演变与凌情响应机制

黄河上游内蒙古冲积性河道凌汛问题突出,研究河道冲淤演变与凌情响应机制可为该河段防凌减灾提供技术支持。根据内蒙古河段凌情、河道冲淤演变资料,分析凌情变化表征指标及与之密切相关的河道冲淤演变特征指标,研究河道冲淤演变特征指标与凌情变化表征指标的响应关系。结果表明:河道冲淤演变的特征指标平滩流量与凌情表征指标冰下过流能力、槽蓄水增量关系密切,冰下过流能力为平滩流量的1/5左右,随着平滩流量减小而减小,而槽蓄水增量随着平滩流量的减小而增大,有利内蒙古河段防凌的平滩流量宜不小于2 000 m3/s,槽蓄水增量宜不超过14亿m3。本研究成果可为内蒙古河段冰凌灾害防治提供参考。     

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。     

基于遥感影像分析1989—2019年黄河内蒙古段河冰时空变化

获取河冰时空分布信息对黄河流域防凌减灾工作及沿岸地区可持续发展具有重要意义。收集黄河内蒙古段1989—2019年冬季河冰遥感影像数据;提出了归一化未封冻水体指数（NDUWI）用以剥离被归一化雪指数（NDSI）误分为河冰的水体像元,确定了该指数划分河冰、水体像元的阈值,并利用NDUWI结合NDSI的方法提取河冰信息进而分析河冰时空分布及变化特征,探讨了海勃湾水库调度及河床演变对河冰分布的影响。结果表明：黄河内蒙古段河冰主要分布在研究区中游（巴彦高勒—三湖河口）。1989年以来,研究区内河冰经历“平稳期”（1989—1997年）、“扩张期”（1998—2000年）、“萎缩期”（2001—2019年）3个阶段,其中2000年出现河冰面积峰值,并于2019年减小至最小。各子段中,海勃湾至巴彦高勒（R1段）2015年前河冰分布稳定,2015年起受海勃湾水库建成影响,河冰面积大幅萎缩;巴彦高勒至头道拐（R2~R4段）河冰面积变化特征大体与全段变化相同。空间上,2015年后R1段以纵向萎缩为主,巴彦高勒至三湖河口（R2段）左岸河冰萎缩,右岸河冰堆积仍有偎堤风险;三湖河口至包头（R3）段全段河冰漫滩现象严重,2016年起得以缓解;包头至头道拐（R4）段以局部漫滩为主,2016年开始以主槽封冻为主。上游海勃湾水库建成后的常规运用可有效减小下游黄河内蒙古段的河冰漫滩现象。研究成果可为黄河内蒙古段水库防凌调度及堤防安全隐患排查提供参考。     

Comprehensive evaluation of ice disaster risk of the Ningxia–Inner Mongolia Reach in the upper Yellow River

The Ningxia–Inner Mongolia Reach, in the upper Yellow River, is one of the most serious reaches suffering from ice flood disaster in China. Firstly, according to its characteristics of ice condition evolution and ice disaster, the concept of ice disaster risk of Ningxia–Inner Mongolia Reach was defined, the risk factors of ice disaster were discussed, and the theory and method of “risk identification–risk estimation–risk assessment–risk management” for the ice disaster risk analysis of Ningxia–Inner Mongolia Reach was proposed. Then, the comprehensive evaluation model of ice disaster risk was established using the projection pursuit, fuzzy clustering and accelerating genetic algorithm method. Finally, the ice disaster risk grade was formulated, and the ice disaster risk of 1991–2010 for the Ningxia–Inner Mongolia Reach was evaluated in this paper. The results show that the application results were consistent with the practical characteristics of water regime, meteorological and ice condition, revealing the rationality of the risk evaluation model. This study aims at enriching and developing the theory and method for the ice disaster risk analysis and providing scientific decision basis for the ice-prevention preparedness of Ningxia–Inner Mongolia Reach, in the upper Yellow River.

     

基于能量耗散关系的黄河内蒙段河床形态调整分析

从河流能量耗散角度研究河床形态调整规律,引入河流功与纵、横向能坡等指标,对50年实测资料进行了研究。黄河内蒙河段受上游水库影响,出现如漫滩洪水减小等水沙过程变化,导致河床宽深比增大,平面活动性增强。在河床形态调整过程中,受水库运用影响的来沙系数与河相系数之间、主槽摆动速率与水沙特征值之间均存在密切联系。分析该河段断面形态变化、平面摆动特性与能量耗散的关系表明:反映河流功的径流量及其过程对河槽过流面积的塑造有直接影响;径流因子与河床形态因子间的相关性受河流能量耗散结构的制约;在研究河段,与来沙系数S/Q有关的河流总功率跟与河段平面摆动速率、月径流离差系数有关的能量分配耗散组合,在不同时期总保持近似制衡关系。     

Comprehensive evaluation of ice disaster risk of the Ningxia–Inner Mongolia Reach in the upper Yellow River

The Ningxia–Inner Mongolia Reach, in the upper Yellow River, is one of the most serious reaches suffering from ice flood disaster in China. Firstly, according to its characteristics of ice condition evolution and ice disaster, the concept of ice disaster risk of Ningxia–Inner Mongolia Reach was defined, the risk factors of ice disaster were discussed, and the theory and method of “risk identification–risk estimation–risk assessment–risk management” for the ice disaster risk analysis of Ningxia–Inner Mongolia Reach was proposed. Then, the comprehensive evaluation model of ice disaster risk was established using the projection pursuit, fuzzy clustering and accelerating genetic algorithm method. Finally, the ice disaster risk grade was formulated, and the ice disaster risk of 1991–2010 for the Ningxia–Inner Mongolia Reach was evaluated in this paper. The results show that the application results were consistent with the practical characteristics of water regime, meteorological and ice condition, revealing the rationality of the risk evaluation model. This study aims at enriching and developing the theory and method for the ice disaster risk analysis and providing scientific decision basis for the ice-prevention preparedness of Ningxia–Inner Mongolia Reach, in the upper Yellow River.     

基于星载雷达特征参数的黄河冰厚反演及冰储量估算

冰厚是冰凌成因分析及预报的重要基础信息,可为防凌减灾提供重要依据。以黄河内蒙古段包头至头道拐水文站为例,利用Sentinel-1雷达影像结合Sentinel-2光学影像对研究区河冰厚度进行估算,首先对Sentinel-2光学影像进行处理,提取凌汛期前黄河主河道边界;然后对Sentinel-1雷达影像进行处理,提取2个强度信息和4个极化分解参数,分析6个雷达特征参数与河冰厚度的相关性;选择相关性最高的参数,采用统计回归方法建立冰厚反演线性回归模型,模型的调整R²为0.657,验证RMSE为9.82 cm,MRE为13.46%,MAE为8.26 cm;对凌汛期黄河冰厚进行反演,分析冰厚时空变化特征,并估算冰储量,同时讨论了河冰的散射机制。研究证明了主动微波遥感数据在黄河冰厚反演中的可行性,可为黄河内蒙古段防凌减灾提供科学参考。     

黄河内蒙古河段平滩流量与有效输沙流量关系

从水沙组合的角度出发,建立了基于水沙二维向量组合的频率统计方法,并在此基础上提出了有效输沙流量的计算方法。根据黄河内蒙古河段巴彦高勒站1954-2006年日水沙资料及汛后平滩流量资料,采用上述有效输沙流量计算方法计算得到了各年有效输沙流量及相应含沙量组合,进而分析了平滩流量与有效输沙流量及有效来沙系数之间的关系。结果表明,巴彦高勒站平滩流量调整分别受到包括当年在内的前期12年来水来沙条件的影响。