Page 41 - 水利学报2021年第52卷第5期

加，稳定封河期缓慢变化，开河前后迅速释放，巨大的槽蓄量变化影响凌汛期流量模拟的精度。
三湖河口封河时间和开河时间分别为 2012 年 12 月 5 日和 2013 年 3 月 14 日，内蒙古河段全线开河
时间为 3 月 20 日。根据流量实测值和模拟值比较（见图 12）计算过程可分为 4 个阶段：封河前期、冰
盖快速发展期、稳定封河期和开河期，4 个阶段流量的模拟值和实测值均方根误差和绝对误差均值见
表 4，每个阶段流量变化特点为：（1）封河前期（11/1—12/4）河道内无槽蓄水量，流量的模拟值和实测
值吻合好，这个阶段三湖河口流量模拟值和实测的均方根误差为 55 m /s，绝对误差均值为 42 m /s；
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（2）冰盖快速发展期（12/5—12/27）因冰盖阻力增加，槽蓄量快速增加，流量下降，河道中大量的槽蓄
水导致流量模拟值和实测值差别较大，模拟值和实测值均方根误差为 281 m /s，绝对误差均值 265 m /s；
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（3）稳定封河期（12/28—3/5）冰盖厚度缓慢变化，冰盖下糙率减少，槽蓄量趋于稳定，这个阶段三
湖河口流量实测值和模拟值吻合好，其均方根误差为 65 m /s，绝对误差均值为 55 m /s；（4）开河期
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（3/6—3/20）河道内巨量的槽蓄量在短短几天时间释放到下游，从图 12 可以看出三湖河口槽蓄量集中
释放期最大洪峰流量为 1100 m /s，这个阶段流量的模拟值和实测值误差大，其均方根误差为 191 m /s，
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绝对误差均值 146 m /s。
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表 4 流量模拟值和实测值的误差
日期（月/日） 11/1—3/31 11/1—12/4 12/5—12/27 12/28—3/5 3/6—3/20
均方根误差/（m /s） 139 55 281 65 191
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绝对误差均值/（m /s） 96 42 265 55 146
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14 巴彦高勒- 巴彦高勒- 三湖河口 三湖河口 1500
头道拐槽蓄量 三湖河口槽蓄量 实测流量 模拟流量
12 1300
1100
10
槽蓄量/亿 m 3 8 6 900 （m 3 /s）
700
4 500 流量/
2 300
0 100
11/1 11/11 11/21 12/1 12/11 12/21 12/31 1/10 1/20 1/30 2/9 2/19 3/1 3/11 3/21 3/31
日期（月/日）
图 12 三湖河口流量模拟和内蒙古河段槽蓄量变化对比

4 结论

黄河冰情模拟中面临的主要困难是资料不足：缺少河道冬季大断面的信息，河道断面资料为冬
季之前测量数据，断面之间间距大；河道支流流量、退水和取水资料缺乏；太阳辐射和气温资料不
完整；受到测量手段限制，测量数据精度有待提高等。本研究分析了黄河内蒙古河段冰情演变规
律，解决了黄河冰情模拟中冰桥确定方法和支流流量分配方案等关键问题。开展了不同工况下水温
和 冰 情 发 展 过 程 模 拟 的 比 较 ， 率 定 出 符 合 内 蒙 古 河 段 的 河 道 糙 率 、 热 交 换 系 数 、 临 界 弗 劳 德 数
Fr 、最大弗劳德数 Fr 等关键参数。本研究应用一维冰情数学模型模拟 2012—2013 年凌汛期黄河内
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蒙古河段冰情发展过程，其中对比了水温、冰盖厚度、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值。
2013 年 3 月 6 日开河前水温、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值的绝对误差均值分别为 0.07 ℃、
2.50 km、55 m /s，冰盖消融前冰厚模拟值和实测值的绝对误差均值为 0.046 m，尽量实测资料不够完
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善，但模拟值和实测值吻合较好。
本研究为天然江河、人工渠道冰情全过程计算提供了研究思路和模拟方法，并为黄河防凌减灾
和冰情预报提供科学依据。随着冰情观测仪器的改进和观测技术的提高，观测数据种类、数量和质

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