第1章 绪论

1.1 概述

1.1.1 黄河流域概况

1.1.1.1 自然地理

黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，自西向东，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东等九省（自治区），在山东省垦利县注入渤海，干流河道全长5464km，流域面积79.5万km²（包括内流区4.2万km²）。与其他江河不同，黄河流域上中游地区的面积占总面积的97%；长达数百公里的黄河下游河床高于两岸地面之上，流域面积只占3%。

黄河流域幅员辽阔，西部属青藏高原，北邻沙漠戈壁，南靠长江流域，东部穿越黄淮海平原。全流域多年平均降水量447mm，总的趋势是由东南向西北递减，降水最多的是流域东南部湿润、半湿润地区，如秦岭、伏牛山及泰山一带年降水量达800～1000mm；降水量最少的是流域北部的干旱地区，如宁蒙河套平原年降水量只有200mm左右。流域内大部分地区旱灾频繁，历史上曾经多次发生遍及数省、连续多年的严重旱灾，危害极大。流域内黄土高原地区水土流失面积43.4万km²，其中年平均侵蚀模数大于5000t/km²的面积约为15.6万km²。流域北部长城内外的风沙区风蚀强烈。严重的水土流失和风沙危害，使脆弱的生态环境继续恶化，阻碍当地社会经济的发展，而且大量的泥沙输入黄河，淤高下游河床，也是黄河下游水患严重而又难于治理的症结所在。

黄河的突出特点是“水少沙多”，全河多年平均天然径流量535亿m³，仅占全国河川径流总量的2%，人均年径流量489m³，仅占全国人均年径流量的23%。再加上邻近地区的供水需求，水资源更加紧张。黄河三门峡站多年平均输沙量约16亿t，平均含沙量35kg/m³，在大江大河中名列第一。最大年输沙量达39.1亿t，最高含沙量920kg/m³。黄河水、沙的来源地区不同，水量主要来自兰州以上、秦岭北麓及洛河、沁河地区，泥沙主要来自河口镇至龙门区间、泾河、北洛河及渭河上游地区。

内蒙古托克托县河口镇以上为黄河上游，干流河道长3472km，流域面积42.8万km²，汇入的较大支流（指流域面积1000km²以上的，下同）有43条。青海省玛多以上属河源段，河段内的扎陵湖、鄂陵湖，海拔高程都在4260m以上，蓄水量47亿m³和108亿m³，是我国最大的高原淡水湖。玛多至玛曲区间，黄河流经巴颜喀拉山与积石山之间的古盆地和低山丘陵，大部分河段河谷宽阔，间有几段峡谷。玛曲至龙羊峡区间，黄河流经高山峡谷，水流湍急，水力资源较为丰富。龙羊峡至宁夏境内的下河沿，川峡相间，水量丰沛，落差集中，是黄河水力资源的“富矿”区，也是全国重点开发建设的水电基地之一。黄河上游水面落差主要集中在玛多至下河沿河段，该河段干流长度占全河的40.5%，而水面落差占全河66.6%。龙羊峡以上属高寒地区，人烟稀少，交通不便，经济不发达，开发条件较差。下河沿至河口镇，黄河流经宁蒙平原，河道展宽，必将平缓，两岸分布着大面积的引黄灌区和待开发的干旱高地。本河段流经干旱地区，降水少，蒸发大，加上灌溉引水和河道渗漏损失，致使黄河水量沿程减少。

兰州至河口镇区间的河谷盆地及河套平原，是甘肃、宁夏、内蒙古等省（区）经济开发的重点地区。沿河平原不同程度地存在洪水和凌汛灾害，特别是内蒙古三盛公以下河段，地处黄河自南向北流的顶端，凌汛期间冰塞、冰坝壅水，往往造成堤防决溢，危害较大。兰州以上地区暴雨强度较小，洪水洪峰流量不大，历时较长。兰州至河口镇河段洪峰流量沿程减小。黄河上游的洪水和中游不遭遇大洪水，对黄河下游威胁不大。

河口镇至河南郑州桃花峪为黄河中游，干流河道长1206km，流域面积34.4万km²，汇入的较大支流有30条。河口镇至禹门口是黄河干流上最长的一段连续峡谷，水力资源也很丰富，并且距电力负荷中心近，将成为黄河上第二个水电基地。禹门口至潼关简称小北干流，河长132.5km，河道宽浅散乱，冲淤变化剧烈。河段内有汾河、渭河两大支流相继汇入。该河段两岸的渭北及晋南黄土台塬，塬面高出河床数十至数百米，共有耕地2000多万亩，是陕、晋两省的重要农业区，但干旱缺水制约着经济的稳定发展。三门峡至桃花峪区间，在小浪底以上，河道穿行于中条山和崤山之间，是黄河最后一段峡谷；小浪底以下河谷逐渐展宽，是黄河由山区进入平原的过渡地段。

黄河中游的黄土高原，水土流失极为严重，是黄河泥沙的主要来源地区，在全河16亿t泥沙中，有9亿t左右来自河口镇至龙门区间，占全河来沙量的56%；有5.5亿t来自龙门至三门峡区间，占全河来沙量的34%。黄河中游的泥沙，年内分配十分集中，80%以上的泥沙集中在汛期；年际变化悬殊，最大年输沙量是最小年输沙量的13倍。

桃花峪以下为黄河下游，干流河道长786km，流域面积2.2万km²，汇入的较大支流只有3条。下游河道是在长期排洪输沙的过程中淤积塑造形成的，河床普遍高出两岸地面。沿黄平原受黄河频繁泛滥的影响，形成以黄河为分水岭脊的特殊地形。目前黄河下游河床已高出大堤背河地面3～5m，比两岸平原高出更多，严重威胁着广大平原地区的安全。

利津以下为黄河河口段，随着黄河入海口的淤积―延伸―摆动，入海流路相应改道变迁。

1.1.1.2 地形地貌

黄河流域地势西部高，东部低，由西向东逐级下降，可分为三个巨大的地形阶梯。

（1）最高一级是西部的青海高原，平均海拔4000m以上，其南部的巴颜喀拉山脉构成与长江的分水岭。祁连山横亘北缘，形成青海高原与内蒙古高原的分界。阶梯的东部边缘北起祁连山东端，向南经临夏、临潭沿洮河，经岷县直达岷山。主峰高达6282m的阿尼玛卿山，耸立中部，是黄河流域最高点。山顶终年积雪。呈西北—东南方向分布的积石山与岷山相抵，使黄河绕流而行，形成S形大弯道。

（2）第二大阶梯大致以太行山为东界，海拔高程1000～2000m，包含河套平原、鄂尔多斯高原、黄土高原和渭汾盆地等较大的地貌单元。这一带历来是我国各民族繁衍生息所在，许多复杂的气象、水文、泥沙现象多出现在这一地带，也是黄河流域水旱灾害的主要发生地。

（3）第三阶梯从太行山脉以东至海滨，由黄河下游冲积平原和鲁中山地丘陵组成。黄河下游冲积平原自沁河口一带冲积扇的顶部海拔100m左右。黄河大堤把平原分为南北两部分，大堤以北为海河流域，以南为淮河流域。鲁中山地丘陵由泰山、鲁山和蒙山组成，一般海拔200～500m之间，丘陵浑圆，河谷宽广，少数山地海拔1000m以上。

1.1.1.3 气候

黄河流域位于我国北中部，属大陆性气候。东南部基本属湿润气候，中部属半干旱气候，西北部为干旱气候。

流域冬季几乎全部在蒙古高压控制下，盛行偏北风，偶有沙暴及少量雨雪；春季蒙古高压逐渐衰退；夏季主要在大陆热低压的范围内，盛行偏南风，水汽含量丰沛，降雨量较多；秋季秋高气爽，降水量开始减少。

以东部（济南市）、南部（西安市）、西部（西宁市）、北部（呼和浩特市）、中部（延安市）为代表，黄河流域内多年月、年平均气温由南向北、由东向西递减。流域内气温1月为最低（代表冬季）、7月为最高（代表夏季）。黄河流域各代表站气温基本特征统计结果详见表1-1。

流域内日平均气温不低于10℃的积温分布，基本由东南向西北递减，最小为河源区，出现日数小于10d，积温接近于0℃；最大为黄河中下游河谷平原地区，出现日数230d左右，积温达4500℃以上。流域内日平均气温不高于-10℃出现日数的分布与积温分布相反，基本由东南向西北递增。最小的为黄河中下游河谷平原地带；最大的为河源区。年日照时数以青海高原为最高，年日照时大部分在3000h以上，其余地区一般在2200～2800h。

1.1.1.4 河流水系

根据基础资料统计，黄河流域有一级支流111条，集水面积合计61.72万km²，总河长17358km。其中集水面积大于1万km²的一级支流有10条，集水面积在0.1万～1万km²之间的一级支流有84条，集水面积在0.1万km²以下的一级支流有17条。黄河流域集水面积大于1万km²的一级支流基本特征值详见表1-2。

1.1.1.5 土地矿产资源

黄河流域总土地面积11.9亿亩，占全国国土面积的8.3%，其中大部分为山区和丘陵，分别占流域面积的40%和35%，平原区仅占17%。由于地貌、气候和土壤的差异，土地利用情况差异很大。流域内共有耕地2.44亿亩，农村人均耕地3.2亩，约为全国人均耕地的1.3倍。大部分地区光热资源充足，生产发展潜力很大。黄河流域矿产资源丰富，在全国已探明的45种主要矿产中，黄河流域有37种。具有全国性优势的有稀土、石膏、玻璃用石英岩、铌、煤、铝土矿、钼、耐火黏土等8种；具有地区性优势的有石油、天然气和芒硝3种；具有相对优势的有天然碱、硫铁矿、水泥用灰岩、钨、铜、岩金等6种。

黄河流域上中游地区的水能资源、中游地区的煤炭资源、中下游地区的石油和天然气资源，都十分丰富，在全国占有极其重要的地位，被誉为我国的“能源流域”，中游地区被列为我国西部地区十大矿产资源集中区之一。黄河流域可开发的水能资源总装机容量3344万kW，年发电量约1136亿kW·h，在我国七大江河中居第二位。已探明煤产地（或井田）685处，保有储量4492亿t，占全国煤炭储量的46.5%，预测煤炭资源总储量1.5万亿t左右。黄河流域的煤炭资源主要分布在内蒙古、山西、陕西、宁夏四省（自治区），具有资源雄厚、分布集中、品种齐全、煤质优良、埋藏浅、易开发等特点。在全国已探明超过100亿t储量的26个煤田中，黄河流域有10个。流域内已探明的石油、天然气主要分布在胜利、中原、长庆和延长4个油区，其中胜利油田是我国的第二大油田。

1.1.2 黄河冰凌洪水

我国地势西高东低，大致呈三级阶梯。地势上，祁连山脉与太行山脉将黄河干流主河道分成三段，其高程差自河源到入海口达四五千米。根据以往的划分又将黄河分为上、中、下游三段，其分界点分别是河口镇与桃花峪，从整体河流形态上看，黄河上游河段最为曲折多变，中游河段次之，而下游河段则较为顺直，见图1-1。

黄河流域地处中纬度地带，受大气环流和季风环流影响的情况比较复杂，流域内不同区域的气候差异显著。到了冬季，黄河流域受到来自蒙古和西伯利亚地区的冷空气影响，气候寒冷干燥且雨雪稀少。冷空气的大规模侵袭使气温大幅度下降，使得该区域的河流产生流凌及封冻现象。寒流入侵黄河流域的路径主要来自北方、西北方及西方。北方过来的寒流温度最低，使得沿途气温大幅走低，而从西北方向来的寒流则次数最多，对黄河流域的持续低气温影响很大。根据气象资料统计，冬季侵入黄河流域的较强冷空气的频度达到3～5次/a，最多的时候可达7～8次/a。寒流经过该区域的时段主要集中在每年的1月，最早发生在上年的11月。

黄河流域气温分布大体走向是自西向东由冷变暖，自南向北逐渐变冷，并且气温变化的东西向梯度明显大于南北向梯度。据统计，黄河全流域1月的平均气温普遍都在 0℃以下。上游河段平均年极端低气温为-25～-53℃，中游河段平均年极端低气温为-20～-40℃，下游河段平均年极端低气温为-15～-23℃。每逢冬季到来，黄河的干流及支流上都会出现不同程度的结冰成凌现象。这种河流成冰现象对冬季的水运交通、供水、发电及水工建筑物等有不利地影响。在解冻开河时期，由于黄河特殊的河道走向某些河段上游气温高于下游，导致上游冰盖提前解冻，其产生的流冰沿河道堆积到下游仍在封冻的河段形成冰塞、冰坝进而阻塞河道抬高水位，当冰坝破裂大量凌洪水奔涌而出，泛滥成灾，对堤防造成严重的破坏并给沿河区域带来巨大的经济损失。

1.1.3 黄河宁蒙河段冰情

黄河宁蒙段位于黄河上游的下段，西起甘（肃）宁（夏）交界的黑山峡，东至内蒙古准格尔旗马栅镇的小占村。河段全长1217 km，其中宁夏境内河段长397km、内蒙古境内河段长830 km（见图1-2）。宁蒙河段为黄河上游稳定封冻河段，由于冬季严寒且负气温持续时间长，气温最低可以达到-35℃，负气温持续时间可达四五个月，致使冰期也长达4～5个月。该河段位于黄河流域的最北部，大致在黄河“几”字形的上部区域，一般11月中下旬开始流凌，12月上旬封冻，次年3月中下旬解冻开河，其间封冻历时一般维持在100d左右，遇到极端气候影响有时可达150d；稳定封河阶段，冰盖厚度可达0.5～1 m；历年封河长度可达800 km，历史上最长封河长达1200 km，几乎全河段封冻。

封河时期，由于特殊的水文气象及河道条件，冬季封河，下游首先封冻，从下游到上游河段节节壅水，导致河段过流能力大为减弱，上游的来水下泄不畅，导致河水溢出河床，造成漫滩灾害，同时还导致河段内的槽蓄水量大增。

开河时期，上游率先解冻开河，河段内的槽蓄水量自上而下释放，碎冰与水流大量涌向下游，十分容易在河形狭窄处、河道比降变缓处、河湾处及下游未解冻河段处产生冰坝，从而阻塞河道抬高水位，再加上封冻期增加的槽蓄水量的集中释放，往往形成高水位的洪峰，最终导致凌洪泛滥成灾。从石嘴山至头道拐之间的河段，其河道宽浅，浅滩弯道较多，主流摆动游荡，是黄河流域纬度的最高段，也是冰凌灾害最严重的河段之一。凌峰主要出现在巴彦高勒—头道拐河段，最大凌峰流量一般出现在头道拐水文站，历史最大凌峰流量为3500 m³/s。

（1）宁夏河段。黄河宁夏河段自中卫县南长滩入境至石嘴山麻黄沟出境，全长397km，占黄河总长度的7%。该段水流方向自西南流向东北，封河先下游后上游，开河时正好相反，这种特殊的形势易在河道中形成冰坝，造成凌洪灾害。其中，宁夏河段自入境到宁县枣园一段长约130 km为不常封河段，而从枣园至石嘴山段由于河道平均比降降低约为0.2%，导致流速变慢，加之气温大幅减低，造成该段约有260 km长的河段为常封河段。根据资料统计石嘴山站的多年平均封河日期为12月27日，开河日期在翌年3月7日左右，常封河段冰盖多年平均厚度为0.5 m。

（2）内蒙古河段。该河段从宁夏的石嘴山市和内蒙古伊克昭盟的拉僧庙入境至山西省河曲县和鄂尔多斯市马栅公社出境，全长 840 km，约占黄河总长度的14.8%，落差仅 162.5m。内蒙古河段，1 月月平均气温在-10℃以下，1 月极端气温甚至达到-34℃。由于冬季漫长寒冷，位于内蒙古河段最北的三湖河口水文站流凌、封冻日期比上游兰州早了近1个月，而开河日期会相应地晚1个月左右。该河段虽处在上游，但是河道比降很小，巴彦高勒至三湖河口段河道平均比降只有0.13%，而从三湖河口至头道拐段平均比降仅有 0.1%，且河形多为平原弯曲型，河宽坡缓，逶迤曲折。其间主要流向较曲折，主要分为四大部分：第一部分，从石嘴山流至巴彦高勒，该段的流向为从西南向东北；第二部分，从巴彦高勒至包头市，该段的流向为由西向东；第三部分，从包头市至清河县的喇嘛湾，该段的流向为由西北向东南；第四部分，从喇嘛湾至出境，该段流向为由北向南。