第4章 黄河宁蒙河段凌情特征分析
4.1 黄河宁蒙河段概况
4.1.1 区域位置
黄河宁蒙河段处在黄河上游的下段，位于长城以北，腾格里、乌兰布和毛乌素沙漠之间，流经河套平原。具体地理位置为北纬37o26'～40o50'，东经104o59'～111o10'之间，即宁夏的下河沿至内蒙古的河口镇，全长990km，流域面积132000 km2，落差246m，比降约0.25‰，大于1000km2的一级支流左岸有三条，右岸有7条（钱意颖等，1993）。这一河段黄河流经宁蒙冲积平原，仅石嘴山至河拐子河道较窄，长126km；磴口至河口镇为平原宽谷河道，长546km；平原南北宽约50km，流域面积7.6 万km2（图4-1）。
图4-1 研究区地理位置图
4.1.2 地质地貌特征
青铜峡以东为中朝准地台，它形成于17亿年以前的中条运动时期，以西为昆仑—秦岭地槽褶皱区（水利部黄河水利委员会，1989）。黄河上游水系主要受北部的阴山—天山和南部的秦岭—昆仑两大纬向构造的控制，西部位于青藏高原“歹”字构造的首部，中间受“祁、吕、贺”山字形构造体系控制，东部受新华夏构造体系影响（钱意颖，1993），中间即为黄河河套平原。
黄河河套平原西起宁夏中卫的下河沿，东至内蒙古托克托的河口镇，长达990km，最宽处达80km，包括宁夏平原和内蒙古河套平原。宁夏平原包括银川平原和卫宁平原。银川平原位于贺兰山与鄂尔多斯高原之间，海拔1100～1200m，包括黄河冲积平原和贺兰山山前冲积倾斜平原。黄河冲积平原地势平坦，由西南向东北倾斜，坡降约为1/4000，黄河贯穿其间，平原内沟渠纵横，湖沼繁多，土地肥沃，素有“塞上江南”之美称。贺兰山山前倾斜平原，呈南宽北窄的长条状，自贺兰山各沟口向外可分为三个带：扇顶，地面坡度5o～7o，土层浅薄，草木罕见；中部，地面坡度3o左右，沟汊发育，砂砾混杂，现为荒漠草原；前缘，以砂质土为主，地形平坦，现大部分已垦为农田（谢新民，2002）。
内蒙古河套平原位于阴山山脉与鄂尔多斯高原之间，海拔900～1100m，是一个典型的断陷盆地。盆地西起狼山山麓，东至呼和浩特以东，东西长约480km，南北宽约40～80km。乌拉特前旗西山咀以西为后套平原，西山咀以东称为前套平原（包括中套平原）。后套平原地面向东北倾斜，地势愈向东愈平缓，临河以西坡降大于l/6000，临河五原间1/6000～1/8000，五原以东小于1/8000，海拔1054～1020m，东西坡降1/6000～l/8000，南北坡降1/6600。北岸宽40～75km，南岸2～8km，组成物为砂壤、粉砂、细砂。其中粉砂壤居多，黏土多见于局部洼地与乌加河沿岸，常呈交错透镜体。由于黄河河道多变与灌溉的影响，组成物相互混合，表层结构不清。前套平原又叫土默特平原，因近似三角形，又常称呼和浩特三角平原，坡降约l/7000，海拔1040m左右，包头—察素齐之间，宽20～75km，向南倾斜，坡降1/7000至1/9000，海拔1030～1050m。察素齐以东，宽70～120km，向西南倾斜，坡降1/7000～1/9000，海拔1040～l100m，组成物质以粉砂、砂为主，这些沉积物来源于大黑河。
内蒙古河套盆地北面的阴山山脉包括大青山、乌拉山、色尔腾山和狼山，它们与河套平原之间由活动大断裂控制，山麓线平直，局部有断层三角面遗迹。洪积、冲洪积台地主要分布于北部的阴山山脉，山脉南麓普遍发育三级台地，以大青山、乌拉山的山前地带最为明显，系由一连串并联的洪积扇组成，在平面上可见相叠的串珠状扇形地（尤惠川，1985）。大青山南麓的洪积阶地，海拔1030～1080m，宽2～4km，最宽9km，3级洪积阶地的相对高度T1为7～12m、T2 高出T1 20～30m、T3 高出T2 30～40m。色尔腾山和狼山三级台地高出低一级台地的相对高度分别为10～15m、15～20m、20～30m（吴卫民，1996）。黄河的阶地主要发育在南岸，受鄂尔多斯高原隆起的影响，阶地发育，如达拉特旗展旦召附近有三级阶地，其中较高的两级上有风成沙丘覆盖。位于内蒙古河套之南的鄂尔多斯高原西、北、东三面为黄河环绕，南界长城，面积约13万km2（包括高原中部内流区4.23万km2），是一块近似方形的台状干燥剥蚀高原，海拔高度一般在1500m左右，地势平缓起伏，以东胜一带为中心，由此向北呈阶梯状递降，直到海拔1000m左右的黄河冲积平原。它与河套平原之间虽然起伏较小，并以小台阶过渡，但主要台阶仍由断裂控制。高原风沙地貌发育，北部的库布齐沙漠，大部分为流沙或固定状态的沙丘组成。
黄河河套平原沉积相可分为冲积、洪积和湖积相。宁夏平原和内蒙古河套平原为冲积相，宁夏平原沉积厚度最厚达1600～2400m。内蒙河套平原渐新世以来后套平原长期沉降，渐新世至全新世沉积了厚度达5000～15000m的中、晚新生代地层，岩性主要为紫褐、棕红、灰绿、灰黄、灰黑及灰白色泥岩、粉细砂岩、砂砾岩，为湖相和冲、洪积相交替沉积物（杨发，1988）。贺兰山和阴山的山前地带为洪积平原，沉积物由砾石等组成；贺兰山和阴山山前河谷平原为冲积洪积相沉积；宁夏平原和毛乌素沙地之间的洼地为冲积湖积物（水利部黄河水利委员会，1989）。
4.1.3 气候及水文特征
黄河流经腾格里沙漠和毛乌素沙地的边缘，气候干燥，是黄河流域降水最少的地区，处在东亚季风的边缘，为大陆性季风气候。它在中国自然地理分区上属于暖温带半干旱草原带，年均降雨量150～363mm，由东向西递减，降水最少的地方在内蒙古杭锦旗至临河一带；区域内降雨量的年际变化大，其变率大于30%，多雨年与少雨年可以相差3～4倍；降雨的年内分布也极不均匀，大约有75%以上的降雨是集中在7-9月，其他各月的降雨量都非常少，表现出终年干旱少雨的特征。宁蒙地区降雨CV值可达0.4以上，是黄河流域最大的地区。由于其中的宁蒙河段处于黄河流域最北端，冬季气温在0℃以下的时间可持续4～5个月，是黄河流域稳定的封河河段，每年3月冰凌解冻，上游来水和区间河槽蓄水从上向下推进形成冰凌洪水。该区蒸发量大，年均水面蒸量为1938～3482mm，为降雨量的10～12倍。终年干旱多风，年均风速约2.7～4.8m/s，尤其是春季多沙尘暴，年均大风日10～32d，沙尘暴日19～22d。
黄河流域水循环具有垂向运动的特征，年降水量的81.6%被蒸发，河川径流仅占18.4%。黄河流域用水结构中农业灌溉用水占用水总量的91%左右，而这部分水大多通过蒸发耗散（刘昌明，2003）。而黄河宁蒙河段所处区域位于干旱半干旱地带，蒸发量更大，河川径流更少，天然水资源匮乏，无论是单位面积的产水量，还是人均占有水资源量都是极其少的，是一个无灌溉便无农业的地区。尽管这一区域自产水量很少，但过境径流量则不少，得益于黄河上游丰富的来水，使之成为我国重要的大型灌溉农业区。黄河上游汛期径流主要由降水形成，非汛期径流主要由流域地下水退水形成。唐乃亥以下径流由于龙、刘水库运用，受水库调节影响大，特别在冬半年兰州以下受水库调节影响更大。唐乃亥多年平均径流总量232亿m3，年径流系数0.33，其以上地区是我国高值产流区，也是黄河上游径流的主要来源地（刘玉林，2002）。
4.1.4 社会经济概况
宁蒙河段所在区域是我国回族和蒙古族聚居区，属经济欠发达地区。宁夏回族自治区全区国土面积5.18万km2，2000年耕地面积128万hm2，总人口562万人，其中农业人口390万人，人口密度108人/km2，国内生产总值265亿元。黄河在宁夏河段穿越12个市、县（区），流程397km。宁夏河套引黄灌区，土地辽阔，地势平坦，是宁夏社会经济发展的精华所在。1998年灌区总人口296.8万，粮食产量20.93亿kg，工业总产值180亿元，农业总产值56亿元，分别占全宁夏的55%、75%、93%和76.7%。也就是说，宁夏75%以上的粮食产量和90%以上的工业产值来源于黄河两岸的引黄灌区，黄河的防洪安全直接关系到宁夏国民经济的发展和社会稳定。当黄河洪水超过4000m3/s时，开始淹滩漫路，顶托排水，危及沿河农田、村庄等基础设施的安全。若堤防一旦决口，淹没范围内有耕地135万多亩，人口70多万人，且淹没范围内尚有许多工矿企业、水利及交通、通讯和供电设施，损失巨大。
黄河从宁夏进入内蒙古后，流经乌海市、阿拉善盟、巴彦淖尔盟、鄂尔多斯市、包头市、呼和浩特市6个盟市的17个旗县区，流域面积15.1万km2，占黄河总流域面积约1/5，河长830km，占黄河总长约1/6。该河段区域内共计人口280万人，人口密度18.5人/km2；耕地69.33万hm2；工农业总产值约219亿元。黄河在该段沿河两岸防洪防凌工程保护范围内，有国家的重要商品粮基地河套灌区、土默特川灌区、黄河南岸灌区；有连通华北、西北交通大动脉包兰铁路、110国道、京—呼—银—兰通信光缆、西北电网高压输电线路；有包头钢铁集团公司、包头铝厂、达拉特电厂等重要工矿企业。汛期的洪水、凌期的卡冰结坝，极易造成灾害，直接影响当地人民生命财产安全、工农业生产和交通运输，对国家和人民生命财产造成严重威胁（冯国华，2002）。
4.1.5 主要水文站点位置说明
本研究的研究区间是黄河从宁夏的下河沿到内蒙古头道拐河段，区间主要水文站位置见图4-1，其坐标、变动情况和资料年限见表4-1。这些水文站中，石嘴山和头道拐为参证站，其余为重要控制站。参证站测验控制条件好，测量设施配备标准高，测量成果质量较高；重要控制站分布面广，资料使用多，也是水沙量平衡对照的依据站（方季生等，1997）。区间的主要支流为清水河、苦水河、都思兔河、内蒙古十大孔兑和昆都仑河等，区间还有许多引水和退水口。巴彦高勒在巴彦高勒镇拦河闸下400m，其水沙资料系列1950—1972年为渡口堂（二），1972—2000年为巴彦高勒；昭君坟（四）站的测流断面历年有变化，1966—1968年为基本水尺断面，1970—1971年在基下220m，1972年在基下105m，1973-2000在基下650m；河口镇与头道拐之间有大黑河汇入，1958年以后头道拐代替河口镇时水沙量未作相应修正，但两站水沙量的差值较小。
表4-1 研究河段干流主要水文站位置和资料年限
续表
