淮河中游洪水出路與河道治理研究進展

　　摘要：淮河中游洪澇災害的主要問題是中游河道泄洪能力偏小、洪澤湖頂托阻水及出湖通道不暢。自 20 世界 80 年代以來，圍繞如何擴大中游洪水出路、充分發揮行蓄洪區功能、優化行蓄洪區布局、改善淮河與洪澤湖的關系等重大工程與關鍵技術問題，淮河水利委員會水利科學研究院采用大型實體模型試驗、一維、二維耦合水動力數學模型、原型資料分析和理論研究相結合的方法，分析了淮河流域水沙特性、河床湖床演變、河相關系、挾沙能力、造床流量等河道湖泊演變基本規律，優化了淮河干流河道整治及行蓄洪區調整工程方案，提供了行蓄洪區優化調度方案及馮鐵營引河論證成果，探討了新時期淮河中游洪澇綜合治理需要進一步研究的問題。

　　本文源自虞邦義; 呂列民; 楊興菊; 倪晉， 泥沙研究 發表時間：2021-07-19

　　關鍵詞：淮河中游;洪水出路;實體模型;數學模型;河道治理

　　淮河流域洪澇災害頻繁，損失巨大。1991 年洪水淹沒農田 551.6 萬 hm2 (其中澇災占 79%)，受災人口為 5 423 萬人，直接經濟損失達 340 億元。進入 21 世紀，淮河防洪除澇體系基本建成，防洪區的防洪標準和抗災能力有了很大的提高，但 2003 年和 2007 年洪水依然造成了嚴重的損失。從流域范圍來看，災情最為嚴重的當屬中游。主要原因在于淮河上游多為山區河道，且經過多年整治，洪水來勢加快;中游自王家壩以下河道比降平緩，沿淮河的洼地眾多，行蓄洪區和生產圩密布，河道灘槽狹窄，泄流能力嚴重不足，且受洪澤湖的強烈頂托及浮山以下倒比降的影響，中游洪水難以順利排泄。在上游影響、洪澤湖制約和中游河道行洪不暢等因素的交互作用下，洪水在中游地區長久滯留，形成了小流量、高水位、長歷時、淹沒面積廣、損失嚴重的困難局面。為減輕中游洪澇損失， 1980 年以來圍繞如何提高河道泄流能力、充分發揮行蓄洪區的功能、優化行蓄洪區布局、改善淮河與洪澤湖的關系及擴大中游洪水出路等重大工程與關鍵技術問題，開展了大量的基礎研究和應用研究，在探索淮河基本規律、優化整治工程方案、探討河道治理方向上都取得了顯著的進展，體現了基礎理論與工程關鍵技術并重的特色。

　　1 實體模型試驗研究進展

　　系列大型實體模型試驗研究為治淮骨干工程提供了優化方案與技術支撐。陳先樸[1-3]主持了淮河干流首個大型非恒定流河工模型——淮濱至正陽關段防洪河工模型。通過聯圩靠崗工程、行洪區廢棄工程、行洪退堤工程等綜合措施，將淮河中游洪河口至正陽關段治理出 1.5~2.0 km 寬的排洪通道，顯著提高了該河段的行洪能力。試驗確定了臨淮崗工程在不同調度條件下的回水淹沒范圍。

　　為研究淮河干流正陽關至浮山段的行洪區調整問題，1997 年以來先后在蚌埠淮河試驗研究中心與合肥淮河模型基地完成了淮河干流正陽關至淮南段[4,5]、淮南至蚌埠段[6]、正陽關至渦河口段[7]、蚌埠至方邱湖段[8]等 4 個大型河工模型，其中在合肥基地開展的正渦段模型平面比尺 1:300，垂直比尺 1:60，模型長 500 多米，是迄今淮河干流最大的非恒定流河工模型，模型采用先進的量測控制系統，能實現模型內、外邊界的自動控制和水力參數的自動檢測。利用上述模型開展了大量的試驗研究，成果已應用于方邱湖、臨北段、荊山湖、平圩、洛河洼等 5 個行洪區調整建設，并且已實施完成;正峽段壽西湖、董峰湖兩個行洪區調整方案已批準，正在實施;受土地紅線等因素制約，上、下六坊堤和湯漁湖行洪區調整方案正在合肥基地開展進一步優化研究。

　　圍繞治淮 19 項骨干工程，完成了淮河干流控制樞紐水工模型試驗。通過蚌埠閘樞紐整體水工模型試驗，優化了新閘樞紐規模、平面布置與消能防沖布置，為各建筑物聯合運用提供了調度方案[9]。針對臨淮崗洪水控制工程，開展了 7 個不同類型的水工模型試驗[10]，對深孔閘、船閘、上下引河布置等工程進行了多方案優化，對原布置方案進行重大調整。

　　此輪行蓄洪區調整建設，為保證進退洪水效果，將口門調整為進洪閘和退洪閘。先后完成了城西湖退洪閘、姜唐湖退洪閘、荊山湖進、退洪閘等 10 余座行蓄洪區進、退洪控制樞紐工程模型試驗 [11]。懷洪新河續建工程是擴大中游洪水出路的重要工程，我院完成了何巷閘、胡洼閘、西壩口閘及香澗湖段河道整治等工程水工河工模型試驗[12]。經過 2003 年和 2007 年洪水運用表明，已建樞紐運行安全，布置合理。

　　2 水動力數學模型研究進展

　　基于河道、行蓄洪區、湖泊等水流運動特性，構建了自息縣至洪澤湖出口段淮河干支流一、二維耦合水動力數學模型[13-16]，較好地模擬了淮河干支流、行蓄洪區、生產圩、洪澤湖等區域水流運動特性。此外，還建立了重點河段二維水動力數學模型，能夠提供更加詳細的水力要素信息，為實體模型試驗提供邊界范圍，并相互驗證，提高了模型的精度和效率。目前，上述模型已應用于淮河中游河道整治及行洪區調整工程方案研究、行洪區泄流能力評估、馮鐵營引河方案論證、河湖關系和洪水調度，為淮河進一步治理和保護提供了重要的技術支持手段。

　　圍繞淮河中游行洪區布局和調整建設，開展了河道和行洪區泄流能力研究[17]，優化了河道疏浚規模、堤防退建距離、建筑物布置等[17-22]。對馮鐵營引河規模、斷面形式、運用方式進行了深入系統的研究[10]，探明了推薦方案的主要效益及影響，并對工程的進一步優化進行了方向性的探討[23]。

　　采用典型年洪水過程，分析了行蓄洪區啟用標準、時機和方式對淮河干支流洪水的影響范圍和程度，揭示了行洪區從開啟到關閉運用過程中 5 個典型階段的洪水傳播規律[24]，分析了臨淮崗洪水控制工程運用方式的影響，提出了典型年淮河中游行蓄洪區洪水調度預案[25]。

　　為改善河湖關系，優化規劃工程實施后洪澤湖上下游洪水的安排，分析了馮鐵營引河、溧河洼疏浚、湖區開槽及擴大入海水道二期等工程措施的組合效益，研究了降低蔣壩水位對淮干水位的影響范圍及幅度，探索了洪澤湖增大入海比例、提前運用入海水道工程帶來的效益及影響[23]。上述研究，為正確認識和處理好河湖關系，進一步改善中游防洪除澇條件起到了關鍵的支撐作用。

　　3 淮河中游水沙特性與河道演變規律研究進展

　　1991 年淮河大水以后，淮委十分重視淮河基本規律的研究。陸續對淮河流域水沙特性、河床湖床演變、河相關系、挾沙能力、造床流量等河道湖泊演變規律開展了研究。毛世民等[26-29]開展了第一輪淮河流域水沙特性和河床演變的研究;劉玉年等[30]開展了水利部現代水利科技創新項目“淮河干流河相關系和整治方向研究”;韓其為等[23]開展了安徽省水利科技創新項目“淮河干流蚌埠以下河道治理研究”;虞邦義等[31]開展了國家重點研發計劃“淮河干流河道與洪澤湖演變及治理”;虞邦義等[32]開展了安徽省水利重大前期項目“淮河中游洪澇災害機理與對策研究”。淮河水利委員會水利科學研究院作為主持單位或主要完成單位，參加了上述研究項目。研究成果已在治淮的規劃設計中得到了廣泛的應用，并為淮河干流的進一步治理提供科學理論支撐。

　　3.1 水沙特性研究

　　近年來受人類活動和氣候變化等因素的影響，淮河中游的來水來沙特性發生了顯著的變化[33]。基于淮河干流主要站點長系列水沙原型資料，采用多種水文統計方法對淮河干流徑流量和輸沙量的演變特征進行系統分析得出[18,33,34]：整體上淮河干流年徑流量未呈現系統的增減趨勢，但淮河干流來沙量則表現出明顯的減小趨勢，2000 年后來沙量趨于穩定，如魯臺子站和吳家渡站含沙量基本穩定在 0. 1 kg/m3 和 0. 2 kg/m3 以下[29,35]。淮河干流來沙變化具有較明顯的階段性特征，整體上呈現出多-少兩個階段的變化過程，發生突變的年份在 1980-1984 年之間，未來一段時間來沙量整體將繼續呈現減小的趨勢，并將繼續保持少沙期。

　　3.2 河相關系

　　河相關系的研究是河道整治工作中的一個重要基礎，也是河道變形計算中不可缺少的組成部分。選取淮河中游觀測資料系列較長的王家壩、潤河集、魯臺子、吳家渡和小柳巷等 5 個測站，基本控制了中游入匯水量變化較大的幾個河段，討論淮河中游的河相關系特點和變化。

　　采用淮河中游 5 個水文站 1950-2007 年的實測資料，點繪分析了干流河道的斷面河相關系;根據確定的造床流量[36]，建立了淮河中游沿程河相關系[37]：