淮河中游洪水出路与河道治理研究进展

　　摘要：淮河中游洪涝灾害的主要问题是中游河道泄洪能力偏小、洪泽湖顶托阻水及出湖通道不畅。自 20 世界 80 年代以来，围绕如何扩大中游洪水出路、充分发挥行蓄洪区功能、优化行蓄洪区布局、改善淮河与洪泽湖的关系等重大工程与关键技术问题，淮河水利委员会水利科学研究院采用大型实体模型试验、一维、二维耦合水动力数学模型、原型资料分析和理论研究相结合的方法，分析了淮河流域水沙特性、河床湖床演变、河相关系、挟沙能力、造床流量等河道湖泊演变基本规律，优化了淮河干流河道整治及行蓄洪区调整工程方案，提供了行蓄洪区优化调度方案及冯铁营引河论证成果，探讨了新时期淮河中游洪涝综合治理需要进一步研究的问题。

　　本文源自虞邦义; 吕列民; 杨兴菊; 倪晋， 泥沙研究 发表时间：2021-07-19

　　关键词：淮河中游;洪水出路;实体模型;数学模型;河道治理

　　淮河流域洪涝灾害频繁，损失巨大。1991 年洪水淹没农田 551.6 万 hm2 (其中涝灾占 79%)，受灾人口为 5 423 万人，直接经济损失达 340 亿元。进入 21 世纪，淮河防洪除涝体系基本建成，防洪区的防洪标准和抗灾能力有了很大的提高，但 2003 年和 2007 年洪水依然造成了严重的损失。从流域范围来看，灾情最为严重的当属中游。主要原因在于淮河上游多为山区河道，且经过多年整治，洪水来势加快;中游自王家坝以下河道比降平缓，沿淮河的洼地众多，行蓄洪区和生产圩密布，河道滩槽狭窄，泄流能力严重不足，且受洪泽湖的强烈顶托及浮山以下倒比降的影响，中游洪水难以顺利排泄。在上游影响、洪泽湖制约和中游河道行洪不畅等因素的交互作用下，洪水在中游地区长久滞留，形成了小流量、高水位、长历时、淹没面积广、损失严重的困难局面。为减轻中游洪涝损失， 1980 年以来围绕如何提高河道泄流能力、充分发挥行蓄洪区的功能、优化行蓄洪区布局、改善淮河与洪泽湖的关系及扩大中游洪水出路等重大工程与关键技术问题，开展了大量的基础研究和应用研究，在探索淮河基本规律、优化整治工程方案、探讨河道治理方向上都取得了显著的进展，体现了基础理论与工程关键技术并重的特色。

　　1 实体模型试验研究进展

　　系列大型实体模型试验研究为治淮骨干工程提供了优化方案与技术支撑。陈先朴[1-3]主持了淮河干流首个大型非恒定流河工模型——淮滨至正阳关段防洪河工模型。通过联圩靠岗工程、行洪区废弃工程、行洪退堤工程等综合措施，将淮河中游洪河口至正阳关段治理出 1.5~2.0 km 宽的排洪通道，显著提高了该河段的行洪能力。试验确定了临淮岗工程在不同调度条件下的回水淹没范围。

　　为研究淮河干流正阳关至浮山段的行洪区调整问题，1997 年以来先后在蚌埠淮河试验研究中心与合肥淮河模型基地完成了淮河干流正阳关至淮南段[4,5]、淮南至蚌埠段[6]、正阳关至涡河口段[7]、蚌埠至方邱湖段[8]等 4 个大型河工模型，其中在合肥基地开展的正涡段模型平面比尺 1:300，垂直比尺 1:60，模型长 500 多米，是迄今淮河干流最大的非恒定流河工模型，模型采用先进的量测控制系统，能实现模型内、外边界的自动控制和水力参数的自动检测。利用上述模型开展了大量的试验研究，成果已应用于方邱湖、临北段、荆山湖、平圩、洛河洼等 5 个行洪区调整建设，并且已实施完成;正峡段寿西湖、董峰湖两个行洪区调整方案已批准，正在实施;受土地红线等因素制约，上、下六坊堤和汤渔湖行洪区调整方案正在合肥基地开展进一步优化研究。

　　围绕治淮 19 项骨干工程，完成了淮河干流控制枢纽水工模型试验。通过蚌埠闸枢纽整体水工模型试验，优化了新闸枢纽规模、平面布置与消能防冲布置，为各建筑物联合运用提供了调度方案[9]。针对临淮岗洪水控制工程，开展了 7 个不同类型的水工模型试验[10]，对深孔闸、船闸、上下引河布置等工程进行了多方案优化，对原布置方案进行重大调整。

　　此轮行蓄洪区调整建设，为保证进退洪水效果，将口门调整为进洪闸和退洪闸。先后完成了城西湖退洪闸、姜唐湖退洪闸、荆山湖进、退洪闸等 10 余座行蓄洪区进、退洪控制枢纽工程模型试验 [11]。怀洪新河续建工程是扩大中游洪水出路的重要工程，我院完成了何巷闸、胡洼闸、西坝口闸及香涧湖段河道整治等工程水工河工模型试验[12]。经过 2003 年和 2007 年洪水运用表明，已建枢纽运行安全，布置合理。

　　2 水动力数学模型研究进展

　　基于河道、行蓄洪区、湖泊等水流运动特性，构建了自息县至洪泽湖出口段淮河干支流一、二维耦合水动力数学模型[13-16]，较好地模拟了淮河干支流、行蓄洪区、生产圩、洪泽湖等区域水流运动特性。此外，还建立了重点河段二维水动力数学模型，能够提供更加详细的水力要素信息，为实体模型试验提供边界范围，并相互验证，提高了模型的精度和效率。目前，上述模型已应用于淮河中游河道整治及行洪区调整工程方案研究、行洪区泄流能力评估、冯铁营引河方案论证、河湖关系和洪水调度，为淮河进一步治理和保护提供了重要的技术支持手段。

　　围绕淮河中游行洪区布局和调整建设，开展了河道和行洪区泄流能力研究[17]，优化了河道疏浚规模、堤防退建距离、建筑物布置等[17-22]。对冯铁营引河规模、断面形式、运用方式进行了深入系统的研究[10]，探明了推荐方案的主要效益及影响，并对工程的进一步优化进行了方向性的探讨[23]。

　　采用典型年洪水过程，分析了行蓄洪区启用标准、时机和方式对淮河干支流洪水的影响范围和程度，揭示了行洪区从开启到关闭运用过程中 5 个典型阶段的洪水传播规律[24]，分析了临淮岗洪水控制工程运用方式的影响，提出了典型年淮河中游行蓄洪区洪水调度预案[25]。

　　为改善河湖关系，优化规划工程实施后洪泽湖上下游洪水的安排，分析了冯铁营引河、溧河洼疏浚、湖区开槽及扩大入海水道二期等工程措施的组合效益，研究了降低蒋坝水位对淮干水位的影响范围及幅度，探索了洪泽湖增大入海比例、提前运用入海水道工程带来的效益及影响[23]。上述研究，为正确认识和处理好河湖关系，进一步改善中游防洪除涝条件起到了关键的支撑作用。

　　3 淮河中游水沙特性与河道演变规律研究进展

　　1991 年淮河大水以后，淮委十分重视淮河基本规律的研究。陆续对淮河流域水沙特性、河床湖床演变、河相关系、挟沙能力、造床流量等河道湖泊演变规律开展了研究。毛世民等[26-29]开展了第一轮淮河流域水沙特性和河床演变的研究;刘玉年等[30]开展了水利部现代水利科技创新项目“淮河干流河相关系和整治方向研究”;韩其为等[23]开展了安徽省水利科技创新项目“淮河干流蚌埠以下河道治理研究”;虞邦义等[31]开展了国家重点研发计划“淮河干流河道与洪泽湖演变及治理”;虞邦义等[32]开展了安徽省水利重大前期项目“淮河中游洪涝灾害机理与对策研究”。淮河水利委员会水利科学研究院作为主持单位或主要完成单位，参加了上述研究项目。研究成果已在治淮的规划设计中得到了广泛的应用，并为淮河干流的进一步治理提供科学理论支撑。

　　3.1 水沙特性研究

　　近年来受人类活动和气候变化等因素的影响，淮河中游的来水来沙特性发生了显著的变化[33]。基于淮河干流主要站点长系列水沙原型资料，采用多种水文统计方法对淮河干流径流量和输沙量的演变特征进行系统分析得出[18,33,34]：整体上淮河干流年径流量未呈现系统的增减趋势，但淮河干流来沙量则表现出明显的减小趋势，2000 年后来沙量趋于稳定，如鲁台子站和吴家渡站含沙量基本稳定在 0. 1 kg/m3 和 0. 2 kg/m3 以下[29,35]。淮河干流来沙变化具有较明显的阶段性特征，整体上呈现出多-少两个阶段的变化过程，发生突变的年份在 1980-1984 年之间，未来一段时间来沙量整体将继续呈现减小的趋势，并将继续保持少沙期。

　　3.2 河相关系

　　河相关系的研究是河道整治工作中的一个重要基础，也是河道变形计算中不可缺少的组成部分。选取淮河中游观测资料系列较长的王家坝、润河集、鲁台子、吴家渡和小柳巷等 5 个测站，基本控制了中游入汇水量变化较大的几个河段，讨论淮河中游的河相关系特点和变化。

　　采用淮河中游 5 个水文站 1950-2007 年的实测资料，点绘分析了干流河道的断面河相关系;根据确定的造床流量[36]，建立了淮河中游沿程河相关系[37]：