淮河與洪澤湖河湖分離降低洪澤湖水位效果分析

何孝光

(江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇揚(yáng)州225009)

0 引 言

淮河原是直接入海的河流。黃河奪淮導(dǎo)致大量泥沙淤積，淮河水系遭到破壞，下游排洪受阻，致使淮水不斷壅高，于明萬歷年間形成洪澤湖。黃河奪淮惡化了淮河中下游甚至是整個淮河流域的防洪排澇條件，改變了淮河下游洪水出路，也使得治理淮河成為治河史上的難題[1]。1949年后，淮河治理取得重大成就[2]；但大量行蓄洪區(qū)的頻繁啟用，中游淮北洼地受淮河干流高水位頂托，排澇困難等問題依然嚴(yán)重[3]。因而，淮河與洪澤湖的關(guān)系一直備受關(guān)注，為減輕洪澤湖對上中游洪水下泄造成的影響，洪澤湖與淮河分離[4- 6]作為可能方案歷史上被多次提出，如何處理河湖關(guān)系事關(guān)治淮全局，也成為人們不斷爭論的焦點。

歷史上關(guān)于“河湖分離”的研究方案很多，主要有“湖北新河方案”“全走入江方案”“全部入海方案”“盱眙新河方案”和“入江入海方案”等[7- 8]。綜合各方研究成果看，比較可行的有“盱眙新河方案”和“入江入海方案”。本文僅針對盱眙新河和入江入海兩方案開展對降低洪澤湖洪水位的效果分析。

圖1 盱眙新河方案和入江入海方案布置示意

1 兩個河湖分離方案

1.1 盱眙新河方案

盱眙新河是指在淮河干流盱眙縣城下游四山湖入口處開一條人工新河，該河在三河閘下1 km處與原入江水道聯(lián)通(見圖1)。在新河入口處和淮河干流入湖口處各建一處節(jié)制樞紐，控制、調(diào)節(jié)洪水和徑流，實現(xiàn)河湖分離。盱眙新河設(shè)計流量為10 400 m3/s，相當(dāng)于采用淮河干流盱眙斷面20年一遇的洪水流量；相應(yīng)水位為15.34 m；分洪目標(biāo)為降低淮河干流盱眙斷面20年一遇洪水水位1 m。按此目標(biāo)，盱眙新河進(jìn)口水位擬定為14.34 m；出口與入江水道銜接，出口水位與三河閘閘下水位一致。設(shè)計流量時，入江水道過流能力受三河閘閘下水位和下游高郵湖水位影響，為保證盱眙新河達(dá)到設(shè)計流量，高郵湖相應(yīng)水位應(yīng)為9.1 m，三河閘閘下水位應(yīng)為13.7 m。考慮盱眙新河過閘落差0.1 m，則盱眙新河出口水位為13.8 m；進(jìn)口處河底高程與淮河干流河底高程相當(dāng)，為4.81 m；出口處河底高程與入江水道河底高程相當(dāng)，為3.31 m；河底比降約為0.066‰。根據(jù)水位流量關(guān)系，確定盱眙新河開挖底寬為710 m，堤距1 000 m，灘地約為50～100 m，河道橫斷面采用梯形斷面，邊坡采用1∶3(見圖2)。

圖2 盱眙新河方案河道斷面示意(單位：m)

1.2 入江入海方案

入江入海方案是指在洪澤湖湖區(qū)內(nèi)筑堤開河，使淮河形成一頭兩尾的河流(參見圖1)。在淮河干流入湖口(老子山附近)至三河閘閘上，在湖內(nèi)開河筑堤，稱入江道；在淮河干流入湖口(老子山附近)至二河閘閘上，在湖內(nèi)開河筑堤，稱入海道，兩條水道建閘與湖區(qū)聯(lián)通。由于開辟入江入海道后，可提前泄放大流量，從而增加泄洪能力?，F(xiàn)狀入湖段河道寬約4.5 km，由多股分汊河道行洪，為了和下游河道銜接，需要對主汊河道進(jìn)一步疏浚河底，淮河干流盱眙～老子山段河道疏浚約27.4 km，開挖河底高程為8～6 m，開挖底寬為300～500 m，并在北邊距主汊河道3 km以外筑堤。湖區(qū)入海道老子山至二河閘新河長約28 km，河道過流能力與入海水道二期規(guī)模相當(dāng)，為7 000 m3/s，地面高程為11.3～10.2 m，此段按堤距1.5 km控制，開挖河底高程為6～4.5 m，與入海水道河底銜接，開挖底寬為500 m，邊坡1∶3，河底比降0.054‰(見圖3)；湖區(qū)入江道老子山至三河閘新河長約18 km，河道過流規(guī)模與入江水道規(guī)模相當(dāng)，為12 000 m3/s，按堤距2 km控制，開挖河底高程為6～4 m，與入江水道河底銜接，開挖底寬為500 m，邊坡1∶3，河底比降0.11‰(見圖3)。

圖3 入江入海方案河道斷面示意(單位：m)

2 河湖分離方案降低洪澤湖水位分析

2.1 計算原理與條件

河湖分離工程的實施，改變了洪澤湖出湖泄流能力，對洪澤湖水位產(chǎn)生直接影響。本文將洪澤湖作為水庫進(jìn)行調(diào)洪演算，從而確定不同河湖分離方案的降水位效果。洪澤湖調(diào)洪方式采用分級泄流，洪澤湖下泄流量根據(jù)水位條件泄放，并采用動庫容調(diào)洪演算。調(diào)洪計算的基本原理如下

(1)

式中，Q1為時段末的入湖流量，m3/s；Q2為時段末的入湖流量，m3/s；ql為時段初的出湖流量(m3/s)；q2為時段末的出湖流量(m3/s)；V1為時段初洪澤湖蓄水量(m3)；V2為時段末洪澤湖蓄水量(m3)；Δt為時段長。洪澤湖調(diào)節(jié)計算取1 d。Ql、Q2可由設(shè)計洪水過程線上查得，為已知值；q2和V2是未知數(shù)，對于閘門全開的自由泄流工況，一個方程包括2個未知數(shù)不能求解，必須建立水庫下泄流量q與蓄水量V的關(guān)系

q=f(V)

(2)

自由泄流時，通過聯(lián)解由式(1)、(2)方程組，得到調(diào)洪演算結(jié)果。

河湖分離以后，淮河干流大部分洪水將不再進(jìn)入洪澤湖調(diào)蓄，而直接由新開河道向下游河道排泄，根據(jù)盱眙新河方案和入江入海方案擬定的河道規(guī)模，盱眙新河最大設(shè)計流量為10 400 m3/s，入江入海方案最大河道行洪19 000 m3/s。盱眙新河方案20年一遇以下淮河干流洪水不入湖，入江入海方案100年一遇淮河干流洪水不入湖。實施河湖分離方案之后，實際進(jìn)入洪澤湖調(diào)蓄的洪水僅為淮河干流超標(biāo)準(zhǔn)洪水和淮北各直接入湖支流洪水。河湖分離淮河干流來水優(yōu)先入江、入海，多余洪水仍入湖調(diào)蓄，在洪澤湖一定水位下，入江、入海如仍有下泄能力，再泄洪澤湖洪水(見圖4)。

圖4 河湖分離洪澤湖調(diào)節(jié)計算結(jié)構(gòu)概化示意

2.2 計算結(jié)果

根據(jù)兩種河湖分離方案，分別對1954年典型洪水和100年一遇、300年一遇設(shè)計洪水進(jìn)行了調(diào)洪演算(見表1)。

由表1可見：①實施河湖分離方案后，淮河干流來水的絕大部分通過分離水道下泄，入湖水量大幅度減少，同樣大小洪水，入江入海方案減少入湖水量的效果優(yōu)于盱眙新河方案。②入江入海方案減小入湖水量的效果對不同大小的洪水變化不顯著，1954年典型與300年一遇洪水相比，入湖水量增加62億m3；盱眙新河方案減小入湖水量的效果受洪水大小的影響顯著，1954年典型與300年一遇洪水相比，入湖水量增加201億m3。河湖分離不同方案降低洪澤湖水位分析成果見表2。不同級別洪水不同工況洪澤湖調(diào)洪水位過程線見圖5～8。由于入江入海方案必須建立在入海水道二期工程基礎(chǔ)上，所以工況分析均包含入海水道二期工程。

由表2及圖5～8可見：

(1)1991年洪水，約相當(dāng)于18年一遇，淮河干流洪水不入湖，盱眙新河方案可有效降低洪澤湖最高洪水位20.00 cm，入江入海方案可有效降低洪澤湖最高洪水位66.00 cm，最高洪水位僅13.00 m。

表1 不同河湖分離洪澤湖出入湖水量計算成果

表2 河湖分離不同方案降低洪澤湖水位分析成果

圖5 1991年型洪水洪澤湖洪水位過程

圖6 1954年型洪水洪澤湖洪水為過程

圖7 100年一遇洪水洪澤湖洪水位過程

圖8 300年一遇洪水洪澤湖洪水位過程

(2)154年型洪水，約相當(dāng)于50年一遇，盱眙新河方案可有效降低洪澤湖最高洪水位51.00 cm，最高洪水位為13.89 m，入江入海方案可有效降低洪澤湖最高洪水位17.00 cm，最高洪水位為14.23 m。

(3)100年一遇洪水，由于受洪澤湖周邊滯洪區(qū)滯洪影響，兩方案降低洪澤湖水位有限，盱眙新河方案可降低洪澤湖最高洪水位7.00 cm，最高洪水位為14.52 m，入江入海方案可降低洪澤湖最高洪水位7.00 cm，最高洪水位為14.52 m。

(4)300年一遇洪水，盱眙新河方案可降低洪澤湖最高洪水位12.00 cm，最高洪水位為15.64 m，入江入海方案可有效降低洪澤湖最高洪水位85 cm，最高洪水位為14.91 m。

(5)無論是盱眙新河方案還是入江入海方案，均對中小洪水效果顯著，對大洪水，尤其是洪澤湖規(guī)劃設(shè)計洪水300年一遇洪水情況，盱眙新河方案效果較小，而入江入海方案效果顯著，可使得洪澤湖最高洪水位降低至14.91 m。

3 結(jié) 語

河湖分離盱眙新河方案和入江入海方案是諸多河湖分離方案中相對比較可行的方案，都能較顯著地降低洪澤湖的洪水位，對洪澤湖區(qū)間及以上地區(qū)防洪排澇是有利的。盱眙新河方案對中小洪水效果明顯，對大洪水效果較小。由于加大了入江水道的泄洪量，盱眙新河方案增加了入江水道防洪壓力。入江入海方案對大洪水效果明顯，利用入海水道分流，入海水道泄洪量增加，使用幾率增加，增加入海水道防洪壓力，對渠北地區(qū)排澇不利；而入江水道泄洪量減少，防洪壓力減少。入江入海方案降低規(guī)劃300年一遇洪水達(dá)85.00 cm，不僅可大大減少洪澤湖大堤下游防洪保護(hù)區(qū)防洪壓力；同時對上中游淮北洼地排澇等非常有效，還可大范圍解放洪澤湖周邊滯洪區(qū)，效益非常明顯。