淮河流域洪澇綜合治理關(guān)鍵技術(shù)問題探討

虞邦義，曹秀清，蔣尚明，倪 晉，沈 瑞

（安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，233000，蚌埠）

淮河地處南北氣候、高低緯度和海陸相三種過渡帶的交叉重疊地區(qū)，致洪暴雨天氣系統(tǒng)眾多且組合復(fù)雜，由于眾多支流均在中游匯入干流，而淮河中游河道過流能力不足，導(dǎo)致干流洪水位持續(xù)偏高，中游“關(guān)門淹”現(xiàn)象仍然突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新中國成立以來，淮河流域平均每年澇災(zāi)面積超2 300 萬畝（1 畝=1/15 hm2，下同），成災(zāi)率超12%。 面廣、量大、災(zāi)重的澇漬災(zāi)害仍然是制約淮河中游經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。 貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上的重要講話精神，讓淮河也成為造福人民的幸福河，需要明確進(jìn)一步治淮需重點(diǎn)解決的關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)難題，開展流域綜合治理的治淮新模式研究。

一、淮河流域澇災(zāi)成因與致災(zāi)機(jī)理分析

1.從致雨天氣系統(tǒng)上看

淮河流域地處南北氣候過渡帶，屬北亞熱帶至暖溫帶、半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)， 影響流域的天氣系統(tǒng)眾多，既有來自北方的西風(fēng)槽和冷渦，又有熱帶的臺(tái)風(fēng)，還有本地產(chǎn)生的江淮切變線和氣旋波，天氣復(fù)雜多變，且組合十分復(fù)雜。

2.從降雨時(shí)空分布規(guī)律上看

①淮北平原汛期降雨量極大值介于900～1 500 mm，整體呈由淮北平原區(qū)中部向南部、 北部遞減的趨勢，其中超過1 000 mm 的雨區(qū)籠罩面積為2.81 萬km2，覆蓋淮北平原大部；超過1 300 mm 的地區(qū)主要分布在界首市、臨泉縣、靈璧縣、泗縣。 ②淮北平原汛期降雨量極小值介于90～320 mm， 總體呈由東北向西南遞減的趨勢，其中埇橋區(qū)北部與靈璧縣北部汛期降雨量極小值超過了300 mm，雨區(qū)籠罩面積為637.9 km2； 而沿淮的臨泉、阜南、潁上、懷遠(yuǎn)、鳳臺(tái)、五河等地均在200 mm 以下， 可見在極端干旱年份沿淮地區(qū)降雨明顯低于淮北平原中北部區(qū)。 ③淮北平原汛期降雨量極值比在3～10，且總體呈由西南向東北遞減的趨勢。 其中超過10 的地區(qū)覆蓋面積為233.2 km2，主要集中在阜陽市潁上縣境內(nèi)，極值比超過6 的地區(qū)主要集中在阜陽市、淮南市、蚌埠市等地，籠罩面積為1.09 萬km2；而在淮北平原東北部，極值比小于6 的地區(qū)主要覆蓋淮北平原中北部，籠罩面積為2.81 萬km2。可見，由于淮北平原汛期降雨量極大值與極小值的極值中心都分布于西南部，導(dǎo)致該地區(qū)汛期降雨量極值比偏大 （均大于6），汛期降雨量年際分配不均， 極易發(fā)生洪、澇、旱等自然災(zāi)害。

3.從地理環(huán)境因素上看

（1）淮河干流河道特性

淮河中游干流淮南市以下河道的河底低于洪澤湖底高程，浮山以下河道出現(xiàn)倒比降，中游洪水排泄困難，而中游河道又必須承泄上游來水，主、客水經(jīng)常遭遇，2～3 年一遇洪水干流水位就高于地面高程。 沿淮湖洼地地面高程一般為15～20 m，而淮河干流正陽關(guān)至浮山河道設(shè)計(jì)洪水位為18.50～26.50 m，高于洼地地面高程3.5～6.5 m；警戒水位為17.30～24.00 m，高于洼地地面高程2.3～4.0 m。 淮河洼地，特別是沿淮洼地排水難問題十分突出。

（2）淮北平原土壤特性

從地質(zhì)資料分析，安徽淮北平原幾乎全境為砂姜黑土，至近代黃河奪淮后，其上覆蓋了黃泛淤積物，逐步演化為潮土、水稻土等，從而縮小了砂姜黑土分布的范圍。 目前，淮北平原土壤主要為砂姜黑土、潮土、潮棕壤土、水稻土等，砂姜黑土和潮土分別占土地面積的53.0%、33.3%。 砂姜黑土質(zhì)地黏重、肥力瘠薄、適耕期短、遭旱干裂跑墑、 遇雨濕脹澇漬難排，為全國典型中低產(chǎn)土壤之一，極易出現(xiàn)旱、澇、漬災(zāi)害。 而潮土具有強(qiáng)石灰性， 部分土壤還具有鹽化和堿化現(xiàn)象，質(zhì)地疏松、極易產(chǎn)生風(fēng)蝕水蝕、水土流失嚴(yán)重、 開挖的河溝易淤淺，影響農(nóng)田排水溝排水，易出現(xiàn)旱、澇、漬災(zāi)害，也屬中低產(chǎn)土壤范疇。

（3）淮北平原地形特性

淮北地區(qū)是河流沖積平原，地勢平坦、耕地率高，北部（亳州市）平均高程約40 m，南部（蚌埠市）沿淮高程約20 m，南北高差僅20 m，但南北水平間距約200 km， 坡度僅為0.01%，可見， 淮北平原總體地勢十分平坦，其間廣布的平原河道流速低、 流量小，對區(qū)域排澇泄洪十分不利。

淮北平原雖總體地勢平坦，但又具有明顯的“大平小不平”特征，其間存在大量微小、局部蝶形洼地。 依據(jù)DEM 數(shù)據(jù)，計(jì)算網(wǎng)格地形指數(shù)來反映局部澇水匯集區(qū)域與方向， 據(jù)此提取面上局部洼地，以阜陽市為例，阜陽市沿泉河、潁河、黑茨河、茨淮新河、洪河等兩岸存在大量連片洼地外， 其他區(qū)域還存在大量零星分布的局部微小洼地，洼地面積約2 143 km2，占全市土地面積的22.3%。 淮北平原地形的“大平小不平”特征，使得澇漬災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境突出，澇漬災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā)，災(zāi)害損失嚴(yán)重。該區(qū)在提升河道骨干排澇能力的同時(shí)，也應(yīng)關(guān)注面上排澇標(biāo)準(zhǔn)的提高，以滿足面上廣布的微小洼地排澇需求，避免“小河無水大溝滿，小溝無水地里淹”現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）淮河中游關(guān)門淹特性

①淮干對支流的頂托。淮河中游干流平槽泄量小，正陽關(guān)以下河道約為設(shè)計(jì)流量的1/3， 汛期洪水漫灘機(jī)遇不足2 年一遇。 汛期淮河干流洪水一旦漫灘， 開始頂托支流的排水；隨著干流水位的不斷升高，對支流的頂托越來越嚴(yán)重；同時(shí)干流受到洪澤湖頂托影響， 洪水漫灘持續(xù)時(shí)間長；當(dāng)干流水位高于支流和沿淮洼地內(nèi)水位時(shí)，為防止淮河洪水倒灌，支流和沿淮洼地將關(guān)閉涵閘，致使上游來水無法排入干流河道，形成“關(guān)門淹”。淹沒水深大，且時(shí)間持續(xù)長，淹沒水深一般在1.0～5.0 m，淹沒時(shí)間一般在30～90 天。 以淮河干流對支流潁河的頂托為例，1981—2008 年淮河干流對潁河的頂托頻率約為3 年一遇，平均頂托時(shí)間為18 天左右， 其中1991年、2003 年和2007 年均頂托1 個(gè)月以上，潁上在遭遇3 年一遇以上暴雨時(shí)，淮干水位對潁河產(chǎn)生頂托作用的頻率高、時(shí)間長，對潁河兩岸的農(nóng)田造成的洪澇災(zāi)害損失大。

②干支流對洼地的頂托。 以潁上縣主要涵閘為例，潁上縣各閘（涵）受淮河干流及支流頂托頻率為3～9 年一遇，平均約為4 年一遇，總體平均頂托13 天以上。 八里河閘頂托頻率為3 年一遇，平均受頂托時(shí)間為21.1天； 焦崗閘頂托頻率為5 年一遇，平均受頂托時(shí)間為26 天。 沿淮洼地受淮干及支流的頂托發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長， 阻礙了沿河洼地的澇水外排，進(jìn)一步加劇了洪澇災(zāi)害損失。

二、進(jìn)一步治淮需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)難題

1.淮河中游洪澇關(guān)系研究

洪澇關(guān)系困擾治淮多年，在對淮干整治效果分析中， 發(fā)現(xiàn)干流疏浚后沙潁河、渦河沿程水位均會(huì)顯著降低，遇2003 年洪水，沙潁河阜陽閘下、渦河蒙城閘下洪峰水位分別降低了0.19 m、0.13 m， 警戒水位以上歷時(shí)分別縮短36 h、22 h。 即干流疏浚會(huì)改善沿淮洼地自排條件，但如何定量分析面上排澇對支流及淮干行洪的影響，辨析淮河中游流域尺度洪澇關(guān)系，探尋洪澇轉(zhuǎn)化機(jī)制，定量解析淮河中游“關(guān)門淹”現(xiàn)象，仍是進(jìn)一步治淮中需要重點(diǎn)關(guān)注的重大技術(shù)難題之一。

2.淮河中游行蓄洪區(qū)的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整與布局研究

推進(jìn)淮河中游行蓄洪區(qū)脫貧致富事關(guān)安徽全省脫貧攻堅(jiān)大局，需按照“能搬則搬、能讓則讓、確保安全”要求， 抓好行蓄洪區(qū)優(yōu)化調(diào)整與布局。 在保障淮干行洪安全下，充分論證各行蓄洪區(qū)不同啟用方式下對淮干行洪和洼地排澇的效果，針對行洪效果不夠、啟用困難的行蓄洪區(qū)進(jìn)行深入研究，以減少行蓄洪區(qū)數(shù)量和降低行蓄洪區(qū)啟用頻率為目標(biāo)，探索其布局和功能進(jìn)一步調(diào)整的可能性及相應(yīng)措施。 重點(diǎn)探索湯漁湖調(diào)整為蓄洪區(qū)或者防洪保護(hù)區(qū)的科學(xué)性與可行性， 以及調(diào)整荊山湖行洪區(qū)行洪流量與降低啟用頻率的可能性等。 綜合評(píng)估縮減行洪區(qū)數(shù)量對淮河防洪格局的影響程度及可能的補(bǔ)償措施，進(jìn)一步優(yōu)化保留行洪區(qū)的運(yùn)用條件，特別是行洪區(qū)啟用水位是比設(shè)計(jì)水位降0.5 m 還是1.0 m應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

3.進(jìn)一步治淮38 項(xiàng)工程實(shí)施效果復(fù)核及糙率合理性分析

評(píng)估38 項(xiàng)工程實(shí)際作用和效果，揭示現(xiàn)有規(guī)劃防洪體系存在的問題，是洪澇兼治的基礎(chǔ)。 根據(jù)初步研究，38 項(xiàng)工程實(shí)施后行洪區(qū)使用前河道的灘槽泄洪能力滿足中等洪水排洪要求，但在充分運(yùn)用行洪區(qū)的條件下，計(jì)算水位遠(yuǎn)高于規(guī)劃值，其中正陽關(guān)水位偏高0.63 m，吳家渡水位偏高0.31 m。 兩者差異源于沿淮河生產(chǎn)圩高程變化、河道糙率取值和行洪區(qū)流量分配。其中糙率取值的差異最大，通過實(shí)測資料分析得出，主槽糙率為0.025～0.027，灘地為0.038～0.040，較規(guī)劃值（主槽0.021，灘地0.027）偏高20%以上。 鑒于糙率是進(jìn)行淮河整治的重要參數(shù)，建議對其進(jìn)行敏感性分析， 并結(jié)合近期淮河阻力特性變化，得出合理的取值。

4.淮河中游農(nóng)田面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)研究

淮河流域80%以上耕地集中在平原區(qū)， 約有1.0 億畝耕地屬于低洼易澇地， 且有7 000 萬畝耕地位于洪水位以下，分布面廣、量大的沿淮沿河洼地是因?yàn)?zāi)致貧典型區(qū)，是全面建設(shè)小康社會(huì)和脫貧攻堅(jiān)的關(guān)鍵，面上農(nóng)田排澇治理標(biāo)準(zhǔn)提高勢在必行。 在淮北典型唐河小流域排澇治理標(biāo)準(zhǔn)研究中，以工程投資效益最優(yōu)為目標(biāo)，得出唐河適宜面上農(nóng)田排澇治理標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇。 但面上農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)提高，勢必會(huì)增加河道行洪壓力，須在河道行洪安全下適度提高排澇治理標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，據(jù)局部農(nóng)田排澇綜合治理工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)過高，會(huì)存在過度排水現(xiàn)象，導(dǎo)致地下水水位下降、干旱缺水問題突顯。 因此，以排澇降漬、 水生態(tài)環(huán)境與水資源綜合利用等綜合效益為目標(biāo)，優(yōu)化確定面上農(nóng)田排澇治理標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步治淮提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。同時(shí)，在面上農(nóng)田排澇治理工程實(shí)踐中，骨干排水大溝宜建閘控制地下水水位，防止出現(xiàn)過度排水而導(dǎo)致干旱缺水現(xiàn)象。

5.淮河中游各級(jí)排水系統(tǒng)科學(xué)匹配的干支流洪澇治理標(biāo)準(zhǔn)研究

目前，淮河流域大多數(shù)水系存在干支流防洪標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)，骨干排水溝與河道排澇標(biāo)準(zhǔn)不銜接及農(nóng)田排水系統(tǒng)與骨干排水溝排澇標(biāo)準(zhǔn)不匹配等問題。 經(jīng)常出現(xiàn)支流及上游排澇過快搶占干流河道，加劇中下游干流防洪風(fēng)險(xiǎn)；或由于上下級(jí)除澇標(biāo)準(zhǔn)不匹配和不銜接， 出現(xiàn)骨干排水溝澇水無法通暢排入河道， 而農(nóng)田澇水又無法正常排入骨干排水溝， 從而加劇了流域澇災(zāi)損失。 需系統(tǒng)模擬典型年農(nóng)田不同面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)下支流與干流洪水傳播與沿程水位的變化與洪澇災(zāi)害損失， 分析淮河中游農(nóng)田不同面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)下排澇對干支流河道行洪能力需求， 論證不同面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)下適宜的干支流河道疏浚規(guī)?；蚍趾楹拥酪?guī)模， 優(yōu)選進(jìn)一步治淮下適宜的面上排澇治理標(biāo)準(zhǔn)及干支流治理標(biāo)準(zhǔn)組合， 為進(jìn)一步治淮工程規(guī)模、形式與布局提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

6.進(jìn)一步治淮下的面上農(nóng)田和淮河干支流綜合治理模式研究

針對進(jìn)一步治淮中洪澇綜合治理模式， 需解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：①提出作物農(nóng)田排水三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)綜合模式， 在強(qiáng)調(diào)排水治澇的同時(shí)，兼顧作物需水要求，合理控制地下水水位的下降，統(tǒng)籌農(nóng)田排蓄、協(xié)調(diào)農(nóng)田排與灌， 科學(xué)確定農(nóng)田適宜排水模數(shù)與農(nóng)田排澇降漬標(biāo)準(zhǔn)。 ②以不同區(qū)域不同類型洼地的自然地理特征與水利工程現(xiàn)狀為依據(jù)， 提出淮河中游不同區(qū)域不同類型洼地田間排水溝與骨干排水規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)和布局模式。 ③研究在水沙條件變化下，河道自然造床的作用和穩(wěn)定的河相關(guān)系，結(jié)合面上排澇需求，提出合理的河槽疏浚規(guī)模及灘槽流量比例，為河道疏浚后長效性及合理堤距確定提供支撐。

7.面向生命共同體的淮河流域綜合治理模式研究

山水林田湖是一個(gè)生命共同體，人的命脈在田，田的命脈在水，水的命脈在山。 新時(shí)期治水思路必須遵循自然規(guī)律，按照“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的方針治水，統(tǒng)籌做好水災(zāi)害防治、水資源節(jié)約、水生態(tài)保護(hù)修復(fù)、水環(huán)境治理。 統(tǒng)籌防洪、排澇、抗旱、治污之間的聯(lián)系，謀劃新時(shí)期進(jìn)一步治淮的思路與理念。 防洪工程布局和調(diào)度需考慮面上排澇降漬要求、面上排澇降漬治理需杜絕過度排水而帶來干旱缺水威脅、退耕還湖充分發(fā)揮淮河干支流自然濕地和湖泊的蓄水和生態(tài)修復(fù)功能、水環(huán)境治理需兼顧面上截流控污和水體生態(tài)修復(fù)。 從流域全局出發(fā)，借鑒網(wǎng)格化管理理念來謀劃流域水功能分區(qū)， 恢復(fù)流域自然濕地與湖泊、 提升流域蓄水涵養(yǎng)水源能力；依據(jù)水資源稟賦因地制宜進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展適應(yīng)性強(qiáng)的特色產(chǎn)業(yè)；統(tǒng)籌協(xié)調(diào)“排—蓄—灌”之間的聯(lián)系，提出旱澇兼籌流域綜合治理標(biāo)準(zhǔn)及其工程體系；理順流域治理各因素之間的聯(lián)系，逐步構(gòu)建流域生命共同體，形成新時(shí)期進(jìn)一步治淮的流域綜合治理模式體系。