淮河中游河道疏浚對降低中等洪水位效果分析

季益柱，霍俊波，周若晞，王長明

(中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，安徽 合肥 230601)

1 研究背景

淮河防御大洪水的綜合體系基本建成，但在防御中等洪水的問題上，依然存在缺陷和難點。2003、2007年兩次洪水淮河干流高水位持續(xù)時間長，因洪致澇問題嚴重，與1991年相比，雖然淮干治理工程已發(fā)揮效益，但“關(guān)門淹”的現(xiàn)象沒有得到明顯改善。2020年淮河洪水王家壩至魯臺子河段超保證水位，正陽關(guān)最高水位超設(shè)計水位0.25m，潤河集、汪集、小柳巷河段超歷史水位，沿淮濛洼等8處行蓄洪區(qū)相繼啟用?，F(xiàn)行淮河防御洪水方案未針對中等洪水提出區(qū)別于大洪水的設(shè)防水位，淮河干流在遭遇中等洪水時水位偏高且持續(xù)時間長、災(zāi)害損失嚴重等問題，已成為淮河治理的重點和難點。

近年來，淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程正在分段實施，淮河中游河道治理采取了退堤、切灘、疏浚和行蓄洪區(qū)優(yōu)化調(diào)度運用等措施。然而，淮河中游現(xiàn)狀河道平槽泄量較小，淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程完成后，河道平槽泄量有所增加，但平槽泄量與設(shè)計流量的比值僅為1/4左右，設(shè)計洪水條件下沿淮行蓄洪區(qū)全部啟用，中等洪水條件下仍需啟用數(shù)量較多的行蓄洪區(qū)，且正陽關(guān)等節(jié)點水位接近設(shè)計水位，中等洪水防汛壓力依然很大?；春又杏呜叫柽M一步研究如何通過河道疏浚、退堤等合理的工程措施，提高河道灘槽泄量及行蓄洪區(qū)啟用標準，并降低淮干中等洪水位，減輕中等洪水防汛壓力，并在一定程度上降低干流高水位對支流及沿淮洼地的頂托影響。

對于淮河中游河道演變規(guī)律以及治理措施，已有相關(guān)研究。2011年楊興菊等[1]對淮河中游河道近期演變進行了分析，表明主槽以沖刷為主，灘地表現(xiàn)為微淤、平衡或沖刷，主槽變化大于灘地；淮河中游河道自然演變比較緩慢，人工采砂導(dǎo)致的河床變形遠大于自然演變。2012年劉玉年[2]等對淮河干流蚌埠段整治效果進行了分析，該河段實施退堤、切灘、疏浚等整治工程后，能使1991、2003年同期洪水位分別降低0.46、0.23m。2013年辜兵和劉福田[3]對淮河干流河道疏浚治理進行了初步研究，認為疏浚規(guī)模要以平灘流量與造床流量相近為合適，疏浚深槽比切邊灘回淤風(fēng)險小。2016年郭慶超、韓其為等[4]從研究淮河中游河道演變規(guī)律出發(fā)，量化第二造床流量，揭示第二造床流量與平灘流量關(guān)系的機理，探尋淮河治理的新方法，同時采用非均勻不平衡輸沙數(shù)學(xué)模型就上段疏浚、下段疏浚以及全河段疏浚對降低淮河干流洪水位的效果以及長期維持情況進行了計算研究。2019年羅志文[5]圍繞新時代治淮新形勢提出綜合治理目標，從河道疏浚及生產(chǎn)圩治理、淮干行蓄洪區(qū)布局調(diào)整、淮干及沿淮湖泊蓄水以及淮河生態(tài)建設(shè)等方面提出綜合治理思路，其中淮河干流河道整治提出針對臨淮崗至浮山段河道通過擴大和恢復(fù)河道主槽斷面的疏浚方案，擴大平灘泄量，建設(shè)規(guī)模適當?shù)闹行『樗ǖ?，使中小洪水水位較設(shè)計洪水位低1～2m。

考慮到淮河中游長距離退堤方案在現(xiàn)行條件下實施難度極大，本文重點針對淮河中游河道疏浚方案，研究分析不同河道疏浚規(guī)模對降低淮河干流中等洪水位的效果，為進一步完善淮河中游防洪工程體系布局，提高河道灘槽泄量及行蓄洪區(qū)啟用標準，研究提出區(qū)別于大洪水的中等洪水分級設(shè)防水位提供支撐。

2 研究范圍

淮干中游洪河口至正陽關(guān)段，干流河道主槽平灘寬200m左右。正陽關(guān)以上退堤工程已經(jīng)完成，堤內(nèi)行水寬度已達到1.5～2.0km。該段河底高程一般在19～12m，河底比降為1/20000～1/30000；洪水比降1/50000～1/60000。

淮干中游正陽關(guān)至浮山段，河道主槽平灘寬一般為200～500m，主槽深為8.5～14.5m，堤內(nèi)行水寬度一般為600～1000m。行洪區(qū)行洪后，最大泄洪寬度可達10km。河底高程在正陽關(guān)至蚌埠段一般為12～8m，蚌埠以下一般為8～5m。河床深淺變化很大，河底高程最高在13m左右，最低達-13.4m，且出現(xiàn)多處深切。正陽關(guān)至渦河口段河底比降約為1/30000，洪水比降約為1/40000；渦河口至浮山段河底比降為1/30000～1/40000，洪水比降為1/20000～1/30000。

淮干中游浮山至洪山頭段河道主槽平灘寬一般為500～800m，堤內(nèi)行水寬度600～1000m。河底高程在浮山為5.5m，洪山頭為9.5m。該段河底逆坡，呈倒比降，洪水比降約為1/20000。洪山頭以下為洪澤湖，湖底高程為10.5m。

淮河中游洪河口至正陽關(guān)、正陽關(guān)至渦河口、渦河口至浮山、浮山至洪山頭河底比降向下游逐步放緩，甚至倒比降，而洪水比降逐步變大，洪水比降不盡合理。考慮到洪河口至正陽關(guān)段洪水比降僅為1/50000～1/60000，本次重點選定正陽關(guān)以下段開展中游河道疏浚研究，一方面有效降低淮河中游遇中等洪水條件下的洪水位，另一方面進一步優(yōu)化中游洪水比降。

3 不同疏浚規(guī)模降低中等洪水位效果分析

3.1 河道疏浚方式

淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程涉及面廣、單項工程多、工程量和投資較大，分為王家壩至臨淮崗段、正陽關(guān)至峽山口段、峽山口至渦河口段、蚌埠至浮山段、浮山以下段共5段工程分別開展前期工作，逐步實施。目前淮河干流蚌埠至浮山段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程基本實施完成，王家壩至臨淮崗段、正陽關(guān)至峽山口段行洪區(qū)調(diào)整已開工建設(shè)，峽山口至渦河口段、浮山以下段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程處于前期工作階段。各段行洪區(qū)調(diào)整均涉及淮河干流河道疏浚、堤防退建加固等工程，河道疏浚設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整各段河道疏浚設(shè)計參數(shù)

本文在淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程實施完成的基礎(chǔ)上，擬定河道疏浚底寬350、400、450、500m共4組河道疏浚方案，開展不同疏浚規(guī)模對降低淮河干流中等洪水位效果研究。各組疏浚方案均采用單式梯形斷面，疏浚范圍為淮干正陽關(guān)至洪山頭河段，長270km，疏浚底高程正陽關(guān)-渦河口-洪山頭為12.0～9.0～5.0m，邊坡采用1∶4。典型斷面型式如圖1—4。

圖1 淮河中游河道疏浚底寬350m典型斷面圖

圖2 淮河中游河道疏浚底寬400m典型斷面圖

圖3 淮河中游河道疏浚底寬450m典型斷面圖

圖4 淮河中游河道疏浚底寬500m典型斷面圖

3.2 計算條件

本次分2段河道開展淮河中游不同河道疏浚規(guī)模研究?；春痈闪餍行詈閰^(qū)調(diào)整后，正陽關(guān)至渦河口段河道灘槽泄量(行洪區(qū)不啟用)為8000m3/s，設(shè)計流量為10000m3/s；渦河口以下段河道灘槽泄量(行洪區(qū)不啟用)為10500m3/s，設(shè)計流量為13000m3/s。

正陽關(guān)至渦河口段分析中等洪水流量8000、8500、9000m3/s時，淮河中游在不同河道疏浚規(guī)模條件下的沿程各節(jié)點洪水位，并與設(shè)計水位進行對比分析，其中下邊界渦河口水位采用22.92m。

渦河口至洪山頭段分析中等洪水流量10500、11000、11500m3/s時，淮河中游在不同河道疏浚規(guī)模條件下的沿程各節(jié)點洪水位，并與設(shè)計水位進行對比分析，其中下邊界洪山頭水位采用16.24m。

3.3 計算結(jié)果分析

3.3.1擴大平槽泄量分析

淮河中游正陽關(guān)至渦河口段、渦河口至洪山頭段在不同疏浚規(guī)模條件下的平槽泄量統(tǒng)計見表2?；春又杏伍L距離河道疏?？蛇M一步擴大河道平槽泄量，河道疏浚底寬500m與現(xiàn)狀工況相比，正陽關(guān)至渦河口段河道平槽泄量與設(shè)計流量占比由25%提高至42%，渦河口至洪山頭段河道平槽泄量與設(shè)計流量占比由28%提高至36%。

表2 不同疏浚規(guī)模河道平槽泄量統(tǒng)計表

3.3.2降低中等洪水位效果分析

淮河干流正陽關(guān)至渦河口段流量8000、8500、9000m3/s時，在現(xiàn)狀工況(行蓄洪區(qū)調(diào)整后)、河道疏浚底寬350、400、450、500m五組工況條件下沿程水面線與設(shè)計水面線對比如圖5—7?；春痈闪鳒u河口至洪山頭段流量10500、11000、11500m3/s時，在現(xiàn)狀工況(行蓄洪區(qū)調(diào)整后)、河道疏浚底寬350、400、450、500m五組工況條件下沿程水面線與設(shè)計水面線對比如圖8—10。可以看出，淮河中游長距離河道疏浚對降低中等洪水位具有較好的效果，并且隨著河道疏浚底寬的增加，水位降低幅度呈增加的趨勢。

圖5 流量8000m3/s條件下淮河中游正陽關(guān)至渦河口段水面線

圖6 流量8500m3/s條件下淮河中游正陽關(guān)至渦河口段水面線

圖7 流量9000m3/s條件下淮河中游正陽關(guān)至渦河口段水面線

圖8 流量10500m3/s條件下淮河中游渦河口至洪山頭段水面線

圖9 流量11000m3/s條件下淮河中游渦河口至洪山頭段水面線

圖10 流量11500m3/s條件下淮河中游渦河口至洪山頭段水面線

淮河中游不同疏浚規(guī)模在不同中等流量條件下的水位降低效果統(tǒng)計見表3。以河道疏浚底寬400m為例，遇行蓄洪區(qū)調(diào)整完成后河道灘槽泄量(行洪區(qū)不啟用)正陽關(guān)至渦河口段8000m3/s、渦河口至洪山頭段10500m3/s流量條件下，沿程水位較設(shè)計水位降幅達0.7～1.2m；遇中等洪水正陽關(guān)至渦河口段9000m3/s、渦河口至洪山頭段11500m3/s流量條件下，沿程水位較設(shè)計水位降幅也能達到0.5m以上。

表3 淮河中游不同疏浚規(guī)模降低水位效果統(tǒng)計表 單位：m

4 結(jié)論

隨著淮河生態(tài)經(jīng)濟帶建設(shè)、長三角地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略不斷推進實施，淮河中游地區(qū)經(jīng)濟必將加速發(fā)展，亟待進一步提高該地區(qū)水安全保障能力。淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整后，河槽仍然較小，遇中等洪水仍存在高水位持續(xù)時間長、行蓄洪區(qū)啟用數(shù)量較多等問題。淮河中游長距離河道疏?？蛇M一步擴大河道平槽泄量，有效降低中等洪水位，是解決淮河中游防御中等洪水問題的有效途徑。

本文初步研究了淮河中游正陽關(guān)至渦河口段、渦河口至洪山頭段在底寬350、400、450、500m共4組疏浚方案條件下，遇不同中等洪水流量的降低水位效果，可為今后淮河中游遇10～20年一遇中等洪水研究分級設(shè)防目標、提出區(qū)別于大洪水的設(shè)防水位提供有益的參考。