淮河中游河道治理疏浚规模论证

陶浩然

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

1 基本情况

淮河干流发源于河南省桐柏山麓，流经河南、安徽、江苏3省，在江苏境内经洪泽湖调蓄后，主流经入江水道至三江营入长江，全长约1000km。淮河中游河道比降平缓、低洼地面积大、分布范围广、居住人口众多。沿淮洼地的地面高程一般为15～20m，低于河道设计洪水位和警戒水位2m以上，而淮河干流常遇高水位洪水、严重顶托支流和沿淮洼地的排水，导致涝灾情况严重，损失巨大。因此，可通过扩大淮河中游排洪通道来增强河道滩槽泄量，降低常遇洪水水位，提升流域防洪安全保障能力。使用MIKE11构建淮河干流一维水动力模型，计算河道在不同疏浚底宽下的过流能力及水位变化情况，可对疏浚规模进行论证，最终确定疏浚规模。

2 模型构建及边界条件

2.1 模型构建

淮河干流河道泄流能力分析的核心是构建一系列一维水动力数学模型，模拟在平滩流量、中等洪水、设计洪水等工况下，干流各种断面下的水位、流量变化过程，分析河道主槽及滩地过流能力变化情况，为疏浚规模论证提供依据。模型的选择考虑到DHI的MIKE模型系统软件已有几十年研发与应用的历史，在世界各地及中国已有大量的工程应用案例，可靠性已被大量项目所验证，本文采用MIKE系列软件构建河流水动力学模型。

本次构建的干流一维水动力学模型库采用的数学模型方法是MIKE 11 HD水动力模块和SO水工建筑物操作模块。

2.1.1MIKE 11 HD水动力模块

MIKE11水动力(HD)模型包含马斯京根法(Muskingum)和马斯京根-康吉洪水演算方法(Muskingum-Cunge)，用于简化的河道演算，可自动匹配次临界流和超临界流计算。一维水动力计算模型的基本方程采用基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流圣维南(Saint-Venant)方程组来模拟河流或河口的水流状态。方程组如下：

(1)

(2)

式中，x、t—计算点空间和时间的坐标；A—过水断面面积，m2；Q—过流流量，m3；h—水位，m；q—旁侧入流流量，m3；C—谢才系数；R—水力半径，m；α—动量校正系数；g—重力加速度，m/s。

方程组利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解。该格式在每一个网格点不是同时计算水位和流量，而是按顺序交替计算水位和流量，分别称为h点和Q点。Abbott-Ionescu格式具有稳定性好、计算精度高的特点。离散后的线形方程组用追赶法求解。

2.1.2MIKE11 SO水工建筑物操作模块

在数学理论上，水工建筑物(也被称为函数)用于计算上下游2个水位点(h-point)之间的流量，也就是水工建筑物被安置在计算网格点的流量点处(Q-point)。通过水工建筑物的流量由上下游水位以及建筑物本身参数(如建筑物相关尺寸等)确定。

根据河道过流能力分析的需要，本次基于MIKE 11 HD构建淮河干流一维水动力学模型的总体布置包括河道及断面的概化、上下游边界条件设定、河道构筑物的概化及模型率定验证等。

2.2 边界条件

根据淮河防洪要求，各节点控制水位为临淮岗闸下26.70m，正阳关26.40m，淮南24.48m，涡河口23.39m，蚌埠22.48m，浮山18.35m。

(1)设计洪水流量(行洪区启用)。王家坝-正阳关段河道为7400～9400m3/s，正阳关-茨淮新河口段河道为10000m3/s，茨淮新河口-涡河口段河道为12000m3/s，涡河口以下河道为13000m3/s。200年一遇正阳关下泄流量为12800m3/s，蚌埠下泄流量14660m3/s。

(2)河道滩槽流量(行洪区不启用)。王家坝-正阳关段河道为7000m3/s，正阳关-茨淮新河口段河道为8000m3/s，茨淮新河口-涡河口段河道为9000m3/s，涡河口以下河道为10500m3/s。

(3)浮山中等洪水水位。根据淮河中游洼地高程与面积曲线，对比行蓄洪区调整完成基础上实施河道疏浚工程前后沿程中等洪水水位，即过流7000～8000～10500m3/s时所对应的沿程水位，分析疏浚对洼地排涝的影响。由于浮山以下段河道进一步疏浚有较大的不确定性，浮山中等洪水水位采用行蓄洪区调整完成后确定的水位17.5m。

3 疏浚规模方案

结合淮河干流蚌埠以下河道治理研究的成果，在淮河干流行洪区调整完成基础上，在主要堤防不退建、蓄滞洪能力不减少、主要节点设计洪水位不调整的条件下，扩大淮河中游河道滩槽泄量，降低中等洪水水位1～2m，拟定3组河道规模疏浚方案。

3.1 方案一

该方案河道平滩流量3000～4400～4500m3/s，为2～3年一遇，主要是研究设计洪水条件下取消正阳关以下行洪区行洪功能的方案，在现有河道滩槽范围内，淮河干流达到设计流量时，设计洪水位维持不变的情况下，按淮河干流正阳关以下河道滩槽泄量10000～13000m3/s控制疏浚规模，将寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖行洪区启用标准提高到50年一遇以上。

疏浚临淮岗-正阳关-涡河口-浮山段河道，底宽为310～390～400m，底高程为14.9～12.0～8.0～5.0m，疏浚土方量为14480万m3。切滩永久占地19600亩，冲填区占地62100亩。估算投资73.2亿元。

3.2 方案二

该方案河道平滩流量3200～4700～5200m3/s，为3年一遇，是在方案一的基础上，适当增加疏浚规模，在设计洪水位维持不变条件下，按淮河干流正阳关以下滩槽泄洪流量达到10500～13600m3/s控制疏浚规模，将寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖行洪区启用标准提高到50年一遇以上。

疏浚临淮岗-正阳关-涡河口-浮山段河道，底宽为340～430～450m，底高程为14.9～12.0～8.0～5.0m，疏浚土方量为24780万m3。切滩永久占地33200亩，冲填区占地108000亩。估算投资124.6亿元。

3.3 方案三

该方案河道平滩流量3600～5000～6200m3/s，为3～5年一遇，主要是研究以第二造床流量控制河道疏浚规模的方案，在现有河道滩槽范围内，淮河干流达到设计流量时，设计洪水位维持不变的情况下，按淮河干流正阳关以下河道滩槽泄量11300～14600m3/s控制疏浚规模，将寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖行洪区启用标准提高到50年一遇以上。

疏浚临淮岗-正阳关-涡河口-浮山段河道，底宽为420～490～550m，底高程为14.9～12.0～8.0～5.0m，疏浚土方量为40520万m3。切滩永久占地63600亩，冲填区占地178800亩。估算投资207.0亿元。

4 疏浚方案比较分析

4.1 整体布局与效果分析

3个疏浚方案均能在不抬高现有设计洪水位(正阳关26.40m、涡河口23.39m、浮山18.35m)情况下，通过河道滩槽泄洪替代行洪区行洪流量，将行洪区调整为蓄洪区。河道滩槽泄洪能力方案一达到10000～13000m3/s，方案二达到10500～13600m3/s，方案三达到11300～14600m3/s。

若寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖仍为行洪区且充分运用，在设计水位维持不变的情况下，河道泄洪能力方案一达到11400～13600m3/s，方案二达到12000～14200m3/s，方案三达到12800～15100m3/s。

在淮干正阳关-浮山段设计洪水流量10000～12000m3/s维持不变、浮山水位18.35m情况下，方案一设计水位降低0.2～0.6m，方案二设计水位降低0.5～0.9m，方案三设计水位降低0.7～1.2m。

在淮干正阳关-浮山段中等洪水流量8000～10500m3/s维持不变、浮山水位17.50m情况下，仅河道滩槽泄洪，中等洪水较设计洪水水位方案一降低0.85～1.83m，方案二降低0.85～2.11m，方案三降低0.85～2.38m。

从提升淮河中游防洪能力和治理效果角度，方案三提升滩槽泄洪能力最大，降低中等洪水水位效果最显著，结合行洪区运用，满足淮河干流200年一遇正阳关、蚌埠下泄要求，能够提高中游防洪能力到200年一遇。

整体布局与效果分析结果见表1。

表1 疏浚方案整体布局与效果分析

4.2 工程量与投资分析

方案一疏浚土方14480万m3，切滩永久占地19600亩，排泥场临时占地62100亩，总投资73.2亿元。疏浚规模最小，切滩占地、排泥场用地最少。

方案二疏浚土方24780万m3，较方案一增加71.1%；切滩永久占地33200亩，较方案一增加69.4%；排泥场临时占地108000亩，较方案一增加73.9%。总投资124.6亿元，较方案一增加70.1%。

方案三疏浚规模最大，切滩占地、排泥场用地最多。疏浚土方40520万m3，较方案一增加179.8%，比方案二增加63.5%；切滩永久占地63600亩，较方案一增加224.5%，比方案二增加91.6%；排泥场临时占地178800亩，较方案一增加187.9%，比方案二增加65.6%。总投资207.0亿元，较方案一增加205.7%，比方案二增加66.2%。

3个方案工程量与投资分析情况见表2。

表2 疏浚方案工程量与投资分析

可见，方案三较前2个方案增加的滩槽泄洪能力最多，且单位增加滩槽泄洪能力的投资最少。

4.3 改善沿淮两岸洼地排涝效果分析

安徽省沿淮两岸分布近60片洼地，洼地面积达8556km2，在淮河干流行洪区调整和建设工程完成后，处于10～20年一遇洪水位下的沿淮洼地面积达7523km2。

本次疏浚临淮岗-浮山段河道，其中方案一按平滩流量3000～4400～4500m3/s，五河以上河道中等洪水水位比现状设计洪水水位降低1.0～1.8m，可保护沿淮洼地面积950km2。方案二按平滩流量3200～4700～5200m3/s，五河以上河道中等洪水水位比现状设计洪水水位降低1.1～2.1m，可增加沿淮洼地面积1350km2。方案三按平滩流量3600～5000～6200m3/s，五河以上河道中等洪水水位比现状设计洪水水位降低1.2～2.4m，可增加沿淮洼地面积1960km2。

3个方案改善沿淮两岸洼地排涝效果分析见表3。可见，方案三增加了单位平滩流量，可保护的沿淮洼地面积最多。

表3 疏浚方案改善沿淮两岸洼地排涝效果分析

5 结论与建议

从远近结合、沿淮高质量发展的要求，对沿淮洼地排涝效果、投资等方面综合考虑，淮河干流正阳关-浮山段河道疏浚的方案三为优选方案。

现有河道滩槽范围内，淮河干流达到设计流量时，设计洪水位维持不变的情况下，选取合适的断面控制疏浚规模，可增加滩槽泄量2600～4100m3/s，中等洪水条件下节点水位降低0.85～2.38m，保护沿淮洼地面积1960km2，同时将寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖行洪区启用标准提高到50年一遇以上。

随着淮河生态经济带建设、长三角地区高质量发展等国家重大战略不断推进实施，淮河中游地区经济必将快速发展，对淮河的治理也将进入新的阶段。在未来治理淮河时应扩大洪水通道，进一步增强河道滩槽泄洪能力，提高行蓄洪区启用标准。本文的研究结果对于淮河干流河道进一步治理具有一定的参考价值。