淮河中游河道水动力数学模型及应用
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前言

淮河干流发源于河南桐柏山区,自西向东流经豫、皖、苏三省,全长1000km。以废黄河为界,淮河流域分为淮河水系与沂沭泗水系,流域面积分别为19万km2和8万km2

淮河中游上起豫皖交界洪河口,下至江苏省洪泽湖出口中渡,河长约490km。

淮河上游地势高,降雨量大,暴雨中心稳定,加之上游山区河道比降大,洪水汇集快。进入中游后,河道比降变缓,河道泄量不足,且受洪泽湖顶托影响,高水位持续时间长,内水排泄不畅,造成中游“关门淹”。因此,中游历来是淮河治理的重点和难点。

目前,淮河中游防洪减灾体系主要由水库、临淮岗洪水控制工程、河道堤防、行蓄洪区、分洪河道、调蓄湖泊等组成,洪水调度主要是上述组成部分的联合调度。其中,行蓄洪区调度尤为关键,是淮河中游洪水调度的重点和难点。

经过60多年的治理,特别是治淮19项骨干工程建设,大大改善了淮河中游防洪除涝条件。由于淮河中游的复杂性和经济社会的不断发展,现阶段防洪除涝体系仍存在以下突出问题:

(1)河道滩槽窄小,中小洪水行洪不畅。目前,经过淮河干流扩大排洪通道工程建设,正阳关以上河道已拓宽成1.5~2km的行洪通道,防洪条件大为改善;而正阳关以下河道堤距一般为500~1000m,平槽流量约为设计流量的1/4。在中小洪水年份,洪水漫滩历时长,两岸洼地的涝水难以及时排泄,洪涝损失仍十分严重。

(2)行蓄洪区问题突出。淮河干流沿程分布有21处行蓄洪区,作为中游防洪体系的重要组成部分,行蓄洪区既要确保行洪、蓄洪功能的实现,又要为区内居民生活及经济社会发展提供保障,矛盾十分突出,具体表现为:一是行蓄洪区启用标准低,进洪频繁,洪涝损失严重;二是行洪区的行洪效果差,进、退控制设施不足;三是安全建设严重滞后,灾后恢复自救能力较差;四是行蓄洪区管理工作薄弱。

(3)洪水科学管理尚待完善。淮河中游防洪除涝体系复杂,影响因素多,社会影响面大,如何合理运用水库拦洪、削峰、错峰,充分利用河道泄洪,适时运用行洪区、蓄洪区、分洪河道和临淮岗洪水控制工程对洪水进行科学调度,以减轻洪涝灾害,依然是需要进一步研究的重要课题。

(4)浮山以下河段亟待整治。淮河中游浮山至洪泽湖段河床呈倒比降,浮山附近深泓高程为-5.0~-7.0m,而洪泽湖高程为10.00~11.00m,这种不同于一般河道的倒比降,严重制约了洪水下泄。2003年和2007年实测洪水比降表明,浮山以下河道已成为扩大淮河中游行洪能力的重要制约河段。

针对上述突出问题,在现有治理规划的基础上,除了加快工程建设外,还需要进一步加强涉及淮河中游整治方向、工程规划布局等方面的基础研究工作。为此,安徽省水利厅组织安徽省·水利部淮委水利科学研究院、安徽省水利水电勘测设计院、安徽省水文局等单位成立了项目组,开展了“淮河中游河道水动力数学模型研究及应用”的研究,力图在吸收和借鉴国内外先进技术和经验的基础上,结合淮河流域实际情况,建立起覆盖淮河中游干支流河道、行蓄洪区及洪泽湖的水动力数学模型,为新时期淮河治理及洪水调度提供技术支撑,对进一步完善淮河中游的防洪除涝减灾体系,促进流域经济社会可持续发展有重要意义。

本项目研究包括以下主要内容:

(1)淮河中游水动力数学模型构建。引进国外先进水动力模拟软件,对其进行消化、吸收,并结合淮河中游河网特点,对研究范围内的河道、行蓄洪区、闸坝及湖泊进行合理概化,构建一套适用于淮河中游的水动力数学模型。依托所建水动力数学模型,开展淮河干流河道整治与行洪区调整建设方案和效果研究。

(2)淮河干流中小洪水位研究。淮河干流平槽泄量小,中小洪水下泄不畅,加之一直以来淮河防洪规划在防御中小洪水的问题上研究不够,以至于中等洪水即会给沿淮造成较大的洪涝灾害。通过资料分析和水动力数学模型计算,统计分析不同频率洪水条件下各河段的平槽泄量、水位、漫滩历时及淹没水深;研究淮河干流现状、规划及进一步扩大主槽三种工况条件下河道行洪能力及中等洪水位的变化;研究淮河两岸洼地的分布范围及特性,分析淮河干流治理与洼地除涝的关系。在上述研究的基础上,提出应对中等洪水的措施和对策。

(3)淮河中游洪水调度方案研究。淮河中游支流集中入汇,众多行蓄洪区和闸坝工程加之复杂的水文情势,使洪水调度异常复杂。通过对历史洪水调度情况的分析、综合和归纳,研究特征洪量与最高水位的关系;基于宏观尺度——洪量,提出洪水调度的新理论;将洪量调度方法与水动力数学模型相结合,研究单一行蓄洪区不同调度方式的效果,分析典型年洪水条件下多行蓄洪区、分洪河道、临淮岗大型水利枢纽联合调度的效果,优化洪水调度方案。

经过5年的系统研究,项目组完成了上述各项研究任务,编写专题研究报告5份,发表论文40余篇,部分成果已应用于正在开展的淮河干流行蓄洪区调整建设规划设计中。本书是在“淮河中游河道水动力数学模型研究及应用”项目研究成果的基础上,通过系统总结编写而成的,是合作研究的成果。除本书撰(统)稿人名单中署名人员外,参加项目研究工作的还有夏冬梅、周贺、吴兰英等同志。

本书的出版得到国家“十二五”水专项“淮河流域水质—水量—水生态联合调度关键技术研究与示范”和安徽省科技攻关项目“变化条件下安徽省淮河干流行蓄洪区优化调度研究”等项目资助,在此一并表示感谢。

限于作者水平和认识,本书观点有不足或错误之处,敬请读者和同行专家批评指正。

作者

2016年10月