关于淮河实体模型在进一步治淮中应用的思考

2017-01-20钱傲然彭得胜张继群

治淮 2017年11期

钱傲然彭得胜张继群金鑫

钱傲然彭得胜张继群金鑫

淮河实体模型作为治淮重大技术问题研究平台，其建设任务已全面完成。本文描述了已建成的淮河实体模型现状和开展的研究项目，对模型在防洪调度、涝灾问题研究、工程规划、水资源调度、水污染防治和治理、河槽整治以及行蓄洪区调整等方面开展试验研究作了分析探讨，并就如何发挥淮河实体模型的投资效益，更好地服务于治淮事业，淮河实体模型在进一步治淮中的应用问题提出对策。

一、淮河实体模型现状

淮河实体模型基地位于安徽省合肥市三十岗乡，占地100亩。基地内主要布置有模型试验大厅和试验控制专家宿舍楼。淮河实体模型布设于模型试验大厅内。

淮河实体模型研究河段为淮河干流正阳关至涡河口，模拟河段全长约144.5km，模型水平比尺为1∶300，垂直比尺为1∶60，模型范围淮河以北以淮北大堤为界，淮河以南以27.0m高程或相应城市圈堤、防洪堤为界，边界内淮河两侧所有行洪区与生产圩均在模拟范围内。河段主要入汇支流包括颍河、东淝河、茨淮新河、涡河等4条支流，行洪区包括寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、石姚段、汤渔湖、荆山湖、洛河洼等8个行洪区以及东淝闸右圩、靠山圩、老婆家圩等多个生产圩。

模型配备了新型往复探测式精密水位仪、数字化量水堰、三维声学流速仪、DPIV流速测量系统等目前最先进精确的数据测量仪器，并研制了专门服务于实体模型的自动测控系统软件平台，为模型试验的精确性提供了保障。

模型验证采用了2003年、2005年、2007年和2008年洪水过程。实际运用时可根据最新实测地形资料及试验需要进行修改。

二、已开展的研究项目

在模型研制期间，开展了模拟关键技术研究，主要包括：变态模型口门泄流模拟技术研究；变态模型闸堰泄流模拟技术研究；模型主要入流、出流边界控制条件研究；糙率模拟技术研究；复杂边界条件下非恒定流试验测控技术研究等。

目前，正在开展的研究项目是淮河正涡段行洪区运用对淮河干流水位影响的试验研究，主要研究内容为现状河道条件下实际泄洪能力、中等洪水（不开启行洪区）河道泄洪能力、寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、石姚段、汤渔湖、洛河洼、荆山湖等行洪区单独行洪流量对干流水位的影响、多个行洪区不同组合同时运用工况对干流水位的影响、行洪区行洪流量及行洪水位的合理组合、淮河干流河道糙率试验等。

三、在进一步治淮中的应用的思考

目前，淮河实体模型应用前景较好，可在防洪调度、涝灾问题研究、工程规划、水资源调度、水污染防治和治理、河槽整治以及行蓄洪区调整等方面开展试验研究，具体如下：

1.防洪调度方面

治淮19项骨干工程和60多年来已建的其他治淮工程，初步构建了淮河流域防洪除涝减灾体系，防洪能力显著增强，但淮河防洪工程体系、河道特性等发生了较大变化，需要对此开展相关研究，为防洪调度提供技术支持。可利用淮河实体模型开展以下研究：

（1）根据现有防洪工程和非工程体系的作用，研究淮河中游设计洪水以及其他不同量级洪水工况下，本河段茨淮新河、怀洪新河与行蓄洪区联合调度运用方式。为淮河洪水实时调度提供优选方案，为汛期洪水预测及防汛抗洪工作提供技术支持。

（2）研究在淮河发生大洪水时，淮河干流、茨淮新河、怀洪新河以及淮北大堤保护区分片防守综合调度的洪水防御预案。

（3）进行现状地形条件下蚌埠以上河段遭遇“1954年型”和“2003年型”、“2007年型”淮河大洪水时的洪水演进特性实体模型试验研究，分析实际泄洪能力，传播时间，运用或不运用行蓄洪区时,各站试验洪峰水位与实际洪水对比。

（4）分析研究治淮19项骨干工程建设发挥的防洪效果。

（5）分析研究淮河干流正阳关至涡河口段河道整治及堤防加固工程建成前后，排洪能力对比。

（6）分析研究行蓄洪区进退洪闸建设，对快速降低淮河干流水位，保障淮北大堤安全效果及影响。

2.涝灾问题研究方面

淮河流域平原宽广，地势低平，暴雨频繁，沿河地面高程多在常遇洪水位以下，洼地、支流自排条件差，抽排能力低，涝灾问题突出，在历年洪涝灾害成灾面积中，有三分之二是由涝灾造成的。通过淮河实体模型可以对治理涝灾的重大工程措施进行效果预测、评估，对排涝方案进行比选优化，从而提高治理决策的科学水平。可利用淮河实体模型研究以下问题：

（1）重演2003和2007年洪水过程，分析正阳关至涡河口沿线洪水壅积难下、高水位时间长的原因，为提高沿淮洼地的排涝标准，减少“关门淹”的历时提供方法和依据。

（2）研究正阳关至涡河口河段沿淮洼地的各种除涝方案。对各种河道疏浚开挖、退垦还湖以及堤防整治等治理措施进行研究，为提高本段沿淮洼地排涝标准提够优选方案，节省建设工程量和运行费用。

3.工程规划方面

目前，国家正处在全面建成小康社会的攻坚阶段，淮河防洪也应服务于民生发展，也应从全力防控洪水向防洪、除涝并举方向转变。这样，沿淮高标准大容量排灌结合的泵站建设应是选项之一。然而，大规模强排必然增加主要河道的防洪压力。因此，基于淮河实体模型，研究洪水与涝水相互影响中的一些科学问题，对于提高流域综合管理能力和水平是十分重要的。结合淮河实体模型，可开展以下方面的研究：

（1）沿淮泵站空间布局和容量选择优化。

（2）沿淮排涝对行蓄洪区管理策略的影响。

（3）沿淮排涝对主河槽洪水波、冲淤关系的影响。

（4）沿淮排涝对淮河堤防安全性的影响。

（5）沿淮排涝对淮河洪水调度规则的影响。

4.水资源调度方面

流域社会经济的发展和人民生活水平的提升，对水资源供给在质和量方面都提出了新的要求。当前阶段，淮河中游供水水源复杂，有地表水、地下水，还有南水北调东线水源，将来还有引江济淮水源，临淮岗水资源综合利用工程。供水目标包括农业、工矿、农村、城镇等。对于这样复杂的大尺度、多水源、多目标的水资源配置系统，要充分发挥水资源的经济效益、社会效益和环境效益。按照新时期治水思路，从山水林田湖的整体角度，充分发挥淮河实体模型不可替代的优势，深入研究淮河流域存在问题，找出解决水资源综合规划、水资源保护规划问题关键的环节和技术方案，为建设海绵流域，实现中国梦提供必须的技术咨询。因此结合淮河实体模型，可进行以下方面的研究：

（1）淮河干流、沙颍河、涡河水量分配与水量调度敏感性及关键问题研究。进一步验证淮河、沙颍河、涡河水量分配的合理性、水量调度方案关键措施及主要控制目标设置的可行性，从而进一步完善落实最严格水资源管理制度实施的科学性。

（2）淮河中游地表水地下水动力学联系的规律。

（3）淮河中游地表水地下水外调水联合调度方法和关键技术。

（4）淮河中游水资源承载能力时空变化趋势等。

5.水污染防治和治理方面

保护淮河生态环境，是流域综合治理的最为重要的任务。无论是洪水期，还是枯水期，了解流域水质状况，预判水质变化时空变化趋势，都是防污调度的基础。因此，基于淮河实体模型，开展关于防污调度方面的关键技术研究十分必要。

淮河实体模型在水资源保护方面的应用主要体现在研究污染物在水体扩散规律。因此，利用淮河实体模型重点是研究污染物的扩散，尤其是研究沙颍河、涡河等支流污染水体下泄进入淮河干流后的扩散走向，为保护下游重要水源地提供重要依据。利用淮河实体模型，可开展以下研究：

（1）不同流量条件下（尤其是小流量情况下）污染物在水体中的迁移速度。

（2）支流污染物进入淮河干流后在水体中的扩散规律。

6.河槽整治方面

淮河干流河槽整治工程要研究的工程措施众多、方案复杂，有退堤、河道疏浚、开挖引河、开辟分洪道和行蓄洪区调整等，方案间存在相互交错和影响，而河道的水流情况又十分复杂。因此，可利用实体模型研究以下问题：

（1）研究满足泄洪、排涝要求的河槽断面规模、型态，研究合理的滩槽泄量分配比例和河道整体断面型式。

（2）重演2003年、2007年洪水过程，分析研究现状淮干正阳关、蚌埠及沿线洪水壅积难下、高水位时间长的原因，研究提高河槽行洪能力的各种措施，为今后长期保持淮干行洪能力提供方法和依据。

（3）已有的淮河干流河床演变分析成果是在1971年、1983年、1992年以及2001年（蚌埠至老子山）实测大断面资料的基础上完成的。经过2003年、2007年流域性大洪水以及2005年局部性洪水的冲淤，河道采砂、堤防退建、河道疏浚、港口码头及桥梁修筑等自然和人为因素影响，河道和堤防的地形地貌已经发生了很大的变化。因此，可通过2013年的实测资料进行淮河干流近期河床演变分析与整治效果分析。

7.行蓄洪区调整研究方面

行蓄洪区是流域防洪除涝减灾的重要措施，其蓄泄能力是淮河设计防洪能力的重要组成部分，行蓄洪区在防洪体系中起到分洪削峰、有效降低河道洪水位、减轻上下游河段防洪压力的重要作用。但一方面由于行蓄洪区启用标准低，进洪频繁，洪涝灾损失很大，严重制约区内经济发展；另一方面，行蓄洪区实际运用时行蓄洪难以及时启用，而且由于缺少控制设施，多以溃堤或炸口方式进洪，实际行洪效果很差。在行蓄洪区调整的同时，加强行蓄洪区建设和管理，保障环境与经济社会的可持续发展。可利用淮河实体模型开展以下研究：

（1）通过模型试验，分析现状行蓄洪区的实际过流能力，结合淮干退堤、切滩、疏浚等整治工程实施后校验增大后河道的泄洪能力，为沿淮行蓄洪区布局的调整及改造提供科学依据。

（2）按照行蓄洪区调整规划目标，将部分库容较大、参与河道行洪作用大的行洪区改建为有闸门控制的行洪区，新建进、退水闸，提高进洪标准，同时将行蓄洪区范围内的人口进行迁移安置，行蓄洪区范围的房屋、附属设施和其他阻水设施将大为减少。通过实体模型试验优化进、退洪设施布置，验证分析改造后蓄洪、行洪的实际效果。

（3）通过实体模型试验，验证行蓄洪区现状启用标准，进一步优化现状和改造后的行蓄洪区调度运用方案。