淮河与洪泽湖河湖关系研究进展及展望

邓 恒， 徐国宾， 段 宇， 樊贤璐

(天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津 300350)

1 研究背景

淮河是我国的主要河流之一，起源于河南省桐柏山，自西向东穿过河南、安徽、湖北、江苏四省[1]。洪泽湖位于淮河中下游，是淮河行水河道的组成部分，又是淮河中下游拦蓄调控洪水的中心枢纽。1128年黄河夺淮之后，自然因素和人类活动共同作用下形成了洪泽湖[2]。洪泽湖的出现对淮河中下游的防洪产生了较大的负面影响。洪泽湖属于过水性湖泊，水域面积随水位波动较大[3-4]。洪泽湖壅高了中游的水位，导致洪水不能顺利下泄，滞洪时间变长。流域中游河道的比降非常小，甚至有部分河道是倒比降，使得洪水下泄缓慢，这是淮河流域频繁发生洪水灾害的主要原因。自1949年以来，淮河经过将近70年的洪涝治理，已取得重大成就。但目前的工程治理措施并未能完全根除淮河水患，尤其是中下游“关门淹” 问题依然严重。淮河中下游地区自然条件特殊，人口、资源、环境压力大，这决定了淮河中下游地区治理的艰巨性和复杂性。至今，淮河中下游地区仍保持着复杂的河湖连通关系，它们之间相互作用，互相制约(见图1)。1949年以来的一系列治理工程以及复杂的自然因素的共同影响使得河湖关系经历了剧烈的调整。河湖关系的演变受自然因素和人类活动的共同影响[5]。河湖关系的演变又会影响流域内防洪、生态环境保护和水资源利用[6]。正确认识和处理淮河中下游河湖关系对淮河中下游流域的治理具有指导性作用。

目前，河湖关系的理论研究仍处于起步阶段。基于河湖健康的目标，开展河湖关系内容的研究，已经成为治理淮河的迫切需求。本文探讨了河湖关系的概念、影响因素和河湖关系的现状以及研究趋势，初步建立河湖关系的概念框架，以期为河湖关系深入研究提供理论基础。

图1 淮河中下游河系及湖泊图

2 河湖关系概念的提出及影响因素分析

2.1 河湖关系概念的提出

河湖关系是当今学术界研究的热点问题之一。毛世民[7]在研究处理淮河和洪泽湖关系时首先提出河湖关系，并对河湖关系的现状进行了系统的论述。朱昌雄[8]在探讨河湖关系时，提出淮河与洪泽湖关系根本问题是蓄泄矛盾。近年来，有关学者对淮河与洪泽湖河湖关系的研究侧重于对淮河和洪泽湖的治理[9-10]。国外学者在河湖关系方面的研究较少，基本侧重于对河湖连通生态系统的研究[11-13]。国内学者对河湖关系的研究多集中在长江流域[14-16]。万荣荣等[17]通过研究长江与洞庭湖、鄱阳湖之间的水沙特性，将江湖关系定义为连通的河湖水系之间的相互作用。赵军凯等[6]通过定义河湖之间的“量质交换”，认为河湖之间通过“量质交换”进行相互作用。与国内外同类河湖关系相比，淮河中下游河湖关系因其复杂的地理因素构造了具有特色的河湖关系。洪泽湖吸纳淮河中游所有来水，并将其泄入淮河下游河道。淮河水情的变化直接影响洪泽湖水量的变化，洪泽湖水位的变化进而影响淮河的径流过程。洪泽湖与淮河直接进行水沙交换，两者相互作用，互相反馈。基于此，说明淮河中下游河湖关系是淮河和洪泽湖之间以水沙互馈为媒介，通过物质和能量交换进行的相互作用。河湖关系包括河道演变、湖泊演变、入湖三角洲演变以及洪泽湖的调蓄能力和出湖河道的泄流能力这几个方面。

2.2 河湖关系影响因素分析

ZHANG等[18]梳理了淮河流域河湖关系的变化并将其变化原因总结为环境变化和人类活动的影响。河湖关系的变化受自然变化和人类活动的双重影响，早期自然因素对河湖关系的影响发挥着决定性的作用。然而，随着经济社会的发展，人类活动对河湖演变的干预和影响正变得越来越显著。

(1)自然因素。地质构造、地形地貌、气候气象、水文泥沙等自然因素对河湖关系的演变起控制性作用[19]。地质构造对河湖关系的演变起决定性作用，其特点是剧烈性和突发性。地形地貌的演变是一个渐变的过程，对河湖关系的演变具有累积效应。气候气象变化直接影响河湖水系的水动力变化。水文泥沙的变化对河湖关系的演变起直接作用。

(2)人类因素。阮仁宗等[20]通过比较1979-2002年洪泽湖天然湿地的变化情况，发现2002年洪泽湖湿地面积较1979年减少了64.59 km2，研究分析表明这种损失与湖泊湿地过度开发及不合理利用密切相关。史红玲等[21]采用Mann-Kendal秩相关检验法对50余年淮河流域的实测年径流量和年输沙量资料进行了流域水沙年际变化趋势分析，分析表明淮河年径流量无明显的变化趋势，而淮河流域的来沙量呈现显著减少的趋势，提出淮河流域上游山区河流水库的建设是流域来沙量减少的主要原因。人类活动通过直接或间接改变河流边界条件和水沙条件，对河湖水系演变的影响越来越显著。

3 淮河与洪泽湖河湖关系研究进展

3.1 河湖关系的演变过程

3.1.1 河道演变 天然河流总是不断发展和变化，人类社会的发展与河流的演变密切相关，并对河流的演变的影响越来越大[22]。杨兴菊等[23]利用实测资料分析了淮河中游河道的演变，分析表明淮河中游河道的自然演变比较缓慢，人类活动对河道的演变产生较大的影响。毛世民等[24]和何华松[25]根据实测资料分析表明，20世纪50年代随着大规模的治淮工程以及洪水的双重作用，淮河中游河床发生了较大调整，出现冲-淤-冲-淤的交替变化。周贺[26]通过对比分析1992、2001和2010年实测河道断面资料，研究了淮河入湖河道河流的演变，研究表明浮山至洪山头河道主槽发生了明显的冲刷，洪山头以下河道的冲淤速度较缓，河道支汊没有出现明显的淤积。

3.1.2 湖泊演变 近800年来，黄河夺淮和历代治水的共同作用形成了洪泽湖[27-28]。范亚民等[29]利用地形图和遥感数据对1930-2001年的洪泽湖水域面积变化进行分析，并对1971-2001年的湖泊岸线进行定量分析，分析表明洪泽湖水域面积变化主要集中在湖的西部和东北部，其中1961年洪泽湖面积较1930年较少了130.3 km2，1971年较1961年减少了31.99 km2，2001年较1971年减少了154.93 km2。洪国喜等[30]分析了洪泽湖出入湖水沙特性，分析表明洪泽湖出湖沙量小于入湖沙量，呈淤积趋势，其中在入湖河流中，淮河水沙占入湖90%以上，对洪泽湖水沙情况起控制作用。

3.1.3 入湖三角洲演变 淮河在洪泽湖盱眙北入湖，湖水的顶托导致入湖水流流速减缓，泥沙沉积在入湖口门处，逐渐形成入湖三角洲[31]。锅谷淳和宫田一郎根据受水盆地的类型将三角洲划分为海相三角洲和湖相三角洲，淮河入湖三角洲属于湖相三角洲。Galloway[32]将塑造三角洲的动力归纳为河流、潮汐和波浪，并根据其动力将三角洲分为河控三角洲，潮控三角洲和浪控三角洲。淮河入湖三角洲的发育受河流与湖泊的共同作用，但由于湖水作用的强度和规模较小，且没有潮汐和波浪作用。因此，洪泽湖入湖三角洲为典型的河控三角洲。

王庆等[33]根据历史文献资料整理了淮河入湖三角洲的形成和演变过程，发现淮河入湖三角洲形成于19世纪50年代。张茂恒等[34]梳理了淮河入湖三角洲的形成、演变以及发展趋势，确定黄河夺淮为其快速成长的主要原因，现代水利工程的建设将对淮河三角洲的发展趋势起重要作用。淮河入湖三角洲的演变受人类和自然活动的双重影响，其演变是河流和湖泊相互作用的直接表现。

3.1.4 出湖河道的演变 淮河下游水分4路，主流通过三河闸汇入长江，第2路出二河闸，经淮沭新河入海州湾，第3路出二河闸经淮河入海水道入黄海，第4路出高良涧闸经苏北灌溉总渠入黄海。

1851年，黄河和淮河同时发生洪水导致洪泽湖蒋坝大堤决口，最终在三江营流入长江，初步形成淮河入江水道[35]。1949年以后，我国开始了对淮河入江水道的大规模治理，共经历3个阶段。第1阶段，20世纪50年代初期，入江水道按设计行洪流量8 000 m3/s、高邮湖设计水位8.50 m、三江营设计水位5.24 m进行整治。1956年以后，又按淮河流域规划入江行洪11 000 m3/s的规模进行建设。第2阶段，1969年冬经国家批准，入江水道按设计行洪流量12 000 m3/s、高邮湖设计水位9.50 m进行整治。第3阶段，入江水道的治理按1971年设计水位进行固定，加固了沿线病险涵闸和部分堤防，疏浚了新民滩庄台河尾端。为了扩大淮河下游洪水出路，1956、1969、1974年多次整治入江水道。苏北灌溉总渠于1951年11月开工，至1952年5月完工，设计引水流量为500 m3/s，汛期排洪流量800 m3/s[36]。苏北灌溉总渠建设的完成为废黄河以南、运河以东、里下河地区农田灌溉提供了保障，解决了淮河入海通道问题。淮沭新河连接洪泽湖和新沂河，是一条人工修建的河流，于1958年9月开工，至1959年6月做完第一期工程。淮沭新河设计行洪流量3 000 m3/s，从洪泽湖二河闸以南入新沂河汇入黄海。淮河入海水道于1999年开工，2003年6月完成主体工程，2006年10月通过竣工验收。淮河入海水道的设计行洪能力2 270 m3/s，与苏北灌溉总渠平行，经二河闸至扁担港汇入黄海[37-38]。

3.1.5 洪泽湖调蓄能力变化 洪泽湖对洪水的调节是淮河中游防洪的保障。由于泥沙淤积和人工围垦，导致洪泽湖的面积不断缩小，调蓄能力也在下降[39]。淮河水利委员会和江苏省水利厅在20世纪80年代和90年代对洪泽湖地区的地形进行了测量，戚晓明等[40]基于洪泽湖区域的遥感数据对洪泽湖的库容曲线进行了推求，如表1所示。由表1可看出，汛限水位12.5 m时的库容由20世纪80年代的31.27×108m3减少为22.15×108m3，2017年增加至27.9×108m3。整体而言汛限水位12.5 m时库容有所减少，但近年来通过一系列的治理工程使得洪泽湖的库容呈增长状态。

洪泽湖防洪库容包括滞洪水位以下的正常调洪库容和滞洪水位以上的需破圩滞洪的滞蓄库容这两部分。滞洪水位14.5 m(未滞洪)时洪泽湖的库容由20世纪80年代的75.85×108m3减少为55.51×108m3，正常调洪库容减少了20.34×108m3。滞洪水位14.5m时(已滞洪)的库容由88.23×108m3减少为74.2×108m3，设计洪水位16.0 m时(已滞洪)的库容由136.37×108m3减少为123.68×108m3，可以看出滞洪后的滞蓄库容变化不大。通过遥感数据对洪泽湖库容进行分析时未考虑洪泽湖滞洪和未滞洪时库容的区别，故对于14.5 m以上的滞蓄库容未进行对照分析。

表1 洪泽湖实测水位-容积关系

3.2 河湖关系治理措施

河湖关系的演变是在自然变化和人类活动的共同作用下进行的。然而，近年来人类活动对淮河和洪泽湖的演变产生了越来越大的影响。自然变化对河湖关系的演变是不可控的，具有不确定性。人类通过兴建水利工程，可以对自然变化引起的不确定河湖关系进行改善。

1949年以来，淮河流域防洪工程体系和非工程体系的建设使淮河流域防洪能力得到了根本的改善[41]。1950年大水后，掀起了第一轮淮河治理高潮，制定了淮河流域综合治理规划，初步形成了淮河流域防洪工程体系；1991年大水后，掀起了第二轮淮河治理高潮，提出“蓄滞兼筹，近期以泄为主”的治理方针，确定建设治淮19项骨干工程；2003年大水后，掀起了第三轮淮河治理高潮，提出2007年全面完成19项治淮骨干工程[42-44]。近期国内学者对河湖关系治理研究主要为河湖分离[45-46]。毛世民等[47]提出保留洪泽湖的蓄水功能，实施河湖分开，将大部分淮河洪水从扩大的入海水道直接入海，利用机械疏浚和溯源冲刷，调整淮河河道纵剖面是改善河湖关系的根本措施。王学功等[48]分析比较了溧河洼方案、老河道开挖方案、老河道分流道方案和溧河洼分流道北移方案，认为进行河湖分离方案不仅能降低小柳巷水位，也会降低蚌埠水位，通过分析比较最大社会经济效益和最小环境影响，得出老河道分流道方案为最优方案。河湖分离工程的实施能较好地解决当前河湖一体的弊端，但具体的河湖分离工程需要进行更详细地规划和调洪演算，进行多种方案的比较和分析，以达到更好的综合效益。

3.3 河湖关系的现状

洪泽湖与淮河的河湖关系是研究解决淮河中游洪涝灾害和水资源问题的重要方面。洪泽湖承泄淮河上中游所有来水，淮河多年平均来沙量占洪泽湖总来沙量的83.0%，多年平均入湖水量占洪泽湖入湖水量的86.5%，淮河对洪泽湖的水沙情况起控制作用[49]。洪泽湖入湖沙量有逐年减少的趋势，入湖径流量基本持平，但入湖沙量大于出湖沙量，湖区呈淤积趋势[30]。洪泽湖水位变化主要受入湖水量和人工调节的影响，是自然和人工调控相互作用的结果[50]。洪泽湖出湖河道一共有4条，设计泄洪能力如表2所示。

表2下游排洪通道设计泄洪能力[51]

m，m3/s

治淮19项工程的完成提高了淮河流域的防洪能力，但是在防御中等以上洪水时，启用行蓄洪区需要付出较大的代价[52]。淮河流域的治理不仅在于防洪工程措施的建设，还应加大力量完善淮河流域的非工程措施。陈予倩[53]将淮河流域的防洪非工程措施分为基于科学措施的防洪非工程措施，包括洪水预报，通信与报警功能和防洪抗旱指挥系统；基于洪水管理的防洪非工程措施，包括行蓄洪区管理，防洪预案和洪水风险图；基于公共服务的防洪非工程措施，包括指挥体系和应急管理。淮河流域的防洪非工程措施在近年来的防洪工作中起到了重要作用，创造了显著的防洪减灾效益。淮河流域防洪非工程措施还应当不断发展与完善，以适应新型的河湖关系，并与防洪工程措施相配合，在防洪除涝中发挥更大的作用。

4 淮河与洪泽湖河湖关系研究展望

4.1 河湖关系定义的深入研究

国内关于河湖关系的研究尚处于初步阶段，有待于进一步研究和完善。河湖关系不仅包含在量质交换上的河流与湖泊之间的相互作用的关系，还应包括对河湖生态系统以及河湖关系演变对人类活动和自然环境的反馈以及河湖生态系统等的关系研究。河湖关系定义的研究为研究河湖关系建立理论基础，为更深入的研究河流和湖泊以及人类和自然对其作用的关系提供理论依据。

4.2 河湖关系表征指标的具体化

由于河湖关系的复杂性和交叉性，而已有的研究未对河湖关系进行整体性分析，目前尚无一套综合的河湖关系表征的指标。构造一套具体的系统表征河湖关系及其变化的指标是未来河湖关系研究的重点和难点。河湖关系是建立在人类活动和自然环境变化下的一个动态过程，因此在指标的实际构造中，应依据不同阶段的河湖特点对指标进行相应的调整和修改。

4.3 人类与自然对河湖关系影响差异化比较

河湖关系的变化是人类活动和自然环境变化的综合结果。已有的研究表明人类活动在现代河湖关系的变化中起着主导作用。但如何区分人类活动和自然环境变化对河湖关系影响的程度尚未进行深入的研究。因此，综合的考虑人类活动和自然环境对河湖关系的影响，并且定性或定量区分其影响程度是河湖关系研究的另一个趋势。

4.4 河湖关系健康评价体系的建立

河湖关系是河流与湖泊相互作用的表现形式。河流和湖泊的健康反映河湖关系的健康程度。因此建立河湖关系的健康评价体系是河湖关系研究的另一个难点。河流和湖泊生态系统直接和间接地提供给人类诸多生态服务功能[54-55]。河流和湖泊作为与社会发展密切相关的生态系统，不仅仅是自然状态的生态系统，还有其社会服务功能。因此，在进行河湖健康评价时，应将河湖生态系统健康和河湖社会服务功能相结合。

4.5 河湖关系发展趋势的研究

河湖关系的演变一直在进行中，对于河湖关系演变的趋势性研究是一个持续的过程。当前一个强度稍大的人类活动或者一次剧烈的自然环境变化，对河湖关系的变化起到的作用往往是极大的。河湖关系的变化往往会对流域生态系统产生一定的影响。因此，对河湖关系的趋势研究势在必行。在对河湖关系进行了定义以及指标化研究的基础上，尊重河湖关系的演变规律，在确保河湖健康的前提下，进行合理的人工干预，构建符合淮河中下游特点的河湖关系。