淮河流域洪涝综合治理关键技术问题探讨

虞邦义，曹秀清，蒋尚明，倪 晋，沈 瑞

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，水利水资源安徽省重点实验室，233000，蚌埠）

淮河地处南北气候、高低纬度和海陆相三种过渡带的交叉重叠地区，致洪暴雨天气系统众多且组合复杂，由于众多支流均在中游汇入干流，而淮河中游河道过流能力不足，导致干流洪水位持续偏高，中游“关门淹”现象仍然突出。据统计，新中国成立以来，淮河流域平均每年涝灾面积超2 300 万亩（1 亩=1/15 hm2，下同），成灾率超12%。 面广、量大、灾重的涝渍灾害仍然是制约淮河中游经济社会可持续发展的重要瓶颈。 贯彻落实习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的重要讲话精神，让淮河也成为造福人民的幸福河，需要明确进一步治淮需重点解决的关键科学问题与技术难题，开展流域综合治理的治淮新模式研究。

一、淮河流域涝灾成因与致灾机理分析

1.从致雨天气系统上看

淮河流域地处南北气候过渡带，属北亚热带至暖温带、半湿润季风气候区， 影响流域的天气系统众多，既有来自北方的西风槽和冷涡，又有热带的台风，还有本地产生的江淮切变线和气旋波，天气复杂多变，且组合十分复杂。

2.从降雨时空分布规律上看

①淮北平原汛期降雨量极大值介于900～1 500 mm，整体呈由淮北平原区中部向南部、 北部递减的趋势，其中超过1 000 mm 的雨区笼罩面积为2.81 万km2，覆盖淮北平原大部；超过1 300 mm 的地区主要分布在界首市、临泉县、灵璧县、泗县。 ②淮北平原汛期降雨量极小值介于90～320 mm， 总体呈由东北向西南递减的趋势，其中埇桥区北部与灵璧县北部汛期降雨量极小值超过了300 mm，雨区笼罩面积为637.9 km2； 而沿淮的临泉、阜南、颍上、怀远、凤台、五河等地均在200 mm 以下， 可见在极端干旱年份沿淮地区降雨明显低于淮北平原中北部区。 ③淮北平原汛期降雨量极值比在3～10，且总体呈由西南向东北递减的趋势。 其中超过10 的地区覆盖面积为233.2 km2，主要集中在阜阳市颍上县境内，极值比超过6 的地区主要集中在阜阳市、淮南市、蚌埠市等地，笼罩面积为1.09 万km2；而在淮北平原东北部，极值比小于6 的地区主要覆盖淮北平原中北部，笼罩面积为2.81 万km2。可见，由于淮北平原汛期降雨量极大值与极小值的极值中心都分布于西南部，导致该地区汛期降雨量极值比偏大 （均大于6），汛期降雨量年际分配不均， 极易发生洪、涝、旱等自然灾害。

3.从地理环境因素上看

（1）淮河干流河道特性

淮河中游干流淮南市以下河道的河底低于洪泽湖底高程，浮山以下河道出现倒比降，中游洪水排泄困难，而中游河道又必须承泄上游来水，主、客水经常遭遇，2～3 年一遇洪水干流水位就高于地面高程。 沿淮湖洼地地面高程一般为15～20 m，而淮河干流正阳关至浮山河道设计洪水位为18.50～26.50 m，高于洼地地面高程3.5～6.5 m；警戒水位为17.30～24.00 m，高于洼地地面高程2.3～4.0 m。 淮河洼地，特别是沿淮洼地排水难问题十分突出。

（2）淮北平原土壤特性

从地质资料分析，安徽淮北平原几乎全境为砂姜黑土，至近代黄河夺淮后，其上覆盖了黄泛淤积物，逐步演化为潮土、水稻土等，从而缩小了砂姜黑土分布的范围。 目前，淮北平原土壤主要为砂姜黑土、潮土、潮棕壤土、水稻土等，砂姜黑土和潮土分别占土地面积的53.0%、33.3%。 砂姜黑土质地黏重、肥力瘠薄、适耕期短、遭旱干裂跑墒、 遇雨湿胀涝渍难排，为全国典型中低产土壤之一，极易出现旱、涝、渍灾害。 而潮土具有强石灰性， 部分土壤还具有盐化和碱化现象，质地疏松、极易产生风蚀水蚀、水土流失严重、 开挖的河沟易淤浅，影响农田排水沟排水，易出现旱、涝、渍灾害，也属中低产土壤范畴。

（3）淮北平原地形特性

淮北地区是河流冲积平原，地势平坦、耕地率高，北部（亳州市）平均高程约40 m，南部（蚌埠市）沿淮高程约20 m，南北高差仅20 m，但南北水平间距约200 km， 坡度仅为0.01%，可见， 淮北平原总体地势十分平坦，其间广布的平原河道流速低、 流量小，对区域排涝泄洪十分不利。

淮北平原虽总体地势平坦，但又具有明显的“大平小不平”特征，其间存在大量微小、局部蝶形洼地。 依据DEM 数据，计算网格地形指数来反映局部涝水汇集区域与方向， 据此提取面上局部洼地，以阜阳市为例，阜阳市沿泉河、颍河、黑茨河、茨淮新河、洪河等两岸存在大量连片洼地外， 其他区域还存在大量零星分布的局部微小洼地，洼地面积约2 143 km2，占全市土地面积的22.3%。 淮北平原地形的“大平小不平”特征，使得涝渍灾害孕灾环境突出，涝渍灾害易发、频发，灾害损失严重。该区在提升河道骨干排涝能力的同时，也应关注面上排涝标准的提高，以满足面上广布的微小洼地排涝需求，避免“小河无水大沟满，小沟无水地里淹”现象的发生。

（4）淮河中游关门淹特性

①淮干对支流的顶托。淮河中游干流平槽泄量小，正阳关以下河道约为设计流量的1/3， 汛期洪水漫滩机遇不足2 年一遇。 汛期淮河干流洪水一旦漫滩， 开始顶托支流的排水；随着干流水位的不断升高，对支流的顶托越来越严重；同时干流受到洪泽湖顶托影响， 洪水漫滩持续时间长；当干流水位高于支流和沿淮洼地内水位时，为防止淮河洪水倒灌，支流和沿淮洼地将关闭涵闸，致使上游来水无法排入干流河道，形成“关门淹”。淹没水深大，且时间持续长，淹没水深一般在1.0～5.0 m，淹没时间一般在30～90 天。 以淮河干流对支流颍河的顶托为例，1981—2008 年淮河干流对颍河的顶托频率约为3 年一遇，平均顶托时间为18 天左右， 其中1991年、2003 年和2007 年均顶托1 个月以上，颍上在遭遇3 年一遇以上暴雨时，淮干水位对颍河产生顶托作用的频率高、时间长，对颍河两岸的农田造成的洪涝灾害损失大。

②干支流对洼地的顶托。 以颍上县主要涵闸为例，颍上县各闸（涵）受淮河干流及支流顶托频率为3～9 年一遇，平均约为4 年一遇，总体平均顶托13 天以上。 八里河闸顶托频率为3 年一遇，平均受顶托时间为21.1天； 焦岗闸顶托频率为5 年一遇，平均受顶托时间为26 天。 沿淮洼地受淮干及支流的顶托发生频率高、持续时间长， 阻碍了沿河洼地的涝水外排，进一步加剧了洪涝灾害损失。

二、进一步治淮需解决的关键科学问题与技术难题

1.淮河中游洪涝关系研究

洪涝关系困扰治淮多年，在对淮干整治效果分析中， 发现干流疏浚后沙颍河、涡河沿程水位均会显著降低，遇2003 年洪水，沙颍河阜阳闸下、涡河蒙城闸下洪峰水位分别降低了0.19 m、0.13 m， 警戒水位以上历时分别缩短36 h、22 h。 即干流疏浚会改善沿淮洼地自排条件，但如何定量分析面上排涝对支流及淮干行洪的影响，辨析淮河中游流域尺度洪涝关系，探寻洪涝转化机制，定量解析淮河中游“关门淹”现象，仍是进一步治淮中需要重点关注的重大技术难题之一。

2.淮河中游行蓄洪区的进一步优化调整与布局研究

推进淮河中游行蓄洪区脱贫致富事关安徽全省脱贫攻坚大局，需按照“能搬则搬、能让则让、确保安全”要求， 抓好行蓄洪区优化调整与布局。 在保障淮干行洪安全下，充分论证各行蓄洪区不同启用方式下对淮干行洪和洼地排涝的效果，针对行洪效果不够、启用困难的行蓄洪区进行深入研究，以减少行蓄洪区数量和降低行蓄洪区启用频率为目标，探索其布局和功能进一步调整的可能性及相应措施。 重点探索汤渔湖调整为蓄洪区或者防洪保护区的科学性与可行性， 以及调整荆山湖行洪区行洪流量与降低启用频率的可能性等。 综合评估缩减行洪区数量对淮河防洪格局的影响程度及可能的补偿措施，进一步优化保留行洪区的运用条件，特别是行洪区启用水位是比设计水位降0.5 m 还是1.0 m应进行系统研究。

3.进一步治淮38 项工程实施效果复核及糙率合理性分析

评估38 项工程实际作用和效果，揭示现有规划防洪体系存在的问题，是洪涝兼治的基础。 根据初步研究，38 项工程实施后行洪区使用前河道的滩槽泄洪能力满足中等洪水排洪要求，但在充分运用行洪区的条件下，计算水位远高于规划值，其中正阳关水位偏高0.63 m，吴家渡水位偏高0.31 m。 两者差异源于沿淮河生产圩高程变化、河道糙率取值和行洪区流量分配。其中糙率取值的差异最大，通过实测资料分析得出，主槽糙率为0.025～0.027，滩地为0.038～0.040，较规划值（主槽0.021，滩地0.027）偏高20%以上。 鉴于糙率是进行淮河整治的重要参数，建议对其进行敏感性分析， 并结合近期淮河阻力特性变化，得出合理的取值。

4.淮河中游农田面上排涝治理标准研究

淮河流域80%以上耕地集中在平原区， 约有1.0 亿亩耕地属于低洼易涝地， 且有7 000 万亩耕地位于洪水位以下，分布面广、量大的沿淮沿河洼地是因灾致贫典型区，是全面建设小康社会和脱贫攻坚的关键，面上农田排涝治理标准提高势在必行。 在淮北典型唐河小流域排涝治理标准研究中，以工程投资效益最优为目标，得出唐河适宜面上农田排涝治理标准为5 年一遇。 但面上农田排涝标准提高，势必会增加河道行洪压力，须在河道行洪安全下适度提高排涝治理标准。同时，据局部农田排涝综合治理工程实践经验，面上排涝治理标准过高，会存在过度排水现象，导致地下水水位下降、干旱缺水问题突显。 因此，以排涝降渍、 水生态环境与水资源综合利用等综合效益为目标，优化确定面上农田排涝治理标准，为进一步治淮提供理论依据和技术支撑。同时，在面上农田排涝治理工程实践中，骨干排水大沟宜建闸控制地下水水位，防止出现过度排水而导致干旱缺水现象。

5.淮河中游各级排水系统科学匹配的干支流洪涝治理标准研究

目前，淮河流域大多数水系存在干支流防洪标准与农田排涝标准不协调，骨干排水沟与河道排涝标准不衔接及农田排水系统与骨干排水沟排涝标准不匹配等问题。 经常出现支流及上游排涝过快抢占干流河道，加剧中下游干流防洪风险；或由于上下级除涝标准不匹配和不衔接， 出现骨干排水沟涝水无法通畅排入河道， 而农田涝水又无法正常排入骨干排水沟， 从而加剧了流域涝灾损失。 需系统模拟典型年农田不同面上排涝治理标准下支流与干流洪水传播与沿程水位的变化与洪涝灾害损失， 分析淮河中游农田不同面上排涝治理标准下排涝对干支流河道行洪能力需求， 论证不同面上排涝治理标准下适宜的干支流河道疏浚规模或分洪河道规模， 优选进一步治淮下适宜的面上排涝治理标准及干支流治理标准组合， 为进一步治淮工程规模、形式与布局提供理论依据与技术支撑。

6.进一步治淮下的面上农田和淮河干支流综合治理模式研究

针对进一步治淮中洪涝综合治理模式， 需解决如下关键技术问题：①提出作物农田排水三项技术指标综合模式， 在强调排水治涝的同时，兼顾作物需水要求，合理控制地下水水位的下降，统筹农田排蓄、协调农田排与灌， 科学确定农田适宜排水模数与农田排涝降渍标准。 ②以不同区域不同类型洼地的自然地理特征与水利工程现状为依据， 提出淮河中游不同区域不同类型洼地田间排水沟与骨干排水规格标准和布局模式。 ③研究在水沙条件变化下，河道自然造床的作用和稳定的河相关系，结合面上排涝需求，提出合理的河槽疏浚规模及滩槽流量比例，为河道疏浚后长效性及合理堤距确定提供支撑。

7.面向生命共同体的淮河流域综合治理模式研究

山水林田湖是一个生命共同体，人的命脉在田，田的命脉在水，水的命脉在山。 新时期治水思路必须遵循自然规律，按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的方针治水，统筹做好水灾害防治、水资源节约、水生态保护修复、水环境治理。 统筹防洪、排涝、抗旱、治污之间的联系，谋划新时期进一步治淮的思路与理念。 防洪工程布局和调度需考虑面上排涝降渍要求、面上排涝降渍治理需杜绝过度排水而带来干旱缺水威胁、退耕还湖充分发挥淮河干支流自然湿地和湖泊的蓄水和生态修复功能、水环境治理需兼顾面上截流控污和水体生态修复。 从流域全局出发，借鉴网格化管理理念来谋划流域水功能分区， 恢复流域自然湿地与湖泊、 提升流域蓄水涵养水源能力；依据水资源禀赋因地制宜进行产业结构调整，大力发展适应性强的特色产业；统筹协调“排—蓄—灌”之间的联系，提出旱涝兼筹流域综合治理标准及其工程体系；理顺流域治理各因素之间的联系，逐步构建流域生命共同体，形成新时期进一步治淮的流域综合治理模式体系。