“十四五”时期淮河洪涝治理若干问题探讨

倪 晋，余彦群

(1.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，安徽 蚌埠 233000;2.中水淮河规划设计研究有限公司，安徽 合肥 230601)

新中国大规模的治水事业是从淮河起步的，为了控制水患，全流域兴建了2.8万座水库闸坝、6.5万余座大小泵站、6.3万km的各级堤防，从根本上改变了历史上多灾低产的状况，初步形成了兼具防洪、除涝、灌溉、供水等功能的工程体系，减灾兴利能力显著提高。但是，淮河的洪涝问题还远未得到根治，尤其是中游地区，灾情更为严重。2003、2007年及刚刚经历的2020年洪水表明，干流长时间持续高水位、支流排水不畅、洼地“关门淹”等问题依然十分突出。

造成这一被动局面的原因是多方面的：首先是南北过渡带的地理位置决定了天气易变、暴雨多发，而平坦广阔的地形条件又使得地表水的流动性很弱，降雨不能被迅速排走；再有就是历史上黄河夺淮淤废淮河尾闾，造成了两头翘、锅底洼的畸形纵剖面。这些特殊的气候、地理及历史条件，再加上河道自身过水断面严重不足，导致淮北平原及大片沿淮洼地长期饱受洪水威胁，极易泛滥成灾。更为严重的是，随着气候持续变暖、人类社会干扰日益频繁，流域洪涝防御的复杂性和难度将更为突出。

当前，我国正昂首迈向全面建设社会主义现代化国家新征程。淮河的洪涝问题事关国家的粮食安全、能源安全和人民财产安全，是促进中部崛起战略实现的关键。2020年8月，习近平总书记在淮河王家坝闸视察时强调，要把治理淮河的经验总结好，认真谋划“十四五”时期淮河治理方案。为此，针对淮河防洪除涝体系存在薄弱环节和治理需求，深入探讨了需要进一步研究的关键科技问题，供有志于该领域研究的学者参考。

1 基本规律研究

1.1 变化环境下的洪涝加剧机理

变化环境涉及气候变化和人类活动两个方面。根据政府间气候变化专业委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次评估报告的研究，从1880年到2012年，全球地表平均温度大约升高了0.85℃，气候变暖已是无可争辩的事实。淮河流域变暖的速率略高于全球平均水平，1961—2010年间，大别山区和淮河中游年平均气温升高了0.90℃，升温速率约0.18℃/10a。在流域升温的背景下，降雨时空分布更趋不均，极端降雨的强度、频次总体呈增加趋势。另一方面，大规模的人类活动，也改变了流域下垫面的物理特性，进而引起产汇流机制的调整变化。据统计，1980年代末至2008年期间，淮河流域的耕地减少了35.15万hm2，而城乡工矿及居民用地扩张了39.38万hm2。城镇面积所占比例显著增加，加之大规模水利水保工程的建设，对入渗、蒸散、产流、汇流等分项水文过程产生了重要影响，使得洪涝形成及演化机理更为复杂。

气温升高引起汛期极端强降雨趋多增强，不透水面积增加、面上排水沟及支流的治理又使得产流增加、汇流加快、洪峰增大、预见期缩短。致灾因子和孕灾环境同时发生变化，流域整体洪涝风险呈升级趋势。因此，未来对洪涝的治理应充分考虑变化环境的影响，识别各种变化行为对洪涝成灾过程的作用机制，如流域升温与暴雨特性的关系、下垫面格局演变与产汇流特性的关系、河道整治与水流动力条件的关系、泵站排涝对河道洪水过程的影响等。在单因子分析的基础上，评估预测气候变化与频繁人类活动干扰对洪水强度、频率和时空遭遇的影响，复核现有洪涝防御标准的可靠性以及洪与涝之间的协调性，为积极应对变化环境带来的风险、适时调整治淮策略提供参考。

1.2 沙量锐减下的河床响应及调整机制

淮河来沙减少已被多项研究证实。流域众多的闸坝工程、持续的水土保持措施以及高强度的人工采砂是泥沙减少的主因，而且这种变化大概率是不可逆的。未来短时间内，淮河干流主要测站的年均含沙量基本维持0.2kg/m3以下，很难恢复到20世纪80年代以前的输沙水平。

沙量锐减、挟沙能力不饱和使淮河处于“缺沙”的状态，进而引起河湖冲淤演变发生一系列的调整。近40年来，淮河主要的堆积区——王家坝至鲁台子段、入湖河段及洪泽湖湖区，淤积明显减轻；原本冲淤平衡或微冲的区域——鲁台子至蚌埠段、蚌埠至浮山段，发生持续冲刷，而且由于近岸深泓下切、边坡变陡，河岸崩塌蚀退的现象时有发生，给防洪、航运及岸线的利用造成了很大的影响。

目前，淮河干流的水沙搭配关系已逐渐趋于稳定，但由于河床演变的滞后性，河道将通过较长时间的调整才能达到新的平衡，未来河势调整的方向、速率和方式需要进行深入研究。其中，浮山以下的入湖河段是研究的重点，该段连接了上游河道冲刷段与下游湖区淤积段，来沙减少导致的自上而下的沿程冲刷与洪泽湖自下而上的溯源淤积交织在一起，必然对倒比降的发展、甚至河湖关系的调整产生影响。另一个重点是六坊堤分汊段。观测表明，该段南汊超河发生长距离长时段的冲刷，北汊则淤积加重、断面萎缩。有必要针对关键节点的水沙分配、两汊的冲淤演变及防洪情势的变化进行跟踪研究，以便为制定河道治理方案、优化工程布置提供依据。

2 关键技术研发

2.1 流域水文模型

水文模型是描述水文现象和水文过程的有效工具。从洪水预报到更长时间尺度的水文情势预测，都离不开水文模型的模拟与仿真。经过多年的发展，在淮河流域已构建了很多简便实用的概念性水文模型，有的以成熟的新安江模型为基础，有的基于淮北平原浅水蒸发、入渗补给的特点开发而成，如汾泉河模型、谷河模型、五道沟模型等。这类模型主要用于解决水文预报问题，其产汇流参数均根据实测资料反复校正的结果，在量化人类各种行为的影响方面，存在一定的局限性。

动力学模型具有较强的物理机制，能更好地描述气候变化、土地利用、水土保持、水利工程、社会经济用水等因子对水循环过程的影响，具有更强的适应性。正是由于这一优势，过去10年内SHE模型、SWAT模型在淮河流域获得了一些应用。但由于空间尺度较大，各集水单元的土壤类型、河网密度、汇流特性、排涝工程现状又存在一定的差异，不仅建模时需要大量基础数据支撑，模型建成后的参数率定也十分困难。实际上，这类外来模型在参数的本土化方面还有很多工作要做。

一种较为实用的途径，是将两种模型方法相结合。一方面以动力学模型的结构为基础，充分利用GIS和RS技术提供的空间信息，体现下垫面差异；另一方面，适当引入一些本地化的方法和经验关系对特定环节的水文过程进行概化。这一思路源于概念性模型在除涝水文分析的一次应用尝试。实践表明，上述针对流域特点开发的简化模型，目前仍具有很高的理论和应用价值。

2.2 河网水沙数学模型

作为探究河床演变规律、模拟工程治理效果、优化整治方案的有效工具，水沙数学模型具有重要的地位。通过自主研发，在淮河中游已建有干支流河网水沙数学模型，并应用于王临段、蚌浮段等河道治理的工程实践中。总体来看，该模型基本能够给出复杂水情、工情条件下的洪水运动情况，也能够对河床的纵向调整、水位的长期变化、主支汊的兴衰进行预测。但是，随着治淮工程的持续推进，上述模型在功能和精度上已不能满足要求，迫切需要进一步发展完善。

一是模型精度的提升。模型是否可靠取决于计算方法的恰当和参数取值的合理。从方法上讲，该模型建立在非均匀沙不平衡输沙理论的基础之上，考虑的因素较为全面。但限于资料条件，部分参数取值带有经验性。其中，恢复饱和系数、挟沙能力指数直接参考了长江、汉江等少沙河流的推荐值，河床的糙率也没有考虑冲淤变形、级配调整的影响，存在很多值得改进的地方。因此，加强对淮河泥沙的原型观测、揭示非均匀沙输移机理及阻力变化特性是十分必要的，这是提高模型计算精度的基础。

二是模型功能的完善。一维模型仅能得到水沙因子的断面平均值，而二维模型可以直接计算冲淤在平面上的分布，也能对淮河特有的行洪区等大面积水域进行较好的模拟，反映更多的细节。因此，在今后的工程优化布置及航道问题的处理上，将更多地用到二维模型。目前，二维水沙模型已广泛应用于长江、黄河的治理与保护中，三维模型也可以解决一些实际问题。但受制于淮河河床演变基本理论发展水平，这方面的计算成果还比较少见。未来可以在合肥、蚌埠两地的淮河试验研究中心，开展一些典型河段动床试验研究，突破挟沙力横向分布、弯曲河段横向输沙及河岸变形等关键问题，构建符合淮河自身特点的二维水沙输移的计算模式。在此基础上，还可以进一步研发水-沙-岸坡受力为一体的耦合模型，预测未来重点险段出险情况，减少崩岸带来的影响和危害。

3 治理措施探讨

经过近70年的建设，淮河干流上游防洪标准已达到10年一遇以上，中游主要防洪保护区、重点城市及下游洪泽湖大堤的防洪标准均提到100年一遇，具备了抗御建国以来最大洪水的能力。但在中小洪水年份，由于河道泄流能力不足，面上排水系统除涝标准偏低等因素，沿淮大面积的低洼地仍经常出现“关门淹”的现象。“十四五”期间，需要把中小洪水治理放在与大洪水治理同等重要的位置，变“洪涝分治”为“洪涝共治”，补短板强监管，谋划一批基础性、枢纽性、流域性的重大工程，进一步完善现有防洪除涝体系。

3.1 洪涝共治

淮河的洪涝防御体系由各自独立排水系统构成，两者防御的对象不同、采取的措施也不同。传统的治理模式很少考虑两者之间的联系，面上各级排水沟渠的治理以《淮河流域重点平原洼地除涝规划》为依据，干支流河道治理以《淮河流域防洪规划》为依据。这种“洪涝分治”的模式常常是按下葫芦浮起瓢，存在洪涝风险相互转移的弊端。2020年洪水期间，淮干王家坝、润河集、正阳关超保证水位，汪集、小柳巷站水位超历史极值。事后总结发现，除了降雨强度大、暴雨集中外，还有支流整治后来水加快、沿淮排涝站能力提升等因素。过去一到汛期，淮河上常常出现因洪致涝的现象。随着面上排涝标准逐步提高，因涝致洪的问题已开始显现。

淮河的洪涝从来都是相互影响，互为转化的。往往有洪水的地方就会产生涝灾，而面上汇集的涝水排至干支流河道中就形成了洪水，洪水量级的多寡、水位的高低又直接影响了面上的排涝。今后应将防洪与排涝纳入到一个治理体系中，统一规划，综合考虑。既要降低干流水位、缩短高水位历时，为涝水排出创造条件，又要尽量减少涝区治理对下游的影响和冲击，实现从源头到面上各级排水沟渠、再到干支流河网的全链条系统治理。在洪涝共治过程中，厘清干支流的互馈关系、提出防洪与排涝相适宜的治理标准是核心问题。

3.2 工程与非工程措施

以治淮70年形成的防洪工程体系为基础，继续坚持蓄泄兼筹的治淮方针，通过上拦、中扩、下排等组合措施对流域的防洪除涝能力进行全方位升级。针对上游山谷水库控制面积小，拦蓄能力不足的问题，加快推进竹竿何张湾水库、潢河袁湾水库的前期研究，尽量减少大别山洪水进入淮干的水量；针对中游行洪区众多、河道阻水的问题，研究适宜的河道疏浚规模和断面型式，继续对淮河干流的行蓄洪区进行调整；针对浮山以下倒比降及洪泽湖出路不足的问题，尽快完成冯铁营引河、入海水道二期等骨干工程(图1)的前期研究，并争取在“十四五”期间开工建设。实际上，这两处工程前前后后已论证了近10年，工程的作用和影响都已经比较清楚。需要补充研究的是，如何维持老流路的稳定和畅通。毕竟在现有的规划中，新开辟的流路都是辅助性的分洪措施，没有改变淮河先入湖再入江的基本格局。近年来，有学者认为“河湖分离”才是淮河洪涝的治本之道。这种设想是否具备现实可操作性，还有待于充分地研究和论证。

图1 冯铁营引河及入海水道二期工程布置

除了以上点线工程之外，还需要在洪涝共治的体系下，研究不同类型洼地的治理对策。对于淮北平原的洼地，研究自排、抽排、流动站相结合的排水方式，研究面上除涝配套工程的布局和规模，分析增设泵站的数量、规模和位置；对于淮南支流洼地，研究岗畈高地分流，实现高水高排的措施及方案。除此之外，还可研究湖泊洼地增加蓄水，易涝地区进行产业结构调整，发展湿地经济的可行性。

对洪涝灾害进行预报预警是防洪减灾体系中必不可少的非工程措施。2020年淮河防汛虽然取得了重大胜利，但也暴露出预报预测与实际情况偏差较大等问题。未来应加强洪涝灾害预报预警及应急技术的研究。在拓展水文站网建设的基础上，将Gis技术与高精度水文水动力模型相结合，将灾情评估与防洪调度的优化技术相结合，构建洪涝智能分析与决策支持系统，实现数据监测、洪涝淹没模拟、灾情损失评估、预报预警及应急决策的一体化，为洪涝预警和水工程群联合调度提供更可靠的技术支撑。

4 结语

淮河防洪除涝是一个长期、复杂的过程。在治理过程中，应遵循自然科学规律，加强对治淮重大关键问题的研究，实现以科技创新驱动科学治淮。建议从机理上识别流域升温与强人类活动耦合作用下的洪涝加剧规律，揭示沙量锐减背景下河床调整的机制；从技术上研发简便实用的分布式水文模型，改进水沙模拟方法及模型体系；在防治对策方面，要坚持洪涝一体化系统治理，综合运用工程与非工程措施，优化防洪除涝工程的整体布局，增强监测预报预警及工程调度的精准性，为构建更加完备的防洪安全保障体系提供坚实的科学基础。