淮河干流六坊堤段河道河势变化分析

张 震

(1.安徽省水利厅，安徽 合肥 230022；2.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230022)

六坊堤段河道是安徽省淮河干流一处典型的分汊型河段，该段河道为灯草窝圩至淮南平圩子段，位于凤台县城至淮南市区之间，在灯草窝圩上口处分南北两汊，南北汊分别长24.08、24.06 km，两汊在淮南平圩子处汇合。北汊堤距300～700 m，主槽平滩宽度一般为170～250 m，滩槽分界高程为21.5～19.5 m，河道底高程一般为10～13 m，平均河底高程为11.65 m，主槽河床平均水深5.1 m，弯曲系数为1.36；南汊比北汊要宽，堤距550～750 m，主槽平滩宽度一般为220～350 m，滩槽分界高程为21.0～19.5 m，河道底高程一般为4～10 m，平均河底高程为6.35 m，主槽河床平均水深8.5 m，弯曲系数为1.35。六坊堤段河道示意见图1。

图1 六坊堤段河道示意

1958年二道河开挖工程将六坊堤分为上六坊堤和下六坊堤2处行洪区，2处行洪区均由行洪堤圈围成，呈狭长形，面积分别为8.8、19.2 km2，库容分别为0.5亿、1.1亿m3，自设立以来至今均启用了13次，进洪机率约5年一遇，具有面积较小、进洪频繁、位置特殊等特点[1-3]。

近年来，受水文气象变化、河道整治、人工采砂等共同作用，淮河的水沙条件及河床边界发生了明显的变化；由于来水来沙及河床边界的变化，改变了淮河干流河道冲淤演变趋势及河岸土体受力条件，甚至河岸失稳形成了崩岸，给淮河的防洪、航运及社会经济发展造成了一定不利影响。本文选取复杂的六坊堤段分汊河道为研究对象，系统分析淮河干流六坊堤段河道河势变化，为安徽省淮河河道管理与治理提供基础参考[4-8]。

1 水文泥沙分析

六坊堤河段上下游分别有鲁台子和吴家渡水文站，其中鲁台子站位于灯草窝上游约30 km处，吴家渡站位于下六坊堤分汊河道交汇口下游72 km处，本次基于两站实测的1951—2020年流量及泥沙资料进行年径流量、月均流量、年输沙量及月均含沙量进行分析[9-10]。

1.1 年径流量分析

鲁台子站、吴家渡站多年平均径流量情况见图2，两站1951—2020年的多年平均径流量分别在160亿～260亿、210亿～310亿m3，即两站多年平均径流变化不大，总体来水量较为均衡。

图2 鲁台子、吴家渡站多年平均径流量

1.2 月均流量分析

两站汛期6—8月、非汛期12至次年2月多年平均流量情况见图3，两站汛期流量为非汛期流量的6～7倍，年内月均流量变化呈现明显季节性变化。两站1951—2010年的6—8月汛期的流量分别在1 200～1 700、1 500～2 000 m3/s，相应年段12月至次年2月非汛期流量分别在200～300、250～350 m3/s，汛期、非汛期流量多年变化幅度均不大。两站2011—2020年汛期流量分别为972、1 189 m3/s，非汛期流量较2001—2010年增加约30～40 m3/s，由于临淮岗枢纽、蚌埠闸汛期调蓄作用，汛期降低明显，非汛期有所增加。

a)汛期6—8月

1.3 年输沙量分析

两站多年平均输沙量及6—9月汛期多年平均输沙量见图4，两站多年平均输沙量分别为747万、774万t，其中1951—1960年多年平均输沙量分别为1 666万、1 457万t，2011—2020年多年平均输沙量分别为178万、286万t，总体两站来沙量逐年减少趋势明显，年输沙量由20世纪50年代到现今分别减少了89%、80%，90年代开始减少幅度有所减缓。

a)鲁台子站

两站6—9月汛期多年平均输沙量分别为557万、593万t，其中1951—1960年多年平均输沙量分别为1 304万、1 148万t，2011—2020年多年平均输沙量分别为123万、221万t，两站汛期输沙量基本占全年输沙量的65%～85%，且汛期来沙量逐年减少趋势明显，90年代开始减少幅度有所减缓。

1.4 月均含沙量分析

两站多年平均各月含沙量见图5，两站汛期最大平均含沙量为非汛期最小平均含沙量的3.5～7.5倍，汛期和非汛期含沙量差别明显。两站在2001年后，汛期7月平均含沙量明显减少，由1951—2000年的0.635、0.547 kg/m3分别降低到2001—2020年的0.142、0.205 kg/m3，降低幅度分别达到78%、62%。

a)鲁台子站

2 河势变化分析

2.1 深泓变化分析

研究采用1971、1979、1992、2005、2012、2019、2020年等年份实测断面资料进行河段深泓比对分析。

2.1.1六坊堤段南汊河道

1971—1979年，深泓高程无明显变化。由于1982、1983、1991年等淮河大水冲刷河道，1992年河道较1979年河道局部有明显冲刷，灯草窝上口的下游约1 km处河道冲刷明显，深泓降低12.5 m。1992—2012年，整段河道深泓降低明显，整体河道深泓下移了6 m多，主要由2个原因造成：一是2003、2007年大水造成河道冲刷，二是由于河道的人工采砂。

2019、2020年河道深泓变化不大，除局部断面处由于2020年大水冲刷，深泓有所下降，总体深泓无明显变化。总体上，1971—2020年，在灯草窝上口—六坊堤上口、下六坊堤老牛坟码头—四大队码头河段的深泓高程较1971年降低明显，下降了13～18 m。

从沿程分布来看，1971—1992年，沿程深泓高程基本稳定，深泓差沿程变化基本在6 m之内；2005—2020年，由于河段人工采砂影响，深泓高程沿程变化剧烈，最大高差在14 m左右。六坊堤段南汊河道历年实测深泓高程沿程分布见图6。

图6 1971年等不同年份六坊堤段南汊河道深泓高程沿程分布

2.1.2六坊堤段北汊河道

1971—2005年，深泓高程无明显变化。由于河道的人工采砂，2005—2012年，北汊河道上六坊堤段深泓明显下降，上六坊堤段深泓下降5 m多。2019、2020年河道深泓变化不大，除局部断面处由于2020年大水冲刷，深泓有所下降，总体深泓无明显变化。总体上，1971—2020年，上六坊堤段河道深泓下降较多，下降了6～10 m。

从沿程分布来看，除2012年，沿程深泓高程基本稳定，深泓差沿程变化基本在5 m之内；2012年，由于河段人工采砂影响，深泓高程沿程变化剧烈，最大高差在10 m左右。2019—2020年深泓沿程基本稳定，上六坊堤段深泓中值在7 m左右，下六坊堤段深泓在12 m左右，上下段深泓差约5 m。六坊堤段北汊河道历年实测深泓高程沿程分布见图7。

图7 1971年等不同年份六坊堤段北汊河道深泓高程沿程分布

2.2 典型断面套绘分析

研究选取六坊堤段南汊河道桩号X024、XG033、XG042、XGY0、XGY10断面，六坊堤段北汊河道桩号XGZ15、XGZ25、XFZ40、XG056、XG065断面，进行河道断面套绘分析，各断面位置示意及部分断面套绘成果见图8—10。

图8 六坊堤段河道套绘的典型断面位置

a)XG033断面

a)XGZ40断面

总体上，六坊堤段南汊河道1979—1992年，河道断面变化为主槽略有冲淤，深泓高程无明显变化，1992年后由于人工采砂，造成河道断面扩大明显，河道深泓显著下降，2019—2020年河道断面套绘基本一致。六坊堤北汊上段河道2005年后由于人工采砂，河道断面有所扩大，深泓降低明显，2012年后基本无明显变化；六坊堤北汊中下段河道多年来断面形态较为稳定，变化缓慢，河道深泓略有降低。如上六坊堤南汊段桩号XG033断面，1971—1979年，河道断面基本稳定，总体略有下切，但下切速率缓慢，深泓高程下降约0.5 m；1979—1992年，左滩冲刷严重，滩槽分界点向左岸移动了近70 m；1992—2005年，左滩有所回淤，右滩略微淤积，主槽扩大明显，深泓高程下降近7 m；2005—2020年，左右滩有一定冲刷，深泓高程变化不大。

2.3 分流比变化分析

2.3.1模型构建

a)软件选取。本次研究需建立整体淮河干流六坊堤段一维水动力学模型，包括六坊堤南汊河道、六坊堤北汊河道、上六坊堤行洪区、下六坊堤行洪区及行洪区间二道河，考虑分汊河道、行洪区交互影响，分洪口门需合理概化，结合工程情况可选用MIKE 11进行模型构建，能很好地概化自然边界、各种构筑物调度及复杂河网，提高模拟精度[11-12]。

b)河网及行蓄洪区概化。六坊堤段河网模型采用2020年实测1∶2 000地形图构建，构建六坊堤段南汊河道长24.7 km，北汊河道长24.0 km、二道河长2.5 km；横断面模型通过实测的1971、1979、1992、2005、2012、2019、2020年等年份实测资料构建，为提高模型计算效率，各断面间距按800 m左右控制，弯道、分汊等局部处适当加密。上六坊堤行洪区及下六坊堤行洪区分别按一维河道进行概化，概化的一维河道长度采用实测地形图量算，概化上六坊堤长7.6 km、下六坊堤长8.1 km；MIKE 11 SO可构建节制构筑物、重要桥梁、行蓄洪区构筑物等，概化后可进行全河段的模拟和分洪构筑物调度，本次研究上、下六坊堤的分洪口门以MIKE 11 SO模块的Control Structure功能进行概化，概化包括分洪口门结构物的工程尺寸、调度运行情况等，见表1。

表1 上、下六坊堤的分洪口门按规划调度规则概化设置

c)糙率确定。河道及行蓄洪区糙率在《安徽省淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统》《安徽省淮河干流峡山口至涡河口段行洪区调整和建设工程可行性研究报告》中，基于1991、2003、2007、2020年等多场次洪水进行了充分率定与验证，本次研究沿用成果，河道主槽糙率为0.021 5，河道滩地糙率为0.033 5，行洪区糙率为0.037 5[13-17]。

d)边界条件。本次研究重点分析淮河干流设计洪水条件下，六坊堤段1971、1979、1992、2005、2012、2019、2020年等各年份断面条件下分流比变化情况，因此在淮河发生100年一遇设计洪水时，上边界峡山口相应淮河干流100年一遇设计流量为10 000 m3/s，下边界六坊堤下交汇口相应100年一遇设计水位为24.71 m。

2.3.2分流比变化分析

经模拟计算分析，上六坊堤段河道1992—2005年，北汊分流流量由2 700 m3/s降低至2 000 m3/s，2005年后分流流量基本稳定；1992—2005年南汊分流流量由5 400 m3/s增加至6 400 m3/s，2019年又增加至6 500 m3/s，2020年分流无变化。上六坊堤行洪区分洪流量由1 900 m3/s逐步降低至1 500 m3/s。

下六坊堤段河道1992—2005年，北汊分流流量由3 600 m3/s降低至3 350 m3/s，2019年后分流流量又降低到3 200 m3/s，2020年分流无变化；1992—2005年南汊分流流量由3 800 m3/s增加至3 950 m3/s，2019年又增加至4 200 m3/s，2020年分流无变化。下六坊堤行洪区分洪流量基本稳定，为2 600 m3/s。计算结果见表2。

2.3.3分流比结果验证

上六坊堤南汊河道满足主汊分流比ηm>0.5条件，本次采用上六坊堤南汊1971、1979、1992、2005、2012、2019、2020年不同年份的水面宽度、过水面积、流速等3个水力要素进行比对，经计算分析，水面宽度差距在1.9%～9.3%，过水面积差距在3.3%～9.2%，流速差距在4.6%～9.7%，与模型计算结果差距均在10%以内，满足GB/T 22482—2008《水文情报预报规范》《洪水风险图编制技术细则》[19-20]等规范要求，模型演算成果较为可靠。

2.4 冲淤分析

基于前述已建立的MIKE 11数值模型，分别计算分析在平滩水位、设计水位工况下，1971、1979、1992、2005、2012、2019、2020年等不同年份的主槽过流面积、河道过流面积，并分别与断面间距乘积，累加得出河段库容。平滩水位、设计水位条件下不同年份河道容积计算成果见表3、4。

表3 平滩水位条件下不同年份主槽容积成果 单位：万m3

表4 设计水位条件下不同年份河道容积(主槽+滩地)成果 单位：万m3

经计算分析，1971—2020年，六坊堤段南汊河道整体表现为扩大趋势，主槽冲刷量为4 824万m3，滩地冲刷量为842万m3，河段总冲刷量达5 666万m3。其中主槽冲刷以1992—2005、2005—2012年较大，分别为1 827万、1 650万m3；滩地除1992—2005、2019—2020年略有回淤外，其他年份均表现为冲刷趋势。

1971—2020年，六坊堤段北汊河道整体表现为冲刷趋势，主槽冲刷量为1 053万m3，滩地冲刷量为189万m3，河段总冲刷量达1 242万m3。其中主槽、滩地冲刷以2005—2012年最大，冲刷量为746万m3，其中主槽冲刷量为697万m3，滩地冲刷量为49万m3。除1992—2005年主槽淤积、滩地冲刷外，其他年份主槽、滩地均表现为冲刷或淤积同步。

3 结论与建议

3.1 结论

a)径流量及月均流量。鲁台子、吴家渡两站1951—1960、1961—1970年等年份的多年平均径流量在160亿～260亿、210亿～310亿m3，两站多年平均径流变化不大，总体来水量多年较为均衡。两站汛期流量为非汛期流量的6～7倍，年内月均流量变化呈现明显季节性变化；2011年后由于临淮岗枢纽、蚌埠闸汛期调蓄作用，汛期流量明显降低。

b)年输沙量及月均含沙量。鲁台子、吴家渡站两站的年输沙量，由50年代减少了80%～90%，总体来沙量逐年减少趋势明显，90年代开始减少幅度有所减缓；两站汛期输沙量基本占全年输沙量的65%～85%。两站汛期最大平均含沙量为非汛期最小平均含沙量的3.5～7.5倍，汛期和非汛期含沙量差别明显；2001年后，汛期7月平均含沙量明显减少，降低幅度达到60%～80%。

c)分汊河道分流比。由于1992—2005年人工采砂等原因，上六坊堤段北汊分流流量由2 700 m3/s降低至2 000 m3/s，2012年后分流流量基本稳定；1992—2005上六坊堤段南汊分流流量由5 400 m3/s增加至6 400 m3/s，2019年又增加至6 500 m3/s，2020年分流无变化；上六坊堤行洪区分洪流量由1 900 m3/s逐步降低至1 500 m3/s。下六坊堤段北汊分流流量由3 600 m3/s降低至3 350 m3/s，2019年后分流流量又降低到3 200 m3/s，2020年分流无变化；1992—2005年下六坊堤段南汊分流流量由3 800 m3/s增加至3 950 m3/s，2019年又增加至4 200 m3/s，2020年分流无变化。

d)河道深泓。六坊堤南汊段河道1971—1979年深泓高程无明显变化；1992年后，受大水年河道冲刷及人工采砂影响，河道深泓变化剧烈，河段的深泓高程较1971年降低明显，下降了13～18 m；2019、2020年河道深泓变化不大，除局部断面处由于2020年大水冲刷，深泓有所下降，总体深泓无明显变化。六坊堤北汊段河道1971—2005年深泓高程无明显变化；由于河道的人工采砂，2005—2012年北汊河道上六坊堤段深泓明显下降，2020年较1971年河道深泓下降了6～10 m；2019年与2020年河道深泓变化不大，除局部断面处由于2020年大水冲刷，深泓有所下降，总体深泓无明显变化。

e)河道横断面。六坊堤段南汊河道1979—1992年，河道断面变化为主槽略有冲淤，深泓高程无明显变化，1992年后由于人工采砂，造成河道断面扩大明显，河道深泓显著下降，2019—2020年河道断面套绘基本一致。六坊堤北汊上段河道2005年后由于人工采砂，河道断面有所扩大，深泓降低明显，2012年后基本无明显变化；六坊堤北汊中下段河道多年来断面形态较为稳定，变化缓慢，河道深泓略有降低。

f)河道冲淤量。1971—2020年，六坊堤段南汊河道整体表现为扩大趋势，主槽冲刷量为4 789万m3，滩地冲刷量为842万m3，河段总冲刷量达5 665万m3；其中上六坊堤段南汊河道河段总冲刷量达2 168万m3，下六坊堤段南汊河道河段总冲刷量达3 497万m3。1971—2020年，六坊堤段北汊河道整体表现为冲刷趋势，主槽冲刷量达1 053万m3，滩地冲刷量达189万m3，河段总冲刷量达1 242万m3；其中上六坊堤段北汊河道1971—2020年河段总冲刷量达1 109万m3，下六坊堤段北汊河道1971—2019年河段总冲刷量达133万m3。

3.2 建议

a)鲁台子、吴家渡站两站的年输沙量，由50年代减少了80%～90%，2001年后，汛期7月平均含沙量明显减少，降低幅度达到60%～80%。干流来沙的减少，一定程度上会加大河道冲刷，河道岸线也易形成裂缝式冲刷，影响河道岸坡稳定。建议对淮河干流河道历史险工段及迎流顶冲段加强河势监测和采取必要的防护措施。

b)人工挖沙对河道断面、深泓改变较大，建议进一步加强河道采砂管理，落实《安徽省河道采砂管理办法》，组建管理机构、落实管理人员和经费，打击非法采砂活动，及时制定、修订《淮河流域重要河段河道采砂管理规划》，以保障防洪安全和河势稳定。

c)六坊堤段河道平面河势稳定，但1992年后由于人工采砂等原因，造成六坊堤段南汊、上六坊堤段北汊河道断面扩大明显，河道深泓显著下降，而六坊堤北汊中下段河道多年来断面形态较为稳定，河势变化缓慢，目前六坊堤段南汊逐步成为行洪主河道，不利于分汊河道稳定。建议加强南汊采砂管理，与采砂规划衔接，将南汊划分为禁采区；同时对列入国家150项重大水利工程之一的淮河干流峡山口至涡河口段行洪区调整和建设工程中，上六坊堤段南汊的疏浚应加强河道河势防护，下六坊堤段应疏浚北汊，尽可能降低对岸坡及河势的影响。

d)建议正在开展前期工作的安徽省淮河中游综合治理工程等项目中，进一步深化分析论证干流河道疏浚对干流河道演变的影响，以及对干流险工险段、迎流顶冲段、滩地浅窄段的影响，对有影响的河段采取必要的工程处理措施。