淮河安徽段河道特性及河床演變

1、淮河安徽段河道特性及河床演變*收稿日期：2011*-*基金項(xiàng)目：水利部現(xiàn)代水利科技創(chuàng)新項(xiàng)目“淮河干流河相關(guān)系和整治方向研究”（XDS20071）作者簡(jiǎn)介：虞邦義，(1962)男，安徽宿松人，博士，教授級(jí)高工，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail：yubangyi虞邦義 倪晉安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 安徽省水利水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 摘要：淮河安徽段歷來是淮河治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文根據(jù)多年實(shí)測(cè)資料，分析了本段的來水來沙特性；從平面形態(tài)、縱剖面形態(tài)，斷面形態(tài)三個(gè)方面，分析了本段的河道基本特性；采用輸沙量差法和斷面法分析了本段河道沖淤規(guī)律；利用近期局部河段實(shí)測(cè)斷面資料，初步分析了

2、人工采砂對(duì)河床演變的影響，為加強(qiáng)淮河安徽段的河道管理提供了參考。關(guān)鍵詞：淮河安徽段，河道特性，河床演變一、基本情況淮河發(fā)源于河南桐柏山，流經(jīng)豫、皖、蘇三省，全長(zhǎng)1000km，流域面積18.7×104km2?；春痈闪骱楹涌谝陨蠟樯嫌?，洪河口至洪澤湖出口中渡為中游，中渡以下至三江營為下游入江水道?；春影不斩危幱诨春又杏?，上自豫、皖交界的洪河口起，下至皖、蘇交界的洪山頭止，河道長(zhǎng)度428km，流域面積6.7×104km2?；春又饕Я骶诒径螀R入干流，南岸主要支流史灌河及淠河均發(fā)源于山區(qū)或丘陵區(qū)，源短流急，其流域面積在60007000km2之間；北岸沙潁河為最大的支流，流域面積

3、約3.7×104km2，其它較大的支流還有洪汝河，渦河，其流域面積大于1×104km2。行蓄洪區(qū)是淮河防洪體系的重要組成部分，起著蓄滯和分泄洪水的作用?；春痈闪靼不斩窝爻态F(xiàn)有行蓄洪區(qū)20處，其中蓄洪區(qū)4處，總面積1853km2；行洪區(qū)16處，總面積1142km2。淮河安徽段河勢(shì)及行蓄洪區(qū)位置如圖1所示。圖1 淮河安徽段河勢(shì)及行蓄洪區(qū)位置示意二、來水來沙特性1、徑流時(shí)空分布從來水量的空間分布來看，北部主要支流洪汝河、沙潁河、渦河各入淮控制站以上集水面積總和占吳家渡以上集水面積的51，徑流量總和占吳家渡徑流量的29；南部主要支流史灌河，淠河各入淮控制站以上集水面積總和占吳家渡以

4、上集水面積的8，徑流量總和占吳家渡徑流量的20?；春影不斩文媳敝饕Я骷娣e相差43，徑流量只相差9。從徑流量的沿程變化來看，從王家壩魯臺(tái)子140km的河段內(nèi)，集水面積增加了5.8×104km2，占吳家渡以上的47.8，徑流量增加115.07×108m3，占吳家渡徑流總量的44。中游來水主要集中在正陽關(guān)附近入淮,故有“七十二水通正陽”之說。淮河安徽段徑流量的年內(nèi)分配極不均勻，汛期徑流量約占年總量的5670，淮北支流的集中程度高于淮南支流。徑流量最大與最小年倍比十分懸殊，年徑流變差系數(shù)較大，一般在0.550.86之間，并呈現(xiàn)自南向北遞增，平原大于山區(qū)的規(guī)律。各年代平均值19

5、50年代，均值333×108m31960年代，均值281×108m31970年代，均值222×108m31980年代，均值307×108m31990年代，均值205×108m32000年后，均值324×108m3圖2 淮干吳家渡徑流量逐年代變化1950年2007年吳家渡站實(shí)測(cè)年徑流量逐年代變化見圖2。由圖可知，吳家渡多年實(shí)測(cè)平均徑流量277.13×108m3，各年代平均徑流量由大到小的排序依次為1950年代、2000年后、1980年代、1960年代、1970年代、1990年代。通過對(duì)淮河安徽段干支流主要測(cè)站不同年代平均值的統(tǒng)

6、計(jì)和對(duì)吳家渡1950年2007年徑流量資料的指數(shù)平滑和聚類分析均得出：淮河安徽段徑流量無明顯增加或減少的趨勢(shì)1。2、泥沙時(shí)空分布從來沙量的空間分布來看，上游息縣來沙占吳家渡來沙的31；北部主要支流，洪汝河、沙潁河、渦河來沙總量占吳家渡來沙69；南部主要支流史灌河來沙占吳家渡來沙10?；春影不斩文媳敝Я鬏斏沉坎顒e較大，本段泥沙主要來源于淮北支流，其次是淮河干流上游。輸沙量的年內(nèi)分配過程與徑流量大體一致，但較徑流量更為集中。汛期輸沙量約占年總量的7384?；春影不斩文嗌匙畲笞钚∧瓯侗葢沂猓觌H變差較大。吳家渡最大最小年的比值為156倍，變差系數(shù)為0.75。將吳家渡站1950年2007年含沙量、輸沙

7、量按不同年代平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見圖3和圖4。從圖中可以看出，吳家渡站含沙量逐年代減少；輸沙量從1950年代1990年代逐年代減少，而2000年后由于水量較豐，輸沙量比1990年代有所增加。各年代平均值1950年代，均值0.47 kg/m31960年代，均值0.46 kg/m31970年代，均值0.38 kg/m31980年代，均值0.25 kg/m31990年代，均值0.17 kg/m32000年后，均值0.16 kg/m3圖3 吳家渡含沙量逐年代變化各年代平均值1950年代，均值1578×104t1960年代，均值1295×104t1970年代，均值 839×10

8、4t1980年代，均值 781×104t2000年后，均值 523×104t1990年代，均值 342×104t圖4 吳家渡輸沙量逐年代變化通過對(duì)淮河安徽段干支流主要測(cè)站不同年代含沙量及輸沙量資料平均值的統(tǒng)計(jì)和對(duì)吳家渡站1950年2007年含沙量及輸沙量資料的指數(shù)平滑和聚類分析均得出：淮河安徽段泥沙呈逐漸減少的趨勢(shì)1。3、水面比降變化采用兩個(gè)典型年（2003年大洪水年和2005年中等洪水年）的水位資料對(duì)近期淮河干流安徽段王家壩花園咀長(zhǎng)河段水面比降的變化規(guī)律進(jìn)行分析。選擇漲落影響較小,水位基本穩(wěn)定的時(shí)段以確定高、中水面比降。表1 2003、2005年王家壩花園咀長(zhǎng)河

9、段水面比降比較（10-4）河段2003年2005年高水 7月24日中水 9月27日高水 9月6日中水 10月9日王家壩正陽關(guān)0.22 0.09 0.18 0.23 正陽關(guān)蚌埠閘0.34 0.25 0.38 0.24 蚌埠閘浮山0.39 0.22 0.42 0.23 浮山花園咀0.39 0.20 0.40 0.20 從表1可以看出王家壩花園咀長(zhǎng)河段水面比降有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一、淮河干流安徽段高、中水位的水面比降比較平緩，一般在0.2×10-40.4×10-4之間；第二、高、中水位（特別是高水）的水面比降，正陽關(guān)以下河段明顯大于以上河段，說明正陽關(guān)以下河道泄流能力較低。表2 2

10、003、2005年王家壩三河閘短河段水面比降比較（10-4）河段分河段2003年2005年高水 7月24日中水 9月27日高水 9月6日中水 10月9日王家壩正陽關(guān)王家壩三河尖0.29 0.12 0.20 0.33 三河尖潤河集0.24 0.11 0.22 0.14 潤河集正陽關(guān)0.16 0.07 0.15 0.19 正陽關(guān)蚌埠閘正陽關(guān)魯臺(tái)子0.27 0.24 0.30 0.33 魯臺(tái)子峽山口0.34 0.17 0.33 0.19 峽山口田家庵0.37 0.27 0.37 0.25 田家庵蚌埠閘0.34 0.27 0.42 0.25 蚌埠閘浮山蚌埠閘吳家渡0.46 0.42 0.50 0.42

11、 吳家渡臨淮關(guān)0.30 0.20 0.38 0.19 臨淮關(guān)五河0.45 0.21 0.42 0.23 五河浮山0.38 0.21 0.42 0.21 浮山花園咀浮山小柳巷0.31 0.10 0.20 0.09 小柳巷花園咀0.42 0.23 0.46 0.23 進(jìn)一步分析短河段水面比降(表2)可以得出：正陽關(guān)以下河段中尤其以蚌埠閘吳家渡、臨淮關(guān)五河和小柳巷花園咀三段比降偏大值尤為突出，阻水現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)引起重視1。三、河道基本特性1、平面形態(tài)淮河干流安徽段以順直微彎河型和彎曲河型為主2。由表3可以看出，河道主槽平均寬度總體趨勢(shì)是沿程不斷增大，相對(duì)而言，正陽關(guān)以上灘地寬度沿程增加，正陽關(guān)以下灘地

12、寬渡卻沿程減少。對(duì)比各段灘槽寬度比可以看出，潤河集至正陽關(guān)最大，浮山至洪山頭最小，兩者相差近12倍。表3 淮干平均灘槽寬度 （單位:m）河段參數(shù)洪河口潤河集潤河集正陽關(guān)正陽關(guān)蚌埠閘蚌埠閘浮山浮山洪山頭主槽寬241.7292.5401.5519.4721.8左灘寬263.8491.0135.9151.988.9右灘寬348.5266.7191.6140.972.6總灘寬612.3757.7327.5292.8161.5灘槽寬度比2.53 2.59 0.82 0.56 0.22 總河寬854.01050.2729.0812.2883.32、縱剖面形態(tài)從1992年淮干中游深泓縱剖面（圖5）可以看出，

13、本段縱剖面為下凹型，總的趨勢(shì)是以浮山為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，洪河口至浮山段，平均深泓沿程降低，呈正比降；浮山至洪山頭，平均深泓沿程增大，呈負(fù)比降。圖5 1992年淮河干流安徽段深泓縱剖面23、斷面形態(tài)橫斷面的寬深比通常采用平灘河相系數(shù)來反映，從表4可以看出，淮河干流安徽段平灘河相系數(shù)沿程變化范圍較小，河段平均值約為3.14，浮山以上相對(duì)窄深，浮山以下較為寬淺。表4 平灘河相系數(shù)平均值 河段洪河口潤河集潤河集魯臺(tái)子魯臺(tái)子蚌埠閘蚌埠閘浮山浮山洪山頭河相系數(shù)2.982.842.833.095.13四、河道沖淤規(guī)律1、沿程沖淤規(guī)律根據(jù)水文測(cè)站布置，采用輸沙量差法分三段計(jì)算河道沖淤。由于沿程各站泥沙測(cè)驗(yàn)時(shí)間不一致，統(tǒng)

14、一按1985年2005年進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便于同比分析。表5 淮河中游各段沿程沖淤變化(1985年2005年)河段年均淤積量年均沖刷量（×104t）累計(jì)淤積量累計(jì)沖刷量（×104t）王家壩魯臺(tái)子238.35005.2魯臺(tái)子吳家渡-138.2-2903.1吳家渡小柳巷-16.4-344.4從表5可以看出，淮河干流安徽段三段河道中：王家壩魯臺(tái)子段表現(xiàn)為淤積，魯臺(tái)子吳家渡段和吳家渡小柳巷段河道表現(xiàn)為沖刷。整個(gè)河段1985年2005年21年間共淤積1757.7×104t,多年平均淤積83.7×104t。2、年際沖淤規(guī)律以魯臺(tái)子吳家渡河段為例，采用輸沙量差法分析其年際沖

15、淤變化趨勢(shì)，將逐年輸沙量差值按不同年代各年代平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（正為淤積，負(fù)為沖刷），具體結(jié)果見圖6。由圖可知，該河段各年代平均淤積量逐年代遞減，至1980年已由淤轉(zhuǎn)沖，2000年后沖刷量最大，平均每年沖刷232.5×104t，見圖6。圖6 魯臺(tái)子站至吳家渡站河段輸沙量差值與各年代平均值3、灘槽沖淤規(guī)律采用斷面法分析分三段分析1971年1999（2001）年間淮河干流安徽段主槽和灘地的沖淤的分布，具體見表6。由表可知，淮河干流安徽段主槽微沖，灘地微淤，灘槽沖淤相抵，整體呈微沖狀態(tài)。 表6 淮河中游各段沿程沖淤變化(1985年2005年)河段河段長(zhǎng)度/km年份/年沖淤量/104m3年平均沖

16、淤量/104m3a-1沖淤速度/cm·a-1主槽灘地灘槽合計(jì)主槽灘地灘槽合計(jì)主槽灘地洪河口正陽關(guān)157.919711999-1221.76179.24957.5-43.6220.7177.1-1.332.04正陽關(guān)蚌埠閘131.519711999-7045.82169.3-4876.5-251.677.5-174.1-5.211.54蚌埠閘洪山頭144.719712001-4789.51297.2-3492.3-159.743.3-116.4-2.150.92五、人工采砂對(duì)河床演變的影響淮河干流河道采砂始于1980年代后期，1990年代后期已形成一定的規(guī)模，2000年以后，淮河采砂船

17、只不斷增多，濫采亂挖現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。近期對(duì)中游局部河道進(jìn)行加密測(cè)量發(fā)現(xiàn)，人工采砂對(duì)河床變形的影響遠(yuǎn)大于自然演變的影響，已帶來一系列的問題。1、 縱向變形根據(jù)吳家渡站和小柳巷站2001年2008年各年的輸沙量以及輸沙差值，累計(jì)輸沙差值為沖刷898.7×104m3（由于小柳巷站位于浮山以下7km，這7km河段沖淤變化較小，因此可認(rèn)為吳家渡小柳巷河段的輸沙總差值即為吳家渡浮山間的輸沙總差值）。對(duì)比斷面法同時(shí)間段吳家渡浮山河段下切總量5618×104m3,見表7。 輸沙法與斷面法計(jì)算的沖刷量差值4719.3×104m3即可認(rèn)為是河段的人工采沙量。它相當(dāng)于該河段輸沙總差值的5

18、.3倍，人工采沙對(duì)河道的影響已大大超出河道的自然演變。上述分析表明淮河中游河道自然演變比較緩慢，人工采沙使得局部河段河床下切劇烈。表7 斷面法計(jì)算的蚌埠閘浮山河段容積和沖淤量/104m3(+為淤，-為沖）河段河段長(zhǎng)度/km2001年河段容積2008年河段容積河段下切量主槽灘地灘槽總體主槽灘地灘槽總體主槽灘地灘槽總體蚌埠閘小蚌埠4.6163821683806185621554011-21813-205小蚌埠河段3.0101411902204105111452196-37458吳家渡方進(jìn)口7.9281727305547378627836569-969-53-1022方進(jìn)口臨北進(jìn)口12.960844855109397285515712442-1201-302-1503臨北進(jìn)口臨淮關(guān)9.2356731956762408831667255-52129-493臨淮關(guān)臨北出口8.9299225955587351830106528-526-415-941臨北出口香廟30.4106251005420679115301084922379-905-795-1700香廟浮山25.58