淮河安徽段河道特性及河床演變

淮河安徽段河道特性及河床演變收稿日期：2011－**-收稿日期：2011－**-**基金項目：水利部現(xiàn)代水利科技創(chuàng)新項目“淮河干流河相關系和整治方向研究”(XDS2007—1)作者簡介：虞邦義，(1962－)男，安徽宿松人，博士，教授級高工，主要從事水力學及河流動力學研究虞邦義倪晉安徽省?水利部淮委水利科學研究院安徽省水利水資源重點實驗室摘要：淮河安徽段歷來是淮河治理的重點和難點。本文根據(jù)多年實測資料，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測斷面資料，初步分析了人工采砂對河床演變的影響，為加強淮河安徽段的河道管理提供了參考。關鍵詞：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1000km，流域面積18.7X104km2?；春痈闪骱楹涌谝陨蠟樯嫌危楹涌谥梁闈珊隹谥卸蔀橹杏?，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，河道長度428km，流域面積6.7X104km2。淮河主要支流均在本段匯入干流，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6000~7000km2之間；北岸沙潁河為最大的支流，流域面積約3.7X104km2，其它較大的支流還有洪汝河，渦河，其流域面積大于lX104km2。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?；春影不斩魏觿菁靶行詈閰^(qū)位置如圖1所示。茨1T浜淮河新新問洪淨湖董壩坊宜縣油河河塑4北鼠山茨1T浜淮河新新問洪淨湖董壩坊宜縣油河河塑4北鼠山Ft西t湖'*5圖1淮河安徽段河勢及行蓄洪區(qū)位置示意二、來水來沙特性二、來水來沙特性1、徑流時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?魯臺子140km的河段內(nèi)，集水面積增加了5.8x104km2,占吳家渡以上的47.8%，徑流量增加115.07x108m3,占吳家渡徑流總量的44%。中游來水主要集中在正陽關附近入淮,故有“七十二水通正陽”之說?；春影不斩螐搅髁康哪陜?nèi)分配極不均勻，汛期徑流量約占年總量的56%?70%，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0.55?0.86之間，并呈現(xiàn)自南向北遞增，平原大于山區(qū)的規(guī)律。逐年徑流量徑流量/108m3 多年平均徑流量逐年徑流量徑流量/108m3 多年平均徑流量各年代平均01950 1955 I9601965 1970 1975 1980 1985 19901995 2000 2005年份各年代平均值①1950年代，?1960年代，①1970年代，①1980年代，◎1990年代，①62000年后，均值333x108m3均值281x108m3均值222x108m3均值307x108m3均值205x108m3均值324x108m3圖2淮干吳家渡徑流量逐年代變化1950年?2007年吳家渡站實測年徑流量逐年代變化見圖2。由圖可知，吳家渡多年實測平均徑流量277.13X108m3，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。通過對淮河安徽段干支流主要測站不同年代平均值的統(tǒng)計和對吳家渡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［1］。2、泥沙時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73?84%。淮河安徽段泥沙最大最小年倍比懸殊，年際變差較大。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、輸沙量按不同年代平均值進行統(tǒng)計，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3m量沙含］逐年平均含沙量-多年平均含沙量各年代平均19501955I960196519701975198019851990199520002005年份Q1950年代,Q各年代平均值3m量沙含］逐年平均含沙量-多年平均含沙量各年代平均19501955I960196519701975198019851990199520002005年份Q1950年代,Q1960年代,Q1970年代,Q1980年代,Q1990年代,Q2000年后,均值0.47kg/m3均值0.46kg/m3均值0.38kg/m3均值0.25kg/m3均值0.17kg/m3均值0.16kg/m3圖3吳家渡含沙量逐年代變化逐年輸沙量''_多年平均輸沙量一各年代平均沙輸圖4吳家渡輸沙量逐年代變化①1950年代，均值1578X104t（2）1960年代，均值1295X104t①1970年代，均值839X104t①1980年代，均值781X104t①52000年后，均值523X104t①1990年代，均值342X104t通過對淮河安徽段干支流主要測站不同年代含沙量及輸沙量資料平均值的統(tǒng)計和對吳家渡站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［1］。3、水面比降變化采用兩個典型年（2003年大洪水年和2005年中等洪水年）的水位資料對近期淮河干流安徽段王家壩?花園咀長河段水面比降的變化規(guī)律進行分析。選擇漲落影響較小,水位基本穩(wěn)定的時段以確定高、中水面比降。表12003、2005年王家壩?花園咀長河段水面比降比較（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0.220.090.180.23正陽關?蚌埠閘0.340.250.380.24蚌埠閘?浮山0.390.220.420.23浮山?花園咀0.390.200.400.20從表1可以看出王家壩?花園咀長河段水面比降有以下幾個特點：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0.2X10-4?0.4x10-4之間；第二、高、中水位（特別是高水）的水面比降，正陽關以下河段明顯大于以上河段，說明正陽關以下河道泄流能力

較低。表22003、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?正陽關王家壩?三河尖0.23三河尖?潤河集20.14潤河集?正陽關0.160.070.150.19正陽關?蚌埠閘正陽關?魯臺子0.270.240.300.33魯臺子?峽山口0.340.170.330.19峽山口?田家庵0.370.270.370.25田家庵?蚌埠閘0.340.270.420.25蚌埠閘?浮山蚌埠閘?吳家渡0.460.420.500.42吳家渡?臨淮關0.300.200.380.19臨淮關?五河0.450.210.420.23五河?浮山0.380.210.420.21浮山?花園咀浮山?小柳巷0.39小柳巷?花園咀0.420.230.460.23進一步分析短河段水面比降（表2）可以得出：正陽關以下河段中尤其以蚌埠閘?吳家渡、臨淮關?五河和小柳巷?花園咀三段比降偏大值尤為突出，阻水現(xiàn)象嚴重，應引起重視⑴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[2]。由表3可以看出，河道主槽平均寬度總體趨勢是沿程不斷增大，相對而言，正陽關以上灘地寬度沿程增加，正陽關以下灘地寬渡卻沿程減少。對比各段灘槽寬度比可以看出，潤河集至正陽關最大，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?正陽關正陽關?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2.532.590.820.560.22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，本段縱剖面為下凹型，總的趨勢是以浮山為轉折點，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，呈負比降。

橫斷面的寬深比通常采用平灘河相系數(shù)憶二，萬/H）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?魯臺子魯臺子?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)水文測站布置，采用輸沙量差法分三段計算河道沖淤。由于沿程各站泥沙測驗時間不一致，統(tǒng)一按1985年?2005年進行統(tǒng)計，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+年均沖刷量一（X104t）累計淤積量+累計沖刷量一（X104t）王家壩?魯臺子238.35005.2魯臺子?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?魯臺子段表現(xiàn)為淤積，魯臺子?吳家渡段和吳家渡?小柳巷段河道表現(xiàn)為沖刷。整個河段1985年?2005年21年間共淤積1757.7X104t，多年平均淤積83.7X104t。2、年際沖淤規(guī)律以魯臺子?吳家渡河段為例，采用輸沙量差法分析其年際沖淤變化趨勢，將逐年輸沙量差值按不同年代各年代平均值進行統(tǒng)計（正為淤積，負為沖刷），具體結果見圖6。由圖可知，該河段各年代平均淤積量逐年代遞減，至1980年已由淤轉沖，2000年后沖刷量最大，平均每年沖刷232.5X104t，見圖6。

圖6魯臺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）河段河段長度/km年份/年沖淤量/104m3年平均沖淤量/104m3a-1沖淤速度/cm?-】主槽灘地灘槽合計主槽灘地灘槽合計主槽灘地洪河口正陽關157.919711999-1221.76179.24957.5-43.6220.7177.1-1.332.04正陽關蚌埠閘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，淮河采砂船只不斷增多，濫采亂挖現(xiàn)象日趨嚴重。近期對中游局部河道進行加密測量發(fā)現(xiàn)人工采砂對河床變形的影響遠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，累計輸沙差值為沖刷898.7X104m3（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）。對比斷面法同時間段吳家渡?浮山河段下切總量5618X104皿3,見表7。輸沙法與斷面法計算的沖刷量差值4719.3X104m3即可認為是河段的人工采沙量。它相當于該河段輸沙總差值的5.3倍，人工采沙對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?方進口7.9281727305547378627836569-969-53-1022方進口?臨北進口12.960844855109397285515712442-1201-302-1503臨北進口?臨淮關9.2356731956762408831667255-52129-493臨淮關?臨北出口8.9299225955587351830106528-526-415-941臨北出口?香廟30.4106251005420679115301084922379-905-795-1700香廟?浮山25.584815981144628501592114422-206040吳家渡?浮山94.7345672941063977387073088769595-4140-1477-56182、橫向變形將魯臺子至新城口、蚌埠閘至浮山兩段近年來實測或設計斷面套繪在一起，從套繪的成果看，受人工采砂的影響，部分斷面在下切的同時，主槽有展寬的趨勢。典型斷面見圖7、3025Afl203025Afl20J ilm. h■I程15J咼102005年