淮河安徽段河道特性及河床演变

淮河安徽段河道特性及河床演变收稿日期：2011－**-收稿日期：2011－**-**基金项目：水利部现代水利科技创新项目“淮河干流河相关系和整治方向研究”(XDS2007—1)作者简介：虞邦义，(1962－)男，安徽宿松人，博士，教授级高工，主要从事水力学及河流动力学研究虞邦义倪晋安徽省•水利部淮委水利科学研究院安徽省水利水资源重点实验室摘要：淮河安徽段历来是淮河治理的重点和难点。本文根据多年实测资料，分析了本段的来水来沙特性；从平面形态、纵剖面形态，断面形态三个方面，分析了本段的河道基本特性采用输沙量差法和断面法分析了本段河道冲淤规律；利用近期局部河段实测断面资料，初步分析了人工采砂对河床演变的影响，为加强淮河安徽段的河道管理提供了参考。关键词：淮河安徽段，河道特性，河床演变一、基本情况淮河发源于河南桐柏山，流经豫、皖、苏三省，全长1000km，流域面积18.7X104km2。淮河干流洪河口以上为上游，洪河口至洪泽湖出口中渡为中游，中渡以下至三江营为下游入江水道。淮河安徽段，处于淮河中游，上自豫、皖交界的洪河口起，下至皖、苏交界的洪山头止，河道长度428km，流域面积6.7X104km2。淮河主要支流均在本段汇入干流，南岸主要支流史灌河及淠河均发源于山区或丘陵区，源短流急，其流域面积在6000~7000km2之间；北岸沙颍河为最大的支流，流域面积约3.7X104km2，其它较大的支流还有洪汝河，涡河，其流域面积大于lX104km2。行蓄洪区是淮河防洪体系的重要组成部分，起着蓄滞和分泄洪水的作用。淮河干流安徽段沿程现有行蓄洪区20处，其中蓄洪区4处,总面积1853km2；行洪区16处,总面积1142km2。淮河安徽段河势及行蓄洪区位置如图1所示。茨1T浜淮河新新问洪淨湖董坝坊宜县油河河塑4北鼠山茨1T浜淮河新新问洪淨湖董坝坊宜县油河河塑4北鼠山Ft西t湖'*5图1淮河安徽段河势及行蓄洪区位置示意二、来水来沙特性二、来水来沙特性1、径流时空分布从来水量的空间分布来看，北部主要支流洪汝河、沙颍河、涡河各入淮控制站以上集水面积总和占吴家渡以上集水面积的51％，径流量总和占吴家渡径流量的29％；南部主要支流史灌河，淠河各入淮控制站以上集水面积总和占吴家渡以上集水面积的8％，径流量总和占吴家渡径流量的20％。淮河安徽段南北主要支流集水面积相差43％，径流量只相差9％。从径流量的沿程变化来看，从王家坝〜鲁台子140km的河段内，集水面积增加了5.8x104km2,占吴家渡以上的47.8%，径流量增加115.07x108m3,占吴家渡径流总量的44%。中游来水主要集中在正阳关附近入淮,故有“七十二水通正阳”之说。淮河安徽段径流量的年内分配极不均匀，汛期径流量约占年总量的56%〜70%，淮北支流的集中程度高于淮南支流。径流量最大与最小年倍比十分悬殊，年径流变差系数较大，一般在0.55〜0.86之间，并呈现自南向北递增，平原大于山区的规律。逐年径流量径流量/108m3 多年平均径流量逐年径流量径流量/108m3 多年平均径流量各年代平均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图2淮干吴家渡径流量逐年代变化1950年〜2007年吴家渡站实测年径流量逐年代变化见图2。由图可知，吴家渡多年实测平均径流量277.13X108m3，各年代平均径流量由大到小的排序依次为1950年代、2000年后、1980年代、1960年代、1970年代、1990年代。通过对淮河安徽段干支流主要测站不同年代平均值的统计和对吴家渡1950年〜2007年径流量资料的指数平滑和聚类分析均得出：淮河安徽段径流量无明显增加或减少的趋势［1］。2、泥沙时空分布从来沙量的空间分布来看，上游息县来沙占吴家渡来沙的31%；北部主要支流，洪汝河、沙颍河、涡河来沙总量占吴家渡来沙69%；南部主要支流史灌河来沙占吴家渡来沙10%。淮河安徽段南北支流输沙量差别较大，本段泥沙主要来源于淮北支流，其次是淮河干流上游。输沙量的年内分配过程与径流量大体一致，但较径流量更为集中。汛期输沙量约占年总量的73〜84%。淮河安徽段泥沙最大最小年倍比悬殊，年际变差较大。吴家渡最大最小年的比值为156倍，变差系数为0.75。将吴家渡站1950年〜2007年含沙量、输沙量按不同年代平均值进行统计，见图3和图4。从图中可以看出，吴家渡站含沙量逐年代减少；输沙量从1950年代〜1990年代逐年代减少，而2000年后由于水量较丰，输沙量比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图3吴家渡含沙量逐年代变化逐年输沙量''_多年平均输沙量一各年代平均沙输图4吴家渡输沙量逐年代变化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通过对淮河安徽段干支流主要测站不同年代含沙量及输沙量资料平均值的统计和对吴家渡站1950年〜2007年含沙量及输沙量资料的指数平滑和聚类分析均得出：淮河安徽段泥沙呈逐渐减少的趋势［1］。3、水面比降变化采用两个典型年（2003年大洪水年和2005年中等洪水年）的水位资料对近期淮河干流安徽段王家坝〜花园咀长河段水面比降的变化规律进行分析。选择涨落影响较小,水位基本稳定的时段以确定高、中水面比降。表12003、2005年王家坝〜花园咀长河段水面比降比较（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日王家坝〜正阳关0.220.090.180.23正阳关〜蚌埠闸0.340.250.380.24蚌埠闸〜浮山0.390.220.420.23浮山〜花园咀0.390.200.400.20从表1可以看出王家坝〜花园咀长河段水面比降有以下几个特点：第一、淮河干流安徽段高、中水位的水面比降比较平缓，一般在0.2X10-4〜0.4x10-4之间；第二、高、中水位（特别是高水）的水面比降，正阳关以下河段明显大于以上河段，说明正阳关以下河道泄流能力

较低。表22003、2005年王家坝〜三河闸短河段水面比降比较（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日王家坝〜正阳关王家坝〜三河尖0.23三河尖〜润河集20.14润河集〜正阳关0.160.070.150.19正阳关〜蚌埠闸正阳关〜鲁台子0.270.240.300.33鲁台子〜峡山口0.340.170.330.19峡山口〜田家庵0.370.270.370.25田家庵〜蚌埠闸0.340.270.420.25蚌埠闸〜浮山蚌埠闸〜吴家渡0.460.420.500.42吴家渡〜临淮关0.300.200.380.19临淮关〜五河0.450.210.420.23五河〜浮山0.380.210.420.21浮山〜花园咀浮山〜小柳巷0.39小柳巷〜花园咀0.420.230.460.23进一步分析短河段水面比降（表2）可以得出：正阳关以下河段中尤其以蚌埠闸〜吴家渡、临淮关〜五河和小柳巷〜花园咀三段比降偏大值尤为突出，阻水现象严重，应引起重视⑴三、河道基本特性1、平面形态淮河干流安徽段以顺直微弯河型和弯曲河型为[2]。由表3可以看出，河道主槽平均宽度总体趋势是沿程不断增大，相对而言，正阳关以上滩地宽度沿程增加，正阳关以下滩地宽渡却沿程减少。对比各段滩槽宽度比可以看出，润河集至正阳关最大，浮山至洪山头最小，两者相差近12倍。表3淮干平均滩槽宽度 （单位:m）河段参数 〜洪河口〜润河集润河集〜正阳关正阳关〜蚌埠闸蚌埠闸〜浮山浮山〜洪山头主槽宽241.7292.5401.5519.4721.8左滩宽263.8491.0135.9151.988.9右滩宽348.5266.7191.6140.972.6总滩宽612.3757.7327.5292.8161.5滩槽宽度比2.532.590.820.560.22总河宽854.01050.2729.0812.2883.32、纵剖面形态从1992年淮干中游深泓纵剖面（图5）可以看出，本段纵剖面为下凹型，总的趋势是以浮山为转折点，洪河口至浮山段，平均深泓沿程降低，呈正比降；浮山至洪山头，平均深泓沿程增大，呈负比降。

横断面的宽深比通常采用平滩河相系数忆二，万/H）来反映，从表4可以看出，淮河干流安徽段平滩河相系数沿程变化范围较小，河段平均值约为3.14,浮山以上相对窄深，浮山以下较为宽浅。表4平滩河相系数平均值河段洪河口〜润河集润河集〜鲁台子鲁台子〜蚌埠闸蚌埠闸〜浮山浮山〜洪山头河相系数2.982.842.833.095.13四、河道冲淤规律1、沿程冲淤规律根据水文测站布置，采用输沙量差法分三段计算河道冲淤。由于沿程各站泥沙测验时间不一致，统一按1985年〜2005年进行统计，以便于同比分析。表5淮河中游各段沿程冲淤变化（1985年〜2005年）河段年均淤积量+年均冲刷量一（X104t）累计淤积量+累计冲刷量一（X104t）王家坝〜鲁台子238.35005.2鲁台子〜吴家渡-138.2-2903.1吴家渡〜小柳巷-16.4-344.4从表5可以看出，淮河干流安徽段三段河道中:王家坝〜鲁台子段表现为淤积，鲁台子〜吴家渡段和吴家渡〜小柳巷段河道表现为冲刷。整个河段1985年〜2005年21年间共淤积1757.7X104t，多年平均淤积83.7X104t。2、年际冲淤规律以鲁台子〜吴家渡河段为例，采用输沙量差法分析其年际冲淤变化趋势，将逐年输沙量差值按不同年代各年代平均值进行统计（正为淤积，负为冲刷），具体结果见图6。由图可知，该河段各年代平均淤积量逐年代递减，至1980年已由淤转冲，2000年后冲刷量最大，平均每年冲刷232.5X104t，见图6。

图6鲁台子站至吴家渡站河段输沙量差值与各年代平均值3、滩槽冲淤规律采用断面法分析分三段分析1971年〜1999（2001）年间淮河干流安徽段主槽和滩地的冲淤的分布，具体见表6。由表可知，淮河干流安徽段主槽微冲，滩地微淤，滩槽冲淤相抵，整体呈微冲状态。表6淮河中游各段沿程冲淤变化（1985年〜2005年）河段河段长度/km年份/年冲淤量/104m3年平均冲淤量/104m3a-1冲淤速度/cm•-】主槽滩地滩槽合计主槽滩地滩槽合计主槽滩地洪河口正阳关157.919711999-1221.76179.24957.5-43.6220.7177.1-1.332.04正阳关蚌埠闸131.519711999-7045.82169.3-4876.5-251.677.5-174.1-5.211.54蚌埠闸洪山头144.719712001-4789.51297.2-3492.3-159.743.3-116.4-2.150.92五、人工采砂对河床演变的影响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规模，2000年以后，淮河采砂船只不断增多，滥采乱挖现象日趋严重。近期对中游局部河道进行加密测量发现人工采砂对河床变形的影响远大于自然演变的影响，已带来一系列的问题。1、纵向变形根据吴家渡站和小柳巷站2001年〜2008年各年的输沙量以及输沙差值，累计输沙差值为冲刷898.7X104m3（由于小柳巷站位于浮山以下7km，这7km河段冲淤变化较小，因此可认为吴家渡〜小柳巷河段的输沙总差值即为吴家渡〜浮山间的输沙总差值）。对比断面法同时间段吴家渡〜浮山河段下切总量5618X104皿3,见表7。输沙法与断面法计算的冲刷量差值4719.3X104m3即可认为是河段的人工采沙量。它相当于该河段输沙总差值的5.3倍，人工采沙对河道的影响已大大超出河道的自然演变。上述分析表明淮河中游河道自然演变比较缓慢，人工采沙使得局部河段河床下切剧烈。

表7断面法计算的蚌埠闸〜浮山河段容积和冲淤量/104m3（+为淤，-为冲）河段河段长度/km2001年河段容积2008年河段容积河段下切量主槽滩地滩槽总体主槽滩地滩槽总体主槽滩地滩槽总体蚌埠闸〜小蚌埠4.6163821683806185621554011-21813-205小蚌埠河段3.0101411902204105111452196-37458吴家渡〜方进口7.9281727305547378627836569-969-53-1022方进口〜临北进口12.960844855109397285515712442-1201-302-1503临北进口〜临淮关9.2356731956762408831667255-52129-493临淮关〜临北出口8.9299225955587351830106528-526-415-941临北出口〜香庙30.4106251005420679115301084922379-905-795-1700香庙〜浮山25.584815981144628501592114422-206040吴家渡〜浮山94.7345672941063977387073088769595-4140-1477-56182、横向变形将鲁台子至新城口、蚌埠闸至浮山两段近年来实测或设计断面套绘在一起，从套绘的成果看，受人工采砂的影响，部分断面在下切的同时，主槽有展宽的趋势。典型断面见图7、3025Afl203025Afl20J ilm. h■I程15J咼102005年