淮河流域地处南北气候过渡带,气候复杂,暴雨洪水频繁,平原广阔,地势低平,极易孕灾;历史上黄河夺淮,打乱水系,堵塞河道造成的影响难以消除。目前,淮河干流中游平槽泄量小、中小洪水泄洪不畅,高水位持续时间长;行蓄洪区使用频繁,人水争地矛盾突出,行洪效果差;沿淮及淮北平原受涝范围广,受灾几率高,淹没历时长,因洪致涝和"关门淹"现象严重。解决上述问题,需进一步整治淮河中下游河道,扩大中小洪水泄量,降低淮河干流和洪泽湖水位,扩大下游洪水出路。以往规划中曾研究过淮河干流河道疏浚、开挖引河、堤防退建等工程方案,但对涉及的关键技术问题尚未开展深入研究,如主槽泄量与造床流量相适应的河相关系如何确定?哪些河段可以进行疏浚?疏浚断面型式如何确定?河道疏浚规模与退堤堤距、开挖引河、行蓄洪使用等诸多因素之间的相互关系怎样确定?因此,有必要开展淮河中游水沙特性、河道特性、河床演变等河流内在规律的研究,确定中游整治方案,验证工程措施的可行性和合理性,为淮河进一步治理提供科学支撑。
课题以淮河干支流近60年实测水沙资料及历年实测地形资料为基础,基于河流动力学基本理论,采用现场勘查、原型观测与原型试验、长系列资料分析、河工模型试验、数学模型计算等方法和手段进行分析和计算,对淮河中游水沙特性、河湖演变、河道形态、河相关系、淮河干流整治方向与整治效果等方面的内容进行了深入研究,通过归纳和整理,得出量化指标和公式。取得的主要成果:(1)分析了60年来淮河中游径流量与输沙量的时空变化;(2)分段进行了输沙平衡和河道冲淤计算,得出河道段、入湖段和湖区段的冲淤规律,对冲淤成因进行了系统分析,并定量分析了人工采砂对河道演变的影响;(3)分析了来沙系数、洪水涨落过程、行蓄洪区使用等因素对河道冲淤的影响;(4)建立了淮河中游河道挟沙能力计算公式,并在河道冲淤计算中应用;(5)对水流和河床纵剖面特性、演变规律和成因进行了分析,建立了相应的关系式;(6)根据淮河中游存在的主要洪涝灾害问题,分析其背景和成因,提出了解决问题的思路和对策;(7)选用蚌埠段作为典型河段,采用实体模型试验、原型观测和数学模型反演等多种手段和方法相结合,研究提出的整治工程平面布置和断面型式直接应用于本河段整治,扩大了河道弯曲半径,理顺了河势,经2003和2007年洪水原型观测资料对比分析,该河段整治后泄量增加,河道稳定,达到了预期的工程效果。
成果的先进性及创新点:
(1)基于河床演变基本原理,对淮河中游河型进行分类,通过分析不同河型形态与水力参数之间的关系以及河床纵剖面特性和演变趋势,首次建立了中游河道纵向河相关系和水流纵剖面关系公式以及造床流量和特征流量之间的响应关系。
(2)首次建立了淮河中游河道水流挟沙力计算公式。系统分析了1950~2005年洪泽湖淤积量及入湖河段淤积量、中游各河段冲淤成因,以及行蓄洪区使用、来沙系数及洪水涨落等因素对中游河道冲淤的影响;定量分析了人工采砂对河床演变的影响。
(3)基于对河床演变规律的揭示,针对不同河段的河道特性,分别提出了合理调整行蓄洪区、适当扩大河槽泄量和下游洪水出路等整治工程措施。通过实体模型试验、原型观测和试验以及数学模型计算,研究蚌埠段整治方案,分析已实施的不同整治方案的效果,提出优化方案。