關(guān)于淮河實(shí)體模型在進(jìn)一步治淮中應(yīng)用的思考

錢傲然 彭得勝 張繼群 金 鑫

關(guān)于淮河實(shí)體模型在進(jìn)一步治淮中應(yīng)用的思考

錢傲然 彭得勝 張繼群 金 鑫

淮河實(shí)體模型作為治淮重大技術(shù)問題研究平臺，其建設(shè)任務(wù)已全面完成。本文描述了已建成的淮河實(shí)體模型現(xiàn)狀和開展的研究項(xiàng)目，對模型在防洪調(diào)度、澇災(zāi)問題研究、工程規(guī)劃、水資源調(diào)度、水污染防治和治理、河槽整治以及行蓄洪區(qū)調(diào)整等方面開展試驗(yàn)研究作了分析探討，并就如何發(fā)揮淮河實(shí)體模型的投資效益，更好地服務(wù)于治淮事業(yè)，淮河實(shí)體模型在進(jìn)一步治淮中的應(yīng)用問題提出對策。

一、淮河實(shí)體模型現(xiàn)狀

淮河實(shí)體模型基地位于安徽省合肥市三十崗鄉(xiāng)，占地100畝。基地內(nèi)主要布置有模型試驗(yàn)大廳和試驗(yàn)控制專家宿舍樓。淮河實(shí)體模型布設(shè)于模型試驗(yàn)大廳內(nèi)。

淮河實(shí)體模型研究河段為淮河干流正陽關(guān)至渦河口，模擬河段全長約144.5km，模型水平比尺為1∶300，垂直比尺為1∶60，模型范圍淮河以北以淮北大堤為界，淮河以南以27.0m高程或相應(yīng)城市圈堤、防洪堤為界，邊界內(nèi)淮河兩側(cè)所有行洪區(qū)與生產(chǎn)圩均在模擬范圍內(nèi)。河段主要入?yún)R支流包括潁河、東淝河、茨淮新河、渦河等4條支流，行洪區(qū)包括壽西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、石姚段、湯漁湖、荊山湖、洛河洼等8個行洪區(qū)以及東淝閘右圩、靠山圩、老婆家圩等多個生產(chǎn)圩。

模型配備了新型往復(fù)探測式精密水位儀、數(shù)字化量水堰、三維聲學(xué)流速儀、DPIV流速測量系統(tǒng)等目前最先進(jìn)精確的數(shù)據(jù)測量儀器，并研制了專門服務(wù)于實(shí)體模型的自動測控系統(tǒng)軟件平臺，為模型試驗(yàn)的精確性提供了保障。

模型驗(yàn)證采用了2003年、2005年、2007年和2008年洪水過程。實(shí)際運(yùn)用時可根據(jù)最新實(shí)測地形資料及試驗(yàn)需要進(jìn)行修改。

二、已開展的研究項(xiàng)目

在模型研制期間，開展了模擬關(guān)鍵技術(shù)研究，主要包括：變態(tài)模型口門泄流模擬技術(shù)研究；變態(tài)模型閘堰泄流模擬技術(shù)研究；模型主要入流、出流邊界控制條件研究；糙率模擬技術(shù)研究；復(fù)雜邊界條件下非恒定流試驗(yàn)測控技術(shù)研究等。

目前，正在開展的研究項(xiàng)目是淮河正渦段行洪區(qū)運(yùn)用對淮河干流水位影響的試驗(yàn)研究，主要研究內(nèi)容為現(xiàn)狀河道條件下實(shí)際泄洪能力、中等洪水（不開啟行洪區(qū)）河道泄洪能力、壽西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、石姚段、湯漁湖、洛河洼、荊山湖等行洪區(qū)單獨(dú)行洪流量對干流水位的影響、多個行洪區(qū)不同組合同時運(yùn)用工況對干流水位的影響、行洪區(qū)行洪流量及行洪水位的合理組合、淮河干流河道糙率試驗(yàn)等。

三、在進(jìn)一步治淮中的應(yīng)用的思考

目前，淮河實(shí)體模型應(yīng)用前景較好，可在防洪調(diào)度、澇災(zāi)問題研究、工程規(guī)劃、水資源調(diào)度、水污染防治和治理、河槽整治以及行蓄洪區(qū)調(diào)整等方面開展試驗(yàn)研究，具體如下：

1.防洪調(diào)度方面

治淮19項(xiàng)骨干工程和60多年來已建的其他治淮工程，初步構(gòu)建了淮河流域防洪除澇減災(zāi)體系，防洪能力顯著增強(qiáng)，但淮河防洪工程體系、河道特性等發(fā)生了較大變化，需要對此開展相關(guān)研究，為防洪調(diào)度提供技術(shù)支持。可利用淮河實(shí)體模型開展以下研究：

（1）根據(jù)現(xiàn)有防洪工程和非工程體系的作用，研究淮河中游設(shè)計(jì)洪水以及其他不同量級洪水工況下，本河段茨淮新河、懷洪新河與行蓄洪區(qū)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用方式。為淮河洪水實(shí)時調(diào)度提供優(yōu)選方案，為汛期洪水預(yù)測及防汛抗洪工作提供技術(shù)支持。

（2）研究在淮河發(fā)生大洪水時，淮河干流、茨淮新河、懷洪新河以及淮北大堤保護(hù)區(qū)分片防守綜合調(diào)度的洪水防御預(yù)案。

（3）進(jìn)行現(xiàn)狀地形條件下蚌埠以上河段遭遇“1954年型”和“2003年型”、“2007年型”淮河大洪水時的洪水演進(jìn)特性實(shí)體模型試驗(yàn)研究，分析實(shí)際泄洪能力，傳播時間，運(yùn)用或不運(yùn)用行蓄洪區(qū)時,各站試驗(yàn)洪峰水位與實(shí)際洪水對比。

（4）分析研究治淮19項(xiàng)骨干工程建設(shè)發(fā)揮的防洪效果。

（5）分析研究淮河干流正陽關(guān)至渦河口段河道整治及堤防加固工程建成前后，排洪能力對比。

（6）分析研究行蓄洪區(qū)進(jìn)退洪閘建設(shè)，對快速降低淮河干流水位，保障淮北大堤安全效果及影響。

2.澇災(zāi)問題研究方面

淮河流域平原寬廣，地勢低平，暴雨頻繁，沿河地面高程多在常遇洪水位以下，洼地、支流自排條件差，抽排能力低，澇災(zāi)問題突出，在歷年洪澇災(zāi)害成災(zāi)面積中，有三分之二是由澇災(zāi)造成的。通過淮河實(shí)體模型可以對治理澇災(zāi)的重大工程措施進(jìn)行效果預(yù)測、評估，對排澇方案進(jìn)行比選優(yōu)化，從而提高治理決策的科學(xué)水平。可利用淮河實(shí)體模型研究以下問題：

（1）重演2003和2007年洪水過程，分析正陽關(guān)至渦河口沿線洪水壅積難下、高水位時間長的原因，為提高沿淮洼地的排澇標(biāo)準(zhǔn)，減少“關(guān)門淹”的歷時提供方法和依據(jù)。

（2）研究正陽關(guān)至渦河口河段沿淮洼地的各種除澇方案。對各種河道疏浚開挖、退墾還湖以及堤防整治等治理措施進(jìn)行研究，為提高本段沿淮洼地排澇標(biāo)準(zhǔn)提夠優(yōu)選方案，節(jié)省建設(shè)工程量和運(yùn)行費(fèi)用。

3.工程規(guī)劃方面

目前，國家正處在全面建成小康社會的攻堅(jiān)階段，淮河防洪也應(yīng)服務(wù)于民生發(fā)展，也應(yīng)從全力防控洪水向防洪、除澇并舉方向轉(zhuǎn)變。這樣，沿淮高標(biāo)準(zhǔn)大容量排灌結(jié)合的泵站建設(shè)應(yīng)是選項(xiàng)之一。然而，大規(guī)模強(qiáng)排必然增加主要河道的防洪壓力。因此，基于淮河實(shí)體模型，研究洪水與澇水相互影響中的一些科學(xué)問題，對于提高流域綜合管理能力和水平是十分重要的。結(jié)合淮河實(shí)體模型，可開展以下方面的研究：

（1）沿淮泵站空間布局和容量選擇優(yōu)化。

（2）沿淮排澇對行蓄洪區(qū)管理策略的影響。

（3）沿淮排澇對主河槽洪水波、沖淤關(guān)系的影響。

（4）沿淮排澇對淮河堤防安全性的影響。

（5）沿淮排澇對淮河洪水調(diào)度規(guī)則的影響。

4.水資源調(diào)度方面

流域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提升，對水資源供給在質(zhì)和量方面都提出了新的要求。當(dāng)前階段，淮河中游供水水源復(fù)雜，有地表水、地下水，還有南水北調(diào)東線水源，將來還有引江濟(jì)淮水源，臨淮崗水資源綜合利用工程。供水目標(biāo)包括農(nóng)業(yè)、工礦、農(nóng)村、城鎮(zhèn)等。對于這樣復(fù)雜的大尺度、多水源、多目標(biāo)的水資源配置系統(tǒng)，要充分發(fā)揮水資源的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。按照新時期治水思路，從山水林田湖的整體角度，充分發(fā)揮淮河實(shí)體模型不可替代的優(yōu)勢，深入研究淮河流域存在問題，找出解決水資源綜合規(guī)劃、水資源保護(hù)規(guī)劃問題關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和技術(shù)方案，為建設(shè)海綿流域，實(shí)現(xiàn)中國夢提供必須的技術(shù)咨詢。因此結(jié)合淮河實(shí)體模型，可進(jìn)行以下方面的研究：

（1）淮河干流、沙潁河、渦河水量分配與水量調(diào)度敏感性及關(guān)鍵問題研究。進(jìn)一步驗(yàn)證淮河、沙潁河、渦河水量分配的合理性、水量調(diào)度方案關(guān)鍵措施及主要控制目標(biāo)設(shè)置的可行性，從而進(jìn)一步完善落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度實(shí)施的科學(xué)性。

（2）淮河中游地表水地下水動力學(xué)聯(lián)系的規(guī)律。

（3）淮河中游地表水地下水外調(diào)水聯(lián)合調(diào)度方法和關(guān)鍵技術(shù)。

（4）淮河中游水資源承載能力時空變化趨勢等。

5.水污染防治和治理方面

保護(hù)淮河生態(tài)環(huán)境，是流域綜合治理的最為重要的任務(wù)。無論是洪水期，還是枯水期，了解流域水質(zhì)狀況，預(yù)判水質(zhì)變化時空變化趨勢，都是防污調(diào)度的基礎(chǔ)。因此，基于淮河實(shí)體模型，開展關(guān)于防污調(diào)度方面的關(guān)鍵技術(shù)研究十分必要。

淮河實(shí)體模型在水資源保護(hù)方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在研究污染物在水體擴(kuò)散規(guī)律。因此，利用淮河實(shí)體模型重點(diǎn)是研究污染物的擴(kuò)散，尤其是研究沙潁河、渦河等支流污染水體下泄進(jìn)入淮河干流后的擴(kuò)散走向，為保護(hù)下游重要水源地提供重要依據(jù)。利用淮河實(shí)體模型，可開展以下研究：

（1）不同流量條件下（尤其是小流量情況下）污染物在水體中的遷移速度。

（2）支流污染物進(jìn)入淮河干流后在水體中的擴(kuò)散規(guī)律。

6.河槽整治方面

淮河干流河槽整治工程要研究的工程措施眾多、方案復(fù)雜，有退堤、河道疏浚、開挖引河、開辟分洪道和行蓄洪區(qū)調(diào)整等，方案間存在相互交錯和影響，而河道的水流情況又十分復(fù)雜。因此，可利用實(shí)體模型研究以下問題：

（1）研究滿足泄洪、排澇要求的河槽斷面規(guī)模、型態(tài)，研究合理的灘槽泄量分配比例和河道整體斷面型式。

（2）重演2003年、2007年洪水過程，分析研究現(xiàn)狀淮干正陽關(guān)、蚌埠及沿線洪水壅積難下、高水位時間長的原因，研究提高河槽行洪能力的各種措施，為今后長期保持淮干行洪能力提供方法和依據(jù)。

（3）已有的淮河干流河床演變分析成果是在1971年、1983年、1992年以及2001年（蚌埠至老子山）實(shí)測大斷面資料的基礎(chǔ)上完成的。經(jīng)過2003年、2007年流域性大洪水以及2005年局部性洪水的沖淤，河道采砂、堤防退建、河道疏浚、港口碼頭及橋梁修筑等自然和人為因素影響，河道和堤防的地形地貌已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。因此，可通過2013年的實(shí)測資料進(jìn)行淮河干流近期河床演變分析與整治效果分析。

7.行蓄洪區(qū)調(diào)整研究方面

行蓄洪區(qū)是流域防洪除澇減災(zāi)的重要措施，其蓄泄能力是淮河設(shè)計(jì)防洪能力的重要組成部分，行蓄洪區(qū)在防洪體系中起到分洪削峰、有效降低河道洪水位、減輕上下游河段防洪壓力的重要作用。但一方面由于行蓄洪區(qū)啟用標(biāo)準(zhǔn)低，進(jìn)洪頻繁，洪澇災(zāi)損失很大，嚴(yán)重制約區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；另一方面，行蓄洪區(qū)實(shí)際運(yùn)用時行蓄洪難以及時啟用，而且由于缺少控制設(shè)施，多以潰堤或炸口方式進(jìn)洪，實(shí)際行洪效果很差。在行蓄洪區(qū)調(diào)整的同時，加強(qiáng)行蓄洪區(qū)建設(shè)和管理，保障環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。可利用淮河實(shí)體模型開展以下研究：

（1）通過模型試驗(yàn)，分析現(xiàn)狀行蓄洪區(qū)的實(shí)際過流能力，結(jié)合淮干退堤、切灘、疏浚等整治工程實(shí)施后校驗(yàn)增大后河道的泄洪能力，為沿淮行蓄洪區(qū)布局的調(diào)整及改造提供科學(xué)依據(jù)。

（2）按照行蓄洪區(qū)調(diào)整規(guī)劃目標(biāo)，將部分庫容較大、參與河道行洪作用大的行洪區(qū)改建為有閘門控制的行洪區(qū)，新建進(jìn)、退水閘，提高進(jìn)洪標(biāo)準(zhǔn)，同時將行蓄洪區(qū)范圍內(nèi)的人口進(jìn)行遷移安置，行蓄洪區(qū)范圍的房屋、附屬設(shè)施和其他阻水設(shè)施將大為減少。通過實(shí)體模型試驗(yàn)優(yōu)化進(jìn)、退洪設(shè)施布置，驗(yàn)證分析改造后蓄洪、行洪的實(shí)際效果。

（3）通過實(shí)體模型試驗(yàn)，驗(yàn)證行蓄洪區(qū)現(xiàn)狀啟用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)狀和改造后的行蓄洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用方案。

四、幾點(diǎn)建議

1.加強(qiáng)基地建設(shè)，完善試驗(yàn)功能

模型基地現(xiàn)有正陽關(guān)至渦河口段實(shí)體模型，功能還不夠完善。為了更好地發(fā)揮淮河模型基地的使用功能，進(jìn)一步提升淮河模型基地的綜合利用效能，為科學(xué)治淮提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，應(yīng)盡快豐富模型基地綜合實(shí)驗(yàn)室設(shè)施，增加試驗(yàn)設(shè)備。

2.加強(qiáng)人才培養(yǎng)，開展技術(shù)合作

發(fā)展中心作為淮河模型基地的運(yùn)行管理單位，為更好地服務(wù)治淮事業(yè)，人才實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍仍需要進(jìn)一步加強(qiáng)壯大。

通過與委內(nèi)兄弟單位以及科研院所和大專院校建立合作關(guān)系，使其成為淮河模型基地的人才和技術(shù)支撐，并將淮河模型基地建成為研究治淮重大技術(shù)問題研究的試驗(yàn)平臺，吸引其來進(jìn)行科學(xué)研究，為科學(xué)治淮提供強(qiáng)有力的幫助。

淮河模型基地后期可酌情向合肥市開放，作為水環(huán)境治理的科普教育基地，為提高公民愛水節(jié)水護(hù)水意識做積極宣傳。

3.落實(shí)運(yùn)維經(jīng)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)

淮河模型基地作為淮河流域重點(diǎn)平原洼地治理項(xiàng)目中重要的非工程措施，運(yùn)行管理與維護(hù)經(jīng)費(fèi)若能落實(shí)，將充分發(fā)揮其設(shè)計(jì)功能，與淮河流域重點(diǎn)平原洼地治理項(xiàng)目中的工程措施一道發(fā)揮效益，降低淮河流域低洼地區(qū)的洪澇災(zāi)害損失

（作者單位：淮河水利委員會233001）