淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術研究及示范

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

水災是我國最嚴重的自然災害，平均每年造成的損失高達800～1100 億元。由于受歷史上黃河長期奪淮及洪澤湖水位頂托的影響，淮河中游沿淮洼地是整個淮河流域及安徽省水災最為頻繁的地區，平均每年造成的損失達10 億元以上。該區域有耕地1000 萬畝，汛期常受淮河干流洪水頂托，加上區間洪澇水匯入、抗災能力低等因素，常形成“關門淹”，糧食產量波動大，受災人口多，水災年份平均糧食減產達8.3%，大水年份超過30%。沿淮洼地中，行蓄洪區面積占1/4，多數低標準行蓄洪區5—8年運用一次，遠高于全國其他流域蓄滯洪區運用頻率。水災嚴重制約了區域經濟社會的發展。長期以來，對如何定量分析淮河干流洪水的頂托效應、確定洼地水災風險等級評價技術，以及洼地治理如何從傳統治理模式向現代治理模式轉變等重大技術問題，缺少系統研究，國內外也沒有成功的先例可資借鑒。

淮河行蓄洪區和易澇洼地是淮河流域洪澇風險最大的地區，區內人口多、人水爭地現象嚴重，是淮河治理的難點，也是實現全面建設小康社會的瓶頸。為了探索淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術，并將這一技術推廣應用，中水淮河規劃設計研究有限公司會同安徽省水利水電勘測設計院和北京大學聯合申報了水利部公益性研究項目“淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術研究及示范”。

2 研究擬解決的關鍵技術問題及科學意義

淮河行蓄洪區和易澇洼地是國家糧食主產區和重要的能源基地。受自然和特殊的地理條件的影響，該區域不僅是整個淮河流域洪澇災害最為頻繁、人地關系最為復雜的地區，也是經濟發展水平較為落后的地區。水災防治不僅是整個淮河流域水災治理的重點和難點，也是我國治水難度最大的地區之一。因此，開展淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術研究，對有效減輕洪澇災害損失，保障國家糧食安全，促進區域經濟社會可持續發展，具有十分重要的意義。

根據淮河行蓄洪區和易澇洼地水資源利用、水環境保護、水生態建設及社會經濟發展對水災治理的新要求，迫切需要研究變化環境條件下的水災形成機理、水災風險評價體系、治理模式與治理技術。突出表現在：

（1）淮河易澇洼地分布范圍廣、面積大，類型多，澇災成因復雜，尤其是沿淮洼地干支流洪澇關系復雜，干流洪水對支流和易澇洼地的影響缺少科學的分析方法，需要進行研究，探尋洪澇水規律及致災原因。

（2）易澇洼地人水地矛盾突出，治理難度大，經濟社會發展也對水災防治提出了新的要求，亟需對已有的治理技術進行豐富和完善，提出行蓄洪區和低洼地綜合治理的模式和技術，在洪澇水高風險地區綜合治理的關鍵技術上取得突破。

（3）行蓄洪區和易澇洼地是水災高風險地區，需要建立適應本區域特點的水災風險等級劃分標準及水災風險評價體系和方法，為風險管理提供技術支撐。

（4）行蓄洪區洼地的運行狀況缺乏科學的評價方法，需要建立多角度、多方向定量與定性相結合的行蓄洪區洼地運行狀況評價指標體系和評價方法，對洪澇水高風險地區現狀情況做出診斷和評估。

通過本項研究，提出淮河行蓄洪區和易澇洼地綜合治理的模式和技術，在水災高風險地區綜合治理的關鍵技術上有所突破，引領水災防治的方向。通過采用本研究成果，實施綜合治理，可有效減輕行蓄洪區和易澇洼地的洪澇災害，為保障國家糧食安全和淮河防洪安全，促進區域經濟社會的發展做出貢獻。

3 研究思路與技術路線

淮河行蓄洪區和易澇洼地地勢低洼，外有洪水威脅，內受澇水困擾，常發生洪澇交織的狀況，行蓄洪區承擔著分洪與發展生產的雙重任務。本項目研究針對沿淮洼地亟待解決的問題和社會經濟發展要求，采用理論研究與實際應用相結合的辦法，遵循基礎信息收集—探討技術路徑—開展專題研究—提出研究成果—成果應用與總結的技術路線，對沿淮洼地的水災特性及成災機理開展研究，探尋洪澇水規律及致災原因；通過典型年水災調查，建立水災頻率與水災損失關系；尋找新方法定量分析淮河干流洪水對洼地的頂托效應；提出洼地水災風險等級判別標準，構建洼地水災風險評價體系；結合洼地治理實踐，提出洼地水災防治的新技術。通過以上關鍵技術的研究及應用，達到防災減災的目的（見圖1）。

4 主要研究成果

本研究圍繞淮河行蓄洪區和易澇洼地水災防治的關鍵技術問題，緊密結合生產實際需要，提出相關技術方案，取得豐碩成果。主要研究成果如下：

4.1 提出了頂托敏感系數法，定量分析頂托效應，揭示了洼地的水災特性和成災機理

首次提出了頂托敏感系數法，定量分析干流洪水對沿河洼地的頂托效應，在洪澇關系關鍵技術研究方面取得突破。頂托敏感系數（backwater sensitivity coefficient）是指下游水位每抬高1 個單位（一般以10cm 計）影響上游不能自排面積的增加值占全部澇區面積的百分數。計算公式：B=（ΔA/A）/ΔH×100%。

以淮河干流水位如何影響潁河下游兩岸洼地排澇為例，首先建立淮河正陽關水位與沙潁河兩岸洼地面積關系，然后逐次計算頂托敏感系數B。

分析表明，在淮河干流正陽關水位23.1～24.2m時，頂托敏感系數為30.0～43.2，顯示正陽關水位在該區間對潁河下游兩岸洼地頂托影響程度最大。此方法應用整個沿淮洼地，可指導淮河整治以及洪水調度降低干流水位的目標，優化工程布局和洪澇水調度方案，有效減少水災損失。

本次系統地研究了洼地水災分布、分類、災情特點，分析了不同類型洼地的水災特性和成災機理。通過對典型洼地洪澇災害損失調查分析，建立了沿淮洼地不同頻率澇水與澇災損失的關系，為水災治理標準和措施的確定提供了技術支撐。造成沿淮洼地水災嚴重的主要原因是降雨強度大和“關門淹”。

4.2 構建了沿淮洼地水災風險評價指標體系和方法，提出了行蓄洪區洼地風險等級劃分標準，為風險管理奠定基礎

基于沿淮洼地自然、社會經濟條件及抗災能力等風險暴露度，首次以指標體系的方式對沿淮洼地水災風險進行研究，從危險性和脆弱性兩個方面篩選指標，將社會經濟指標納入指標體系中。采用專家篩選指標和綜合分析法相結合的方法，對區域水災風險度進行了評價。研究選擇泥黑河洼地、高郵湖洼地、澥河洼地等10 片沿淮洼地進行水災風險度評價。研究結論對因地制宜地安排水災防治措施、開展風險管理具有指導意義。

對于行蓄洪區洼地的風險度，根據啟用標準、淹沒水深和淹沒歷時，提出了計算公式：R ＝10×φ×H/N。

式中，R 為風險度；H 為不同風險區淹沒平均水深；N 為運用標準，重現期，年；φ 為淹沒歷時修正系數，取1.0～1.3。依據計算成果，對行蓄洪區劃分風險等級。

研究結果表明，淮河中游行蓄洪區總體上均為重度風險區，但由于水深的不同，某一個行蓄洪區內又可分為重度、中度和輕度風險區三類（見圖2）。以城西湖為例，沿崗河以北片為重度風險區，沿崗河以南高程25m 以下地區為中度風險區，高程25m以上地區為輕度風險區。風險等級的劃分，可為行蓄洪區安全設施建設和群眾安置方式提供建設導向與布局，為風險管理奠定基礎。

4.3 構建了行蓄洪區運行狀況評價指標體系和方法，定量分析了行蓄洪區運用狀況，提出了行蓄洪區安全設施建設標準

基于典型行蓄洪區調查和水動力學模型，從防洪減災、經濟生產、社會發展、生態環境、政策管理等5 方面19 子項94 個因子對行蓄洪區運行狀況進行評估，建立了運行狀況評價體系和方法。研究表明，安全設施狀況、居住地安全、農業生產條件、土地利用等是制約行蓄洪區運行和發展的主要因素。研究評價方法系統科學、評價因子之多在國內外尚屬首次。

圖1 淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術研究示范圖

基于行蓄洪區洼地的風險度，本研究提出了不同風險區的安全設施建設導向和群眾安置方式。研究還提出了行蓄洪區洼地安全設施的建設標準。

4.4 提出了生態導向梯級治理模式，豐富完善了沿淮洼地水災防治技術體系

針對洼地傳統治理模式存在的不足，提出了生態導向梯級治理模式。該治理模式以水災風險分析為基礎，強調治理區域的生態功能，在防治措施的布局上，因地制宜地分區域豎向布置水災防治措施。其核心內容為“生態導向、蓄泄兼顧；保留水面、退墾還湖；梯級治理、調整結構；綜合治理、人水和諧”。以八里湖水災防治為例。八里湖洼地南北高，中間洼，坡洼地地面高程20～26.5m。高地澇水采用高水高排，低洼地采取調整種植結構，梯級開發。24.5m （約合10年一遇）以上地區，通過開挖高排溝，實施高水高排；24.5～23.5m（約合10～5年一遇）地區通過開挖排水溝、興建控制水閘，做到水災防治與水資源利用相結合，大力發展適宜農業；23.5～22m（約合5～3年一遇）地區宜種植水稻，22～21m（約合3～2年一遇）高程地區宜種植水杉、杞柳等耐水作物；21m 以下地區則保留水面。

4.5 發表了學術論文，培養了科技人才

圍繞本項研究共發表論文17 篇，其中國家級核心期刊7 篇，由中國水利水電出版社出版《淮河行蓄洪區和易澇洼地水災防治實踐與探索》專著1 部。結合本項目研究培養博士研究生1 名、碩士研究生2 名。

5 成果創新點

5.1 首次提出了頂托敏感系數法，定量分析洪水頂托效應

應用水動力數學模型，首次采用頂托敏感系數法定量分析干流水位對沿河洼地排澇的頂托效應，頂托敏感系數是指下游水位每抬高1 個單位（一般以10cm 計）影響上游不能自排面積的增加值占全部澇區面積的百分數B ＝（△A/A）/△H×100%。方法填補了在洪澇關系研究中定量分析頂托影響的空白，為科學制定干支流整治標準、優化干支流防汛調度提供了技術支撐。

5.2 提出了洼地水災風險等級評價技術，構建了洼地水災風險評價體系

首次采用防洪標準與淹沒水深兩因子的分析方法計算風險度R ＝10×φ×H/N，劃分洼地水災風險等級，從水災危險性和受體脆弱性（經濟脆弱性、社會脆弱性和承災能力）兩個方面構建了洼地水災風險評價體系，采用專家篩選指標和綜合分析法相結合的方法，對區域水災風險度進行了評價，為水災風險管理奠定了基礎。該創新點中風險等級評價技術被《蓄滯洪區設計規范》（GB50773-2012）采用。

5.3 提出了行蓄洪區洼地運行狀況評價技術方法，構建了評價指標體系

采用水動力學數學模型定量評價行蓄洪區洼地蓄、行干流洪水的運行狀況，以防洪減災、經濟生產、社會發展、生態環境、政策管理等五個方面19 子項94 個因子構建了行蓄洪區洼地運行狀況評價指標體系。首次多角度、多方向定量與定性相結合評價行蓄洪區洼地運行狀況，并提出安全建設標準，為2007年淮河洪水“泄、蓄、行”等科學調度和行蓄洪區洼地運用管理提供了技術支撐。該創新點中安全建設標準被《蓄滯洪區設計規范》（GB50773-2012）采用。

5.4 提出了基于風險分析的生態導向梯級治理模式與技術，完善了洼地水災防治技術體系

提出了生態導向梯級治理模式與技術，以風險分析為基礎，強調治理區域的生態功能，將水災防治與水資源利用、水生態保護與修復有機結合，分區域豎向布置水災防治措施，達到減災目的。提出了以工程措施、管理措施和生態措施相結合的水災防治技術體系，豐富完善了沿淮洼地水災治理理論和技術體系。該模式與技術為安徽省淮河流域洼地治理規劃設計提供了理論支持和技術指導。

6 成果獲獎及推廣應用情況

整合“淮河行蓄洪區和易澇洼地減災技術研究及示范”及參研單位多年對沿淮洼地研究成果，《沿淮洼地水災防治關鍵技術與應用》獲得淮河水利委員會2014年度科學技術一等獎、安徽省2014年度科學技術二等獎。研究成果已應用于《淮河流域重點平原洼地除澇規劃》和《淮河流域蓄滯洪區建設與管理規劃》的編制和相關工程的建設中，還推廣應用于長江、海河等流域的水災防治的工程實踐，部分成果被國家標準《蓄滯洪區設計規范》（GB50773-2012）引用，社會、經濟和環境效益顯著。研究成果可為類似區域水災防治提供重要的理論支持和科學指導，應用前景廣闊。

圖2 洼地水災風險等級圖

6.1 在流域防洪治澇規劃及工程建設中得到應用

本項目研究成果已應用于淮河流域水災防治規劃與建設中，發揮了顯著的防災減災效益。應用該成果編制的淮河流域平原洼地除澇規劃、安徽省淮河流域排澇規劃已分別經水利部和安徽省人民政府批準；研究成果應用于總投資12 億元的淮河流域重點平原洼地治理工程外資項目，已產生了顯著的經濟和社會效益；生態導向梯級治理模式及技術應用于西淝河、高塘湖等沿淮洼地治理的規劃與建設中，其中高塘湖治理采用該成果，較傳統模式治理節省投資1.2 億元。采用本項目研究成果，使工程規劃方案更加科學合理，工程措施布局更加完善；同時，縮短了前期工作論證時間，節省了前期論證費用。研究成果已應用于潁上縣八里河、鳳臺縣港河、永幸河等洼地治理實踐中，取得了良好的效果。

6.2 在流域洪水調度中得到應用

根據研究成果，對淮河洪澇水安排提供了技術支撐、提高了防汛調度方案的合理性；提出的洪澇水風險管理，使得居住在低洼地群眾能及早轉移，減輕洪澇災害損失。在2007年淮河、潁河等洪水調度中得到應用，減少了兩岸洼地的淹沒面積和水災損失。

6.3 研究成果被國家標準《蓄滯洪區設計規范》（GB50773-2012）引用

洼地風險等級評價技術、安全設施建設標準等研究成果被《蓄滯洪區設計規范》直接引用，有力推動了水利行業科技進步。

6.4 在長江流域洞庭湖區、海河流域等其他流域的蓄滯洪區規劃與建設中得到應用

本研究成果還可為類似地區的除澇綜合治理提供借鑒，對于全國其他流域的蓄滯洪區規劃建設，尤其是在全國治澇規劃建設，都將有很強的借鑒意義，推廣應用前景廣闊■