淮河流域地處南北氣候過(guò)渡帶,氣候復(fù)雜,暴雨洪水頻繁,平原廣闊,地勢(shì)低平,極易孕災(zāi);歷史上黃河奪淮,打亂水系,堵塞河道造成的影響難以消除。目前,淮河干流中游平槽泄量小、中小洪水泄洪不暢,高水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng);行蓄洪區(qū)使用頻繁,人水爭(zhēng)地矛盾突出,行洪效果差;沿淮及淮北平原受澇范圍廣,受災(zāi)幾率高,淹沒(méi)歷時(shí)長(zhǎng),因洪致澇和"關(guān)門(mén)淹"現(xiàn)象嚴(yán)重。解決上述問(wèn)題,需進(jìn)一步整治淮河中下游河道,擴(kuò)大中小洪水泄量,降低淮河干流和洪澤湖水位,擴(kuò)大下游洪水出路。以往規(guī)劃中曾研究過(guò)淮河干流河道疏浚、開(kāi)挖引河、堤防退建等工程方案,但對(duì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題尚未開(kāi)展深入研究,如主槽泄量與造床流量相適應(yīng)的河相關(guān)系如何確定?哪些河段可以進(jìn)行疏浚?疏浚斷面型式如何確定?河道疏浚規(guī)模與退堤堤距、開(kāi)挖引河、行蓄洪使用等諸多因素之間的相互關(guān)系怎樣確定?因此,有必要開(kāi)展淮河中游水沙特性、河道特性、河床演變等河流內(nèi)在規(guī)律的研究,確定中游整治方案,驗(yàn)證工程措施的可行性和合理性,為淮河進(jìn)一步治理提供科學(xué)支撐。
課題以淮河干支流近60年實(shí)測(cè)水沙資料及歷年實(shí)測(cè)地形資料為基礎(chǔ),基于河流動(dòng)力學(xué)基本理論,采用現(xiàn)場(chǎng)勘查、原型觀測(cè)與原型試驗(yàn)、長(zhǎng)系列資料分析、河工模型試驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型計(jì)算等方法和手段進(jìn)行分析和計(jì)算,對(duì)淮河中游水沙特性、河湖演變、河道形態(tài)、河相關(guān)系、淮河干流整治方向與整治效果等方面的內(nèi)容進(jìn)行了深入研究,通過(guò)歸納和整理,得出量化指標(biāo)和公式。取得的主要成果:(1)分析了60年來(lái)淮河中游徑流量與輸沙量的時(shí)空變化;(2)分段進(jìn)行了輸沙平衡和河道沖淤計(jì)算,得出河道段、入湖段和湖區(qū)段的沖淤規(guī)律,對(duì)沖淤成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并定量分析了人工采砂對(duì)河道演變的影響;(3)分析了來(lái)沙系數(shù)、洪水漲落過(guò)程、行蓄洪區(qū)使用等因素對(duì)河道沖淤的影響;(4)建立了淮河中游河道挾沙能力計(jì)算公式,并在河道沖淤計(jì)算中應(yīng)用;(5)對(duì)水流和河床縱剖面特性、演變規(guī)律和成因進(jìn)行了分析,建立了相應(yīng)的關(guān)系式;(6)根據(jù)淮河中游存在的主要洪澇災(zāi)害問(wèn)題,分析其背景和成因,提出了解決問(wèn)題的思路和對(duì)策;(7)選用蚌埠段作為典型河段,采用實(shí)體模型試驗(yàn)、原型觀測(cè)和數(shù)學(xué)模型反演等多種手段和方法相結(jié)合,研究提出的整治工程平面布置和斷面型式直接應(yīng)用于本河段整治,擴(kuò)大了河道彎曲半徑,理順了河勢(shì),經(jīng)2003和2007年洪水原型觀測(cè)資料對(duì)比分析,該河段整治后泄量增加,河道穩(wěn)定,達(dá)到了預(yù)期的工程效果。
成果的先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn):
(1)基于河床演變基本原理,對(duì)淮河中游河型進(jìn)行分類(lèi),通過(guò)分析不同河型形態(tài)與水力參數(shù)之間的關(guān)系以及河床縱剖面特性和演變趨勢(shì),首次建立了中游河道縱向河相關(guān)系和水流縱剖面關(guān)系公式以及造床流量和特征流量之間的響應(yīng)關(guān)系。
(2)首次建立了淮河中游河道水流挾沙力計(jì)算公式。系統(tǒng)分析了1950~2005年洪澤湖淤積量及入湖河段淤積量、中游各河段沖淤成因,以及行蓄洪區(qū)使用、來(lái)沙系數(shù)及洪水漲落等因素對(duì)中游河道沖淤的影響;定量分析了人工采砂對(duì)河床演變的影響。
(3)基于對(duì)河床演變規(guī)律的揭示,針對(duì)不同河段的河道特性,分別提出了合理調(diào)整行蓄洪區(qū)、適當(dāng)擴(kuò)大河槽泄量和下游洪水出路等整治工程措施。通過(guò)實(shí)體模型試驗(yàn)、原型觀測(cè)和試驗(yàn)以及數(shù)學(xué)模型計(jì)算,研究蚌埠段整治方案,分析已實(shí)施的不同整治方案的效果,提出優(yōu)化方案。