淮河流域地處南北氣候過渡帶,氣候復雜,暴雨洪水頻繁,平原廣闊,地勢低平,極易孕災;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,高水位持續時間長;行蓄洪區使用頻繁,人水爭地矛盾突出,行洪效果差;沿淮及淮北平原受澇范圍廣,受災幾率高,淹沒歷時長,因洪致澇和"關門淹"現象嚴重。解決上述問題,需進一步整治淮河中下游河道,擴大中小洪水泄量,降低淮河干流和洪澤湖水位,擴大下游洪水出路。以往規劃中曾研究過淮河干流河道疏浚、開挖引河、堤防退建等工程方案,但對涉及的關鍵技術問題尚未開展深入研究,如主槽泄量與造床流量相適應的河相關系如何確定?哪些河段可以進行疏浚?疏浚斷面型式如何確定?河道疏浚規模與退堤堤距、開挖引河、行蓄洪使用等諸多因素之間的相互關系怎樣確定?因此,有必要開展淮河中游水沙特性、河道特性、河床演變等河流內在規律的研究,確定中游整治方案,驗證工程措施的可行性和合理性,為淮河進一步治理提供科學支撐。
課題以淮河干支流近60年實測水沙資料及歷年實測地形資料為基礎,基于河流動力學基本理論,采用現場勘查、原型觀測與原型試驗、長系列資料分析、河工模型試驗、數學模型計算等方法和手段進行分析和計算,對淮河中游水沙特性、河湖演變、河道形態、河相關系、淮河干流整治方向與整治效果等方面的內容進行了深入研究,通過歸納和整理,得出量化指標和公式。取得的主要成果:(1)分析了60年來淮河中游徑流量與輸沙量的時空變化;(2)分段進行了輸沙平衡和河道沖淤計算,得出河道段、入湖段和湖區段的沖淤規律,對沖淤成因進行了系統分析,并定量分析了人工采砂對河道演變的影響;(3)分析了來沙系數、洪水漲落過程、行蓄洪區使用等因素對河道沖淤的影響;(4)建立了淮河中游河道挾沙能力計算公式,并在河道沖淤計算中應用;(5)對水流和河床縱剖面特性、演變規律和成因進行了分析,建立了相應的關系式;(6)根據淮河中游存在的主要洪澇災害問題,分析其背景和成因,提出了解決問題的思路和對策;(7)選用蚌埠段作為典型河段,采用實體模型試驗、原型觀測和數學模型反演等多種手段和方法相結合,研究提出的整治工程平面布置和斷面型式直接應用于本河段整治,擴大了河道彎曲半徑,理順了河勢,經2003和2007年洪水原型觀測資料對比分析,該河段整治后泄量增加,河道穩定,達到了預期的工程效果。
成果的先進性及創新點:
(1)基于河床演變基本原理,對淮河中游河型進行分類,通過分析不同河型形態與水力參數之間的關系以及河床縱剖面特性和演變趨勢,首次建立了中游河道縱向河相關系和水流縱剖面關系公式以及造床流量和特征流量之間的響應關系。
(2)首次建立了淮河中游河道水流挾沙力計算公式。系統分析了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,以及行蓄洪區使用、來沙系數及洪水漲落等因素對中游河道沖淤的影響;定量分析了人工采砂對河床演變的影響。
(3)基于對河床演變規律的揭示,針對不同河段的河道特性,分別提出了合理調整行蓄洪區、適當擴大河槽泄量和下游洪水出路等整治工程措施。通過實體模型試驗、原型觀測和試驗以及數學模型計算,研究蚌埠段整治方案,分析已實施的不同整治方案的效果,提出優化方案。