“十四五”時期淮河洪澇治理若干問題探討

倪 晉，余彥群

(1.安徽省-水利部淮河水利委員會水利科學研究院水利水資源安徽省重點實驗室，安徽 蚌埠 233000;2.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽 合肥 230601)

新中國大規模的治水事業是從淮河起步的，為了控制水患，全流域興建了2.8萬座水庫閘壩、6.5萬余座大小泵站、6.3萬km的各級堤防，從根本上改變了歷史上多災低產的狀況，初步形成了兼具防洪、除澇、灌溉、供水等功能的工程體系，減災興利能力顯著提高。但是，淮河的洪澇問題還遠未得到根治，尤其是中游地區，災情更為嚴重。2003、2007年及剛剛經歷的2020年洪水表明，干流長時間持續高水位、支流排水不暢、洼地“關門淹”等問題依然十分突出。

造成這一被動局面的原因是多方面的：首先是南北過渡帶的地理位置決定了天氣易變、暴雨多發，而平坦廣闊的地形條件又使得地表水的流動性很弱，降雨不能被迅速排走；再有就是歷史上黃河奪淮淤廢淮河尾閭，造成了兩頭翹、鍋底洼的畸形縱剖面。這些特殊的氣候、地理及歷史條件，再加上河道自身過水斷面嚴重不足，導致淮北平原及大片沿淮洼地長期飽受洪水威脅，極易泛濫成災。更為嚴重的是，隨著氣候持續變暖、人類社會干擾日益頻繁，流域洪澇防御的復雜性和難度將更為突出。

當前，我國正昂首邁向全面建設社會主義現代化國家新征程。淮河的洪澇問題事關國家的糧食安全、能源安全和人民財產安全，是促進中部崛起戰略實現的關鍵。2020年8月，習近平總書記在淮河王家壩閘視察時強調，要把治理淮河的經驗總結好，認真謀劃“十四五”時期淮河治理方案。為此，針對淮河防洪除澇體系存在薄弱環節和治理需求，深入探討了需要進一步研究的關鍵科技問題，供有志于該領域研究的學者參考。

1 基本規律研究

1.1 變化環境下的洪澇加劇機理

變化環境涉及氣候變化和人類活動兩個方面。根據政府間氣候變化專業委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次評估報告的研究，從1880年到2012年，全球地表平均溫度大約升高了0.85℃，氣候變暖已是無可爭辯的事實。淮河流域變暖的速率略高于全球平均水平，1961—2010年間，大別山區和淮河中游年平均氣溫升高了0.90℃，升溫速率約0.18℃/10a。在流域升溫的背景下，降雨時空分布更趨不均，極端降雨的強度、頻次總體呈增加趨勢。另一方面，大規模的人類活動，也改變了流域下墊面的物理特性，進而引起產匯流機制的調整變化。據統計，1980年代末至2008年期間，淮河流域的耕地減少了35.15萬hm2，而城鄉工礦及居民用地擴張了39.38萬hm2。城鎮面積所占比例顯著增加，加之大規模水利水保工程的建設，對入滲、蒸散、產流、匯流等分項水文過程產生了重要影響，使得洪澇形成及演化機理更為復雜。

氣溫升高引起汛期極端強降雨趨多增強，不透水面積增加、面上排水溝及支流的治理又使得產流增加、匯流加快、洪峰增大、預見期縮短。致災因子和孕災環境同時發生變化，流域整體洪澇風險呈升級趨勢。因此，未來對洪澇的治理應充分考慮變化環境的影響，識別各種變化行為對洪澇成災過程的作用機制，如流域升溫與暴雨特性的關系、下墊面格局演變與產匯流特性的關系、河道整治與水流動力條件的關系、泵站排澇對河道洪水過程的影響等。在單因子分析的基礎上，評估預測氣候變化與頻繁人類活動干擾對洪水強度、頻率和時空遭遇的影響，復核現有洪澇防御標準的可靠性以及洪與澇之間的協調性，為積極應對變化環境帶來的風險、適時調整治淮策略提供參考。

1.2 沙量銳減下的河床響應及調整機制

淮河來沙減少已被多項研究證實。流域眾多的閘壩工程、持續的水土保持措施以及高強度的人工采砂是泥沙減少的主因，而且這種變化大概率是不可逆的。未來短時間內，淮河干流主要測站的年均含沙量基本維持0.2kg/m3以下，很難恢復到20世紀80年代以前的輸沙水平。

沙量銳減、挾沙能力不飽和使淮河處于“缺沙”的狀態，進而引起河湖沖淤演變發生一系列的調整。近40年來，淮河主要的堆積區——王家壩至魯臺子段、入湖河段及洪澤湖湖區，淤積明顯減輕；原本沖淤平衡或微沖的區域——魯臺子至蚌埠段、蚌埠至浮山段，發生持續沖刷，而且由于近岸深泓下切、邊坡變陡，河岸崩塌蝕退的現象時有發生，給防洪、航運及岸線的利用造成了很大的影響。

目前，淮河干流的水沙搭配關系已逐漸趨于穩定，但由于河床演變的滯后性，河道將通過較長時間的調整才能達到新的平衡，未來河勢調整的方向、速率和方式需要進行深入研究。其中，浮山以下的入湖河段是研究的重點，該段連接了上游河道沖刷段與下游湖區淤積段，來沙減少導致的自上而下的沿程沖刷與洪澤湖自下而上的溯源淤積交織在一起，必然對倒比降的發展、甚至河湖關系的調整產生影響。另一個重點是六坊堤分汊段。觀測表明，該段南汊超河發生長距離長時段的沖刷，北汊則淤積加重、斷面萎縮。有必要針對關鍵節點的水沙分配、兩汊的沖淤演變及防洪情勢的變化進行跟蹤研究，以便為制定河道治理方案、優化工程布置提供依據。

2 關鍵技術研發

2.1 流域水文模型

水文模型是描述水文現象和水文過程的有效工具。從洪水預報到更長時間尺度的水文情勢預測，都離不開水文模型的模擬與仿真。經過多年的發展，在淮河流域已構建了很多簡便實用的概念性水文模型，有的以成熟的新安江模型為基礎，有的基于淮北平原淺水蒸發、入滲補給的特點開發而成，如汾泉河模型、谷河模型、五道溝模型等。這類模型主要用于解決水文預報問題，其產匯流參數均根據實測資料反復校正的結果，在量化人類各種行為的影響方面，存在一定的局限性。

動力學模型具有較強的物理機制，能更好地描述氣候變化、土地利用、水土保持、水利工程、社會經濟用水等因子對水循環過程的影響，具有更強的適應性。正是由于這一優勢，過去10年內SHE模型、SWAT模型在淮河流域獲得了一些應用。但由于空間尺度較大，各集水單元的土壤類型、河網密度、匯流特性、排澇工程現狀又存在一定的差異，不僅建模時需要大量基礎數據支撐，模型建成后的參數率定也十分困難。實際上，這類外來模型在參數的本土化方面還有很多工作要做。

一種較為實用的途徑，是將兩種模型方法相結合。一方面以動力學模型的結構為基礎，充分利用GIS和RS技術提供的空間信息，體現下墊面差異；另一方面，適當引入一些本地化的方法和經驗關系對特定環節的水文過程進行概化。這一思路源于概念性模型在除澇水文分析的一次應用嘗試。實踐表明，上述針對流域特點開發的簡化模型，目前仍具有很高的理論和應用價值。

2.2 河網水沙數學模型

作為探究河床演變規律、模擬工程治理效果、優化整治方案的有效工具，水沙數學模型具有重要的地位。通過自主研發，在淮河中游已建有干支流河網水沙數學模型，并應用于王臨段、蚌浮段等河道治理的工程實踐中。總體來看，該模型基本能夠給出復雜水情、工情條件下的洪水運動情況，也能夠對河床的縱向調整、水位的長期變化、主支汊的興衰進行預測。但是，隨著治淮工程的持續推進，上述模型在功能和精度上已不能滿足要求，迫切需要進一步發展完善。

一是模型精度的提升。模型是否可靠取決于計算方法的恰當和參數取值的合理。從方法上講，該模型建立在非均勻沙不平衡輸沙理論的基礎之上，考慮的因素較為全面。但限于資料條件，部分參數取值帶有經驗性。其中，恢復飽和系數、挾沙能力指數直接參考了長江、漢江等少沙河流的推薦值，河床的糙率也沒有考慮沖淤變形、級配調整的影響，存在很多值得改進的地方。因此，加強對淮河泥沙的原型觀測、揭示非均勻沙輸移機理及阻力變化特性是十分必要的，這是提高模型計算精度的基礎。

二是模型功能的完善。一維模型僅能得到水沙因子的斷面平均值，而二維模型可以直接計算沖淤在平面上的分布，也能對淮河特有的行洪區等大面積水域進行較好的模擬，反映更多的細節。因此，在今后的工程優化布置及航道問題的處理上，將更多地用到二維模型。目前，二維水沙模型已廣泛應用于長江、黃河的治理與保護中，三維模型也可以解決一些實際問題。但受制于淮河河床演變基本理論發展水平，這方面的計算成果還比較少見。未來可以在合肥、蚌埠兩地的淮河試驗研究中心，開展一些典型河段動床試驗研究，突破挾沙力橫向分布、彎曲河段橫向輸沙及河岸變形等關鍵問題，構建符合淮河自身特點的二維水沙輸移的計算模式。在此基礎上，還可以進一步研發水-沙-岸坡受力為一體的耦合模型，預測未來重點險段出險情況，減少崩岸帶來的影響和危害。

3 治理措施探討

經過近70年的建設，淮河干流上游防洪標準已達到10年一遇以上，中游主要防洪保護區、重點城市及下游洪澤湖大堤的防洪標準均提到100年一遇，具備了抗御建國以來最大洪水的能力。但在中小洪水年份，由于河道泄流能力不足，面上排水系統除澇標準偏低等因素，沿淮大面積的低洼地仍經常出現“關門淹”的現象。“十四五”期間，需要把中小洪水治理放在與大洪水治理同等重要的位置，變“洪澇分治”為“洪澇共治”，補短板強監管，謀劃一批基礎性、樞紐性、流域性的重大工程，進一步完善現有防洪除澇體系。

3.1 洪澇共治

淮河的洪澇防御體系由各自獨立排水系統構成，兩者防御的對象不同、采取的措施也不同。傳統的治理模式很少考慮兩者之間的聯系，面上各級排水溝渠的治理以《淮河流域重點平原洼地除澇規劃》為依據，干支流河道治理以《淮河流域防洪規劃》為依據。這種“洪澇分治”的模式常常是按下葫蘆浮起瓢，存在洪澇風險相互轉移的弊端。2020年洪水期間，淮干王家壩、潤河集、正陽關超保證水位，汪集、小柳巷站水位超歷史極值。事后總結發現，除了降雨強度大、暴雨集中外，還有支流整治后來水加快、沿淮排澇站能力提升等因素。過去一到汛期，淮河上常常出現因洪致澇的現象。隨著面上排澇標準逐步提高，因澇致洪的問題已開始顯現。

淮河的洪澇從來都是相互影響，互為轉化的。往往有洪水的地方就會產生澇災，而面上匯集的澇水排至干支流河道中就形成了洪水，洪水量級的多寡、水位的高低又直接影響了面上的排澇。今后應將防洪與排澇納入到一個治理體系中，統一規劃，綜合考慮。既要降低干流水位、縮短高水位歷時，為澇水排出創造條件，又要盡量減少澇區治理對下游的影響和沖擊，實現從源頭到面上各級排水溝渠、再到干支流河網的全鏈條系統治理。在洪澇共治過程中，厘清干支流的互饋關系、提出防洪與排澇相適宜的治理標準是核心問題。

3.2 工程與非工程措施

以治淮70年形成的防洪工程體系為基礎，繼續堅持蓄泄兼籌的治淮方針，通過上攔、中擴、下排等組合措施對流域的防洪除澇能力進行全方位升級。針對上游山谷水庫控制面積小，攔蓄能力不足的問題，加快推進竹竿何張灣水庫、潢河袁灣水庫的前期研究，盡量減少大別山洪水進入淮干的水量；針對中游行洪區眾多、河道阻水的問題，研究適宜的河道疏浚規模和斷面型式，繼續對淮河干流的行蓄洪區進行調整；針對浮山以下倒比降及洪澤湖出路不足的問題，盡快完成馮鐵營引河、入海水道二期等骨干工程(圖1)的前期研究，并爭取在“十四五”期間開工建設。實際上，這兩處工程前前后后已論證了近10年，工程的作用和影響都已經比較清楚。需要補充研究的是，如何維持老流路的穩定和暢通。畢竟在現有的規劃中，新開辟的流路都是輔助性的分洪措施，沒有改變淮河先入湖再入江的基本格局。近年來，有學者認為“河湖分離”才是淮河洪澇的治本之道。這種設想是否具備現實可操作性，還有待于充分地研究和論證。

圖1 馮鐵營引河及入海水道二期工程布置

除了以上點線工程之外，還需要在洪澇共治的體系下，研究不同類型洼地的治理對策。對于淮北平原的洼地，研究自排、抽排、流動站相結合的排水方式，研究面上除澇配套工程的布局和規模，分析增設泵站的數量、規模和位置；對于淮南支流洼地，研究崗畈高地分流，實現高水高排的措施及方案。除此之外，還可研究湖泊洼地增加蓄水，易澇地區進行產業結構調整，發展濕地經濟的可行性。

對洪澇災害進行預報預警是防洪減災體系中必不可少的非工程措施。2020年淮河防汛雖然取得了重大勝利，但也暴露出預報預測與實際情況偏差較大等問題。未來應加強洪澇災害預報預警及應急技術的研究。在拓展水文站網建設的基礎上，將Gis技術與高精度水文水動力模型相結合，將災情評估與防洪調度的優化技術相結合，構建洪澇智能分析與決策支持系統，實現數據監測、洪澇淹沒模擬、災情損失評估、預報預警及應急決策的一體化，為洪澇預警和水工程群聯合調度提供更可靠的技術支撐。

4 結語

淮河防洪除澇是一個長期、復雜的過程。在治理過程中，應遵循自然科學規律，加強對治淮重大關鍵問題的研究，實現以科技創新驅動科學治淮。建議從機理上識別流域升溫與強人類活動耦合作用下的洪澇加劇規律，揭示沙量銳減背景下河床調整的機制；從技術上研發簡便實用的分布式水文模型，改進水沙模擬方法及模型體系；在防治對策方面，要堅持洪澇一體化系統治理，綜合運用工程與非工程措施，優化防洪除澇工程的整體布局，增強監測預報預警及工程調度的精準性，為構建更加完備的防洪安全保障體系提供堅實的科學基礎。