水利工程論文-淮河中游河床倒比降的形成、演變與治理.doc

水利工程論文-淮河中游河床倒比降的形成、演變與治理摘要：淮河中游河床倒比降的形成機(jī)制有二：(1)淮河入洪澤湖河口形成與地貌演變；(2)洪澤湖湖底淤高。50年代以來(lái)，由于淮河中上游大量水庫(kù)和蓄洪區(qū)的興建、中游地區(qū)水土保持，使河流輸沙量和含沙量不斷減少，淮河中游河床處于侵蝕狀態(tài)，河床倒比降又有新的發(fā)展。在嚴(yán)重的水資源緊缺形勢(shì)面前，根治倒比降的關(guān)鍵措施是洪澤湖反季節(jié)運(yùn)用、下游直流入海。關(guān)鍵詞：淮河河床倒比降入湖河口湖泊淤積廢黃河口基面，下同。1前言淮河發(fā)源于桐柏山地，經(jīng)洪澤湖入長(zhǎng)江后再注入東海，自河源至洪河口為上游段，洪河口至洪澤湖為中游段，洪澤湖以下為下游段(圖1)?；春右云渲邢掠蔚貐^(qū)的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害聞名于世，解放前“大雨大災(zāi)、小雨小災(zāi)、無(wú)雨旱災(zāi)”，是新中國(guó)成立后首條有計(jì)劃全面治理的河流。經(jīng)過(guò)五十年的治理，災(zāi)情有了明顯緩解，但災(zāi)害的根源仍未根除。現(xiàn)代淮河中游洪澇災(zāi)害的原因之一，就是中游下段河床縱剖面倒比降導(dǎo)致的河道排泄能力不足。目前，洪澤湖湖底海拔1011m，位于河口的老子山處河床海拔910m，高出浮山處河床45m，呈明顯的倒比降。但在公元12世紀(jì)以前淮河是一條河槽深廣、暢流入海的清水河流，具有足夠的排泄能力將其流域洪水排泄入海，其河口曾長(zhǎng)期穩(wěn)定在今淮陰以東的云梯關(guān)，潮流界位于今盱眙附近1。本文擬對(duì)淮河中游河床倒比降的形成、演化進(jìn)行初步探討，在此基礎(chǔ)上提出治理建議。圖1淮河中游形勢(shì)圖SketchofthemiddleHuaiheriverbasin2淮河中游河床倒比降的形成機(jī)制2.1淮河入洪澤湖河口水下攔門(mén)沙與三角洲公元12世紀(jì)以來(lái)，受黃河下游南泛奪淮入海影響，淮河水系發(fā)生了重大變遷，其中最顯著的變化是現(xiàn)代洪澤湖的擴(kuò)張與形成。洪澤湖是淮河流域最大的湖泊，汛期控制水位12.5m時(shí)湖面面積1597km2，在我國(guó)淡水湖中居第四位。洪澤湖是明清兩代治黃保運(yùn)工程的直接產(chǎn)物和組成部分，公元17世紀(jì)至18世紀(jì)初的靳輔及張鵬翮治水時(shí)期是其最重要的形成時(shí)期，在其形成后百余年中(1840s1850s)湖水位以4cm/a的平均速度持續(xù)上升，同時(shí)具有大幅度的年內(nèi)、年際變化；湖水位的年內(nèi)、年際變化在湖以上河道產(chǎn)生大范圍回水區(qū)，其上界又隨水位的持續(xù)上升而不斷上溯2。洪澤湖居淮河中、下游之間，其湖面成為淮河中游的侵蝕基準(zhǔn)面，在河湖交匯處形成河流入湖河口，當(dāng)湖面趨于相對(duì)穩(wěn)定后即形成河流三角洲。對(duì)歷史資料分析表明，早在洪澤湖形成以后的湖面持續(xù)上升時(shí)期，淮河入洪澤湖河口就有水下攔門(mén)沙發(fā)育，只是其位置和高度隨湖面變化而相應(yīng)變化。乾隆五十年(公元1784年)汛期測(cè)量河口時(shí)發(fā)現(xiàn)：“金家岡迤西至打石山，河水俱深有丈余，大王廟迤東至龜山，水深竟至三丈以外，惟自金家岡至大王廟中間，現(xiàn)水深仍只有四五尺，水底稀淤深至六七八尺不等，(稀淤)用篙探試系青灰色并不膠粘，一竿可至底，隨手拔起淤即淌卸，竿上僅存青色。據(jù)此推斷，當(dāng)年攔門(mén)沙位于盱眙以北河段，攔門(mén)沙頂比上游河床高出2m以上，組成物質(zhì)以青灰色粉、細(xì)砂為主，粘土含量很少。由于此年汛期洪澤湖高堰志樁水位僅2.4尺，低于常年34m，為極少見(jiàn)的枯水年份，因而正常年份攔門(mén)沙位置應(yīng)更趨上游。值得注意的是，當(dāng)時(shí)攔門(mén)沙外側(cè)湖水深度比其上游大得多，這種狀況直到湖面趨于穩(wěn)定、水下三角洲迅速發(fā)育后才得到改變?，F(xiàn)代淮河入洪澤湖三角洲形成于公元1850年以來(lái)，因?yàn)榇饲?00余年湖水位以4cm/a的速率快速上升，湖區(qū)范圍不斷沿河上溯；湖面上升引起淮河中游基準(zhǔn)面上升，使大部分泥沙特別是推移質(zhì)加積在中游河谷，不利于三角洲的形成?；春尤牒闈珊侵揄旤c(diǎn)位于浮山口附近，公元1880年時(shí)浮山以下已形成大柳巷灘、鮑家灘、寇家灘(圖2a)；到1921年時(shí)大柳巷等洲灘范圍擴(kuò)大，鮑家灘和寇家灘并岸，新形成馮公灘和趙公灘，另外在趙公灘以下有近20處水下淺灘形成(圖2b)；1938年黃泛前以上諸洲灘均已并岸，楊家灘、牛尾灘、河瓢灘、大西灘和尺頃地灘形成(圖2c)3；1947年黃泛結(jié)束時(shí)又有大淤灘、淤灘、順河灘、淮仁灘等形成，其中位于原湖心的大淤灘面積達(dá)200km2，另在老子山以上河道也有新的洲灘形成(圖2d)3。顯然，隨著入湖三角洲的發(fā)育，入湖河口不斷向湖推進(jìn)，河口水下攔門(mén)沙也隨之下降。圖2淮河入洪澤湖河口、三角洲形成與演變FormationandevolutionoftheHuaiherivermouthanddeltaemptyingintotheHongzeLake2.2洪澤湖淤積與入海河口不同，入湖河口攔門(mén)沙外側(cè)為湖心滯水區(qū)，沒(méi)有周期性的潮汐漲落、潮流往來(lái)，因而有利于細(xì)粒懸浮質(zhì)河流輸沙停積，使得湖底逐漸淤淺，到一定時(shí)間后湖底有可能高于攔門(mén)沙頂。公元1870年測(cè)量時(shí)洪澤湖底尚低于廢黃河河床一丈至一丈五、六尺(合35m)，而到1916年測(cè)量時(shí)湖底與廢黃河河床海拔高度均為10m左右，湖底有厚達(dá)1丈5尺(合5m)的“稠淤”，由此推算得年平均沉積速率在10cm/a以上。根據(jù)民國(guó)初年的測(cè)量，圖3現(xiàn)代淮河中游河床縱剖面圖(據(jù)淮委實(shí)測(cè)圖簡(jiǎn)化)LongitudinalprofileofthemiddleHuaiheriverbed南河成案，乾隆五十年。據(jù)(光緒)盱眙縣志和武同舉淮系年表弁圖。據(jù)江淮水利測(cè)量局1921年測(cè)地形圖和淮系年表弁圖。清史稿河渠志。武同舉，江蘇水利全書(shū)。武同舉，民國(guó)九年，促進(jìn)導(dǎo)淮商榷書(shū)?！昂闈珊啄烁哂谏嫌雾祉艋吹锥咴S，盱眙淮底又高于上游五河淮底五尺許，由五河口至壽縣一帶三四百華里之間淮底，幾無(wú)傾斜，而五河稍東浮山附近之淮底，乃至低于洪澤湖底五丈有奇”。19381947年間黃河南泛把約3.6億m3泥沙帶入洪澤湖，全湖沙洲平均淤高11.2m4。根據(jù)淮委近年的測(cè)量，洪澤湖底海拔1011m，位于洪澤湖河口的老子山處河床海拔910m，高出浮山處河床45m(圖3)。此外，洪澤湖底高出蘇北里下河區(qū)近10m，是名符其實(shí)的地上懸湖。洪澤湖底淤積同淮河入洪澤湖三角洲的發(fā)育密切相關(guān)，深受泥沙來(lái)源、洪澤湖動(dòng)力條件和邊界條件影響?；春颖臼呛沉可俚那逅恿?，是以古淮河河口能在云梯關(guān)附近穩(wěn)定達(dá)數(shù)千年之久，但近800年黃泛中黃河把大量泥沙帶到淮河中游地區(qū)，這些泥沙中的一部分又隨地面徑流進(jìn)入河道，為淮河入湖三角洲發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。浮山與對(duì)岸鐵鎖嶺之間峽口是淮河中游河谷三大基巖束狹段之一，其束水效應(yīng)必然導(dǎo)致束水段河床深切。浮山至龜山段湖區(qū)原系淮河河谷因湖水上溯淹沒(méi)而成，實(shí)際上是淮河與洪澤湖之間的過(guò)渡地段，其平面輪廓受兩岸地勢(shì)控制，呈向下游逐漸展寬的反S形喇叭口狀，有利于水流消能、泥沙停積。洪澤湖水位有幅度高達(dá)4m的季節(jié)性變化和大范圍回水，有利于江心洲形成和河道分汊。另一方面，三角洲的發(fā)育又反過(guò)來(lái)引起水動(dòng)力條件發(fā)生變化，特別是黃泛后湖心大淤灘的形成，使淮河入湖后向右偏轉(zhuǎn)，經(jīng)老子山下直達(dá)洪澤湖西南部。顯然，隨著淮河入洪澤湖三角洲的不斷向前推進(jìn)，洪澤湖終將被泥沙徹底充填，湖泊也隨之成為河流；只是解放后三河閘的修建使湖水位回升，這種趨勢(shì)才得以減緩?？傊谌侵薨l(fā)育的同時(shí)，淮河入洪澤湖河口也處在不斷變化過(guò)程中，其演化模式可概括為洲灘形成、河道分汊；與此同時(shí)，洪澤湖底逐漸淤高，湖泊河流化。正是這兩種動(dòng)力地貌演變過(guò)程，導(dǎo)致了淮河中游河床倒比降。320世紀(jì)50年代以來(lái)河床倒比降的演變趨勢(shì)3.120世紀(jì)50年代以來(lái)淮河中游河床處于侵蝕狀態(tài)黃河19381947年間的南泛把約100多億噸的泥沙帶至淮河中游地區(qū)，形成面積達(dá)5.4萬(wàn)km2的泛濫平原。根據(jù)黃泛結(jié)束后的調(diào)查，正陽(yáng)關(guān)、阜陽(yáng)地區(qū)淤積厚度為34m，亳陽(yáng)、渦陽(yáng)、蒙城地區(qū)2m左右，蚌埠附近地區(qū)不到1m。除使河間地面淤高外，南泛還使淮河中游干流河床，尤其是支流入干流河口段河床普遍加積，淮河干流河床平均淤高12m，正陽(yáng)關(guān)至沫河口段河道被完全淤平；到淮委1950年調(diào)查時(shí)蚌埠以下中游各支流河口河床平均淤積厚度仍有1m。但是自20世紀(jì)50年代以來(lái)，淮河中游河床具有明顯的侵蝕趨勢(shì)。根據(jù)魯臺(tái)子站的水文資料5，1954年平灘高程(21m)以下斷面侵蝕250m2，1955年淤積250m2，1956年侵蝕750m2，1957年又淤積500m2，4年凈侵蝕250m2；1982年平灘水位以下泄流量比1956年增加14%，與1963、1969年數(shù)值接近。根據(jù)1971、1983、1992年三次斷面測(cè)量資料，19711983年全段平均凈淤積的王家壩潤(rùn)河集段、魯臺(tái)子蚌埠閘段、浮山洪山頭段，到19831992年轉(zhuǎn)變?yōu)殪o侵蝕19711983年為凈侵蝕的潤(rùn)河集魯臺(tái)子段、蚌埠閘浮山段，到19831992年侵蝕情況更加嚴(yán)重(表1)。目前，蚌埠以上中游段大部分河床出露更新統(tǒng)黃土狀硬粘土層5，表明黃泛形成的淤積層已被切穿。表1不同河段平均斷面凈沖淤量時(shí)空變化(單位：m2)5Erosionanddepositionoftheaveragecrosssectionsalongdifferentreachesfrom1971to19925時(shí)間王家壩潤(rùn)河集潤(rùn)河集魯臺(tái)子魯臺(tái)子蚌埠閘蚌埠閘浮山浮山洪山頭19711983+56-59+107-36+519831992-125-127-160-218-20419711992-69-186-267-248-198+為凈淤積，-為凈侵蝕3.2河床侵蝕的原因解放后淮河流域先后修建了5300余座水庫(kù)，總庫(kù)容達(dá)到250億m3，其中上游(不含沂、沭、泗河)就有17座大型水庫(kù)和3個(gè)大型滯洪區(qū)，這些大型水庫(kù)除石漫灘、白沙、板橋3座初建于19511952年、改建于1956年外，其它均修建、改建于19541960年；50年代沿蚌埠以上中游段還修建有瓦埠湖、城東湖、城西湖、蒙洼等大型滯洪區(qū)。由于這些水庫(kù)、滯洪區(qū)對(duì)其上游河段的地方性侵蝕基準(zhǔn)面作用，再加上流域中游地區(qū)的水土保持工作以及支流河道挖砂，必然使淮河干流中游來(lái)沙大幅度減少。其中，中游段的河床侵蝕就是床沙質(zhì)輸沙量減少的地貌響應(yīng)，而沖瀉質(zhì)輸沙量的減少則為水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)(表2)。表220世紀(jì)50年代以來(lái)蚌埠站平均輸沙量和含沙量變