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，由于淮河中上游大量水庫和蓄洪區(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。在嚴重的水資源緊缺形勢面前，根治倒比降的關(guān)鍵措施是洪澤湖反季節(jié)運用、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)的嚴重洪澇災(zāi)害聞名于世，解放前“大雨大災(zāi)、小雨小災(zāi)、無雨旱災(zāi)”，是新中國成立后首條有計劃全面治理的河流。經(jīng)過五十年的治理，災(zāi)情有了明顯緩解，但災(zāi)害的根源仍未根除?，F(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。本文擬對淮河中游河床倒比降的形成、演化進行初步探討，在此基礎(chǔ)上提出治理建議。圖1淮河中游形勢圖SketchofthemiddleHuaiheriverbasin2淮河中游河床倒比降的形成機制2.1淮河入洪澤湖河口水下攔門沙與三角洲公元12世紀以來，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時湖面面積1597km2，在我國淡水湖中居第四位。洪澤湖是明清兩代治黃保運工程的直接產(chǎn)物和組成部分，公元17世紀至18世紀初的靳輔及張鵬翮治水時期是其最重要的形成時期，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面，在河湖交匯處形成河流入湖河口，當湖面趨于相對穩(wěn)定后即形成河流三角洲。對歷史資料分析表明，早在洪澤湖形成以后的湖面持續(xù)上升時期，淮河入洪澤湖河口就有水下攔門沙發(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)汛期測量河口時發(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，當年攔門沙位于盱眙以北河段，攔門沙頂比上游河床高出2m以上，組成物質(zhì)以青灰色粉、細砂為主，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，為極少見的枯水年份，因而正常年份攔門沙位置應(yīng)更趨上游。值得注意的是，當時攔門沙外側(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，因為此前100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位于浮山口附近，公元1880年時浮山以下已形成大柳巷灘、鮑家灘、寇家灘(圖2a)；到1921年時大柳巷等洲灘范圍擴大，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，河口水下攔門沙也隨之下降。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，入湖河口攔門沙外側(cè)為湖心滯水區(qū)，沒有周期性的潮汐漲落、潮流往來，因而有利于細粒懸浮質(zhì)河流輸沙停積，使得湖底逐漸淤淺，到一定時間后湖底有可能高于攔門沙頂。公元1870年測量時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年測量時湖底與廢黃河河床海拔高度均為10m左右，湖底有厚達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)民國初年的測量，圖3現(xiàn)代淮河中游河床縱剖面圖(據(jù)淮委實測圖簡化)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)江淮水利測量局1921年測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。武同舉，民國九年，促進導(dǎo)淮商榷書?！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)，深受泥沙來源、洪澤湖動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而成，實際上是淮河與洪澤湖之間的過渡地段，其平面輪廓受兩岸地勢控制，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)育又反過來引起水動力條件發(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，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，這種趨勢才得以減緩。總之，在三角洲發(fā)育的同時，淮河入洪澤湖河口也處在不斷變化過程中，其演化模式可概括為洲灘形成、河道分汊；與此同時，洪澤湖底逐漸淤高，湖泊河流化。正是這兩種動力地貌演變過程，導(dǎo)致了淮河中游河床倒比降。320世紀50年代以來河床倒比降的演變趨勢3.120世紀50年代以來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5.4萬km2的泛濫平原。根據(jù)黃泛結(jié)束后的調(diào)查，正陽關(guān)、阜陽地區(qū)淤積厚度為34m，亳陽、渦陽、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，正陽關(guān)至沫河口段河道被完全淤平；到淮委1950年調(diào)查時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50年代以來，淮河中游河床具有明顯的侵蝕趨勢。根據(jù)魯臺子站的水文資料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年三次斷面測量資料，19711983年全段平均凈淤積的王家壩潤河集段、魯臺子蚌埠閘段、浮山洪山頭段，到19831992年轉(zhuǎn)變?yōu)殪o侵蝕19711983年為凈侵蝕的潤河集魯臺子段、蚌埠閘浮山段，到19831992年侵蝕情況更加嚴重(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空變化(單位：m2)5Erosionanddepositionoftheaveragecrosssectionsalongdifferentreachesfrom1971to19925時間王家壩潤河集潤河集魯臺子魯臺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，總庫容達到250億m3，其中上游(不含沂、沭、泗河)就有17座大型水庫和3個大型滯洪區(qū)，這些大型水庫除石漫灘、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、滯洪區(qū)對其上游河段的地方性侵蝕基準面作用，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驗結(jié)果所證實(表2)。表220世紀50年代以來蚌埠站平均輸沙量和含沙量變