淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)研究及示范

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

水災(zāi)是我國最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，平均每年造成的損失高達(dá)800～1100 億元。由于受歷史上黃河長期奪淮及洪澤湖水位頂托的影響，淮河中游沿淮洼地是整個淮河流域及安徽省水災(zāi)最為頻繁的地區(qū)，平均每年造成的損失達(dá)10 億元以上。該區(qū)域有耕地1000 萬畝，汛期常受淮河干流洪水頂托，加上區(qū)間洪澇水匯入、抗災(zāi)能力低等因素，常形成“關(guān)門淹”，糧食產(chǎn)量波動大，受災(zāi)人口多，水災(zāi)年份平均糧食減產(chǎn)達(dá)8.3%，大水年份超過30%。沿淮洼地中，行蓄洪區(qū)面積占1/4，多數(shù)低標(biāo)準(zhǔn)行蓄洪區(qū)5—8年運(yùn)用一次，遠(yuǎn)高于全國其他流域蓄滯洪區(qū)運(yùn)用頻率。水災(zāi)嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。長期以來，對如何定量分析淮河干流洪水的頂托效應(yīng)、確定洼地水災(zāi)風(fēng)險等級評價技術(shù)，以及洼地治理如何從傳統(tǒng)治理模式向現(xiàn)代治理模式轉(zhuǎn)變等重大技術(shù)問題，缺少系統(tǒng)研究，國內(nèi)外也沒有成功的先例可資借鑒。

淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地是淮河流域洪澇風(fēng)險最大的地區(qū)，區(qū)內(nèi)人口多、人水爭地現(xiàn)象嚴(yán)重，是淮河治理的難點，也是實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的瓶頸。為了探索淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)，并將這一技術(shù)推廣應(yīng)用，中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司會同安徽省水利水電勘測設(shè)計院和北京大學(xué)聯(lián)合申報了水利部公益性研究項目“淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)研究及示范”。

2 研究擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題及科學(xué)意義

淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地是國家糧食主產(chǎn)區(qū)和重要的能源基地。受自然和特殊的地理條件的影響，該區(qū)域不僅是整個淮河流域洪澇災(zāi)害最為頻繁、人地關(guān)系最為復(fù)雜的地區(qū)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為落后的地區(qū)。水災(zāi)防治不僅是整個淮河流域水災(zāi)治理的重點和難點，也是我國治水難度最大的地區(qū)之一。因此，開展淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)研究，對有效減輕洪澇災(zāi)害損失，保障國家糧食安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

根據(jù)淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地水資源利用、水環(huán)境保護(hù)、水生態(tài)建設(shè)及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水災(zāi)治理的新要求，迫切需要研究變化環(huán)境條件下的水災(zāi)形成機(jī)理、水災(zāi)風(fēng)險評價體系、治理模式與治理技術(shù)。突出表現(xiàn)在：

（1）淮河易澇洼地分布范圍廣、面積大，類型多，澇災(zāi)成因復(fù)雜，尤其是沿淮洼地干支流洪澇關(guān)系復(fù)雜，干流洪水對支流和易澇洼地的影響缺少科學(xué)的分析方法，需要進(jìn)行研究，探尋洪澇水規(guī)律及致災(zāi)原因。

（2）易澇洼地人水地矛盾突出，治理難度大，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展也對水災(zāi)防治提出了新的要求，亟需對已有的治理技術(shù)進(jìn)行豐富和完善，提出行蓄洪區(qū)和低洼地綜合治理的模式和技術(shù)，在洪澇水高風(fēng)險地區(qū)綜合治理的關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。

（3）行蓄洪區(qū)和易澇洼地是水災(zāi)高風(fēng)險地區(qū)，需要建立適應(yīng)本區(qū)域特點的水災(zāi)風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及水災(zāi)風(fēng)險評價體系和方法，為風(fēng)險管理提供技術(shù)支撐。

（4）行蓄洪區(qū)洼地的運(yùn)行狀況缺乏科學(xué)的評價方法，需要建立多角度、多方向定量與定性相結(jié)合的行蓄洪區(qū)洼地運(yùn)行狀況評價指標(biāo)體系和評價方法，對洪澇水高風(fēng)險地區(qū)現(xiàn)狀情況做出診斷和評估。

通過本項研究，提出淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地綜合治理的模式和技術(shù)，在水災(zāi)高風(fēng)險地區(qū)綜合治理的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，引領(lǐng)水災(zāi)防治的方向。通過采用本研究成果，實施綜合治理，可有效減輕行蓄洪區(qū)和易澇洼地的洪澇災(zāi)害，為保障國家糧食安全和淮河防洪安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3 研究思路與技術(shù)路線

淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地地勢低洼，外有洪水威脅，內(nèi)受澇水困擾，常發(fā)生洪澇交織的狀況，行蓄洪區(qū)承擔(dān)著分洪與發(fā)展生產(chǎn)的雙重任務(wù)。本項目研究針對沿淮洼地亟待解決的問題和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，采用理論研究與實際應(yīng)用相結(jié)合的辦法，遵循基礎(chǔ)信息收集—探討技術(shù)路徑—開展專題研究—提出研究成果—成果應(yīng)用與總結(jié)的技術(shù)路線，對沿淮洼地的水災(zāi)特性及成災(zāi)機(jī)理開展研究，探尋洪澇水規(guī)律及致災(zāi)原因；通過典型年水災(zāi)調(diào)查，建立水災(zāi)頻率與水災(zāi)損失關(guān)系；尋找新方法定量分析淮河干流洪水對洼地的頂托效應(yīng)；提出洼地水災(zāi)風(fēng)險等級判別標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建洼地水災(zāi)風(fēng)險評價體系；結(jié)合洼地治理實踐，提出洼地水災(zāi)防治的新技術(shù)。通過以上關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的（見圖1）。

4 主要研究成果

本研究圍繞淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地水災(zāi)防治的關(guān)鍵技術(shù)問題，緊密結(jié)合生產(chǎn)實際需要，提出相關(guān)技術(shù)方案，取得豐碩成果。主要研究成果如下：

4.1 提出了頂托敏感系數(shù)法，定量分析頂托效應(yīng)，揭示了洼地的水災(zāi)特性和成災(zāi)機(jī)理

首次提出了頂托敏感系數(shù)法，定量分析干流洪水對沿河洼地的頂托效應(yīng)，在洪澇關(guān)系關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得突破。頂托敏感系數(shù)（backwater sensitivity coefficient）是指下游水位每抬高1 個單位（一般以10cm 計）影響上游不能自排面積的增加值占全部澇區(qū)面積的百分?jǐn)?shù)。計算公式：B=（ΔA/A）/ΔH×100%。

以淮河干流水位如何影響潁河下游兩岸洼地排澇為例，首先建立淮河正陽關(guān)水位與沙潁河兩岸洼地面積關(guān)系，然后逐次計算頂托敏感系數(shù)B。

分析表明，在淮河干流正陽關(guān)水位23.1～24.2m時，頂托敏感系數(shù)為30.0～43.2，顯示正陽關(guān)水位在該區(qū)間對潁河下游兩岸洼地頂托影響程度最大。此方法應(yīng)用整個沿淮洼地，可指導(dǎo)淮河整治以及洪水調(diào)度降低干流水位的目標(biāo)，優(yōu)化工程布局和洪澇水調(diào)度方案，有效減少水災(zāi)損失。

本次系統(tǒng)地研究了洼地水災(zāi)分布、分類、災(zāi)情特點，分析了不同類型洼地的水災(zāi)特性和成災(zāi)機(jī)理。通過對典型洼地洪澇災(zāi)害損失調(diào)查分析，建立了沿淮洼地不同頻率澇水與澇災(zāi)損失的關(guān)系，為水災(zāi)治理標(biāo)準(zhǔn)和措施的確定提供了技術(shù)支撐。造成沿淮洼地水災(zāi)嚴(yán)重的主要原因是降雨強(qiáng)度大和“關(guān)門淹”。

4.2 構(gòu)建了沿淮洼地水災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系和方法，提出了行蓄洪區(qū)洼地風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，為風(fēng)險管理奠定基礎(chǔ)

基于沿淮洼地自然、社會經(jīng)濟(jì)條件及抗災(zāi)能力等風(fēng)險暴露度，首次以指標(biāo)體系的方式對沿淮洼地水災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行研究，從危險性和脆弱性兩個方面篩選指標(biāo)，將社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)納入指標(biāo)體系中。采用專家篩選指標(biāo)和綜合分析法相結(jié)合的方法，對區(qū)域水災(zāi)風(fēng)險度進(jìn)行了評價。研究選擇泥黑河洼地、高郵湖洼地、澥河洼地等10 片沿淮洼地進(jìn)行水災(zāi)風(fēng)險度評價。研究結(jié)論對因地制宜地安排水災(zāi)防治措施、開展風(fēng)險管理具有指導(dǎo)意義。

對于行蓄洪區(qū)洼地的風(fēng)險度，根據(jù)啟用標(biāo)準(zhǔn)、淹沒水深和淹沒歷時，提出了計算公式：R ＝10×φ×H/N。

式中，R 為風(fēng)險度；H 為不同風(fēng)險區(qū)淹沒平均水深；N 為運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，重現(xiàn)期，年；φ 為淹沒歷時修正系數(shù)，取1.0～1.3。依據(jù)計算成果，對行蓄洪區(qū)劃分風(fēng)險等級。

研究結(jié)果表明，淮河中游行蓄洪區(qū)總體上均為重度風(fēng)險區(qū)，但由于水深的不同，某一個行蓄洪區(qū)內(nèi)又可分為重度、中度和輕度風(fēng)險區(qū)三類（見圖2）。以城西湖為例，沿崗河以北片為重度風(fēng)險區(qū)，沿崗河以南高程25m 以下地區(qū)為中度風(fēng)險區(qū)，高程25m以上地區(qū)為輕度風(fēng)險區(qū)。風(fēng)險等級的劃分，可為行蓄洪區(qū)安全設(shè)施建設(shè)和群眾安置方式提供建設(shè)導(dǎo)向與布局，為風(fēng)險管理奠定基礎(chǔ)。

4.3 構(gòu)建了行蓄洪區(qū)運(yùn)行狀況評價指標(biāo)體系和方法，定量分析了行蓄洪區(qū)運(yùn)用狀況，提出了行蓄洪區(qū)安全設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

基于典型行蓄洪區(qū)調(diào)查和水動力學(xué)模型，從防洪減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、政策管理等5 方面19 子項94 個因子對行蓄洪區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行評估，建立了運(yùn)行狀況評價體系和方法。研究表明，安全設(shè)施狀況、居住地安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、土地利用等是制約行蓄洪區(qū)運(yùn)行和發(fā)展的主要因素。研究評價方法系統(tǒng)科學(xué)、評價因子之多在國內(nèi)外尚屬首次。

圖1 淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)研究示范圖

基于行蓄洪區(qū)洼地的風(fēng)險度，本研究提出了不同風(fēng)險區(qū)的安全設(shè)施建設(shè)導(dǎo)向和群眾安置方式。研究還提出了行蓄洪區(qū)洼地安全設(shè)施的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 提出了生態(tài)導(dǎo)向梯級治理模式，豐富完善了沿淮洼地水災(zāi)防治技術(shù)體系

針對洼地傳統(tǒng)治理模式存在的不足，提出了生態(tài)導(dǎo)向梯級治理模式。該治理模式以水災(zāi)風(fēng)險分析為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)治理區(qū)域的生態(tài)功能，在防治措施的布局上，因地制宜地分區(qū)域豎向布置水災(zāi)防治措施。其核心內(nèi)容為“生態(tài)導(dǎo)向、蓄泄兼顧；保留水面、退墾還湖；梯級治理、調(diào)整結(jié)構(gòu)；綜合治理、人水和諧”。以八里湖水災(zāi)防治為例。八里湖洼地南北高，中間洼，坡洼地地面高程20～26.5m。高地澇水采用高水高排，低洼地采取調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，梯級開發(fā)。24.5m （約合10年一遇）以上地區(qū)，通過開挖高排溝，實施高水高排；24.5～23.5m（約合10～5年一遇）地區(qū)通過開挖排水溝、興建控制水閘，做到水災(zāi)防治與水資源利用相結(jié)合，大力發(fā)展適宜農(nóng)業(yè)；23.5～22m（約合5～3年一遇）地區(qū)宜種植水稻，22～21m（約合3～2年一遇）高程地區(qū)宜種植水杉、杞柳等耐水作物；21m 以下地區(qū)則保留水面。

4.5 發(fā)表了學(xué)術(shù)論文，培養(yǎng)了科技人才

圍繞本項研究共發(fā)表論文17 篇，其中國家級核心期刊7 篇，由中國水利水電出版社出版《淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地水災(zāi)防治實踐與探索》專著1 部。結(jié)合本項目研究培養(yǎng)博士研究生1 名、碩士研究生2 名。

5 成果創(chuàng)新點

5.1 首次提出了頂托敏感系數(shù)法，定量分析洪水頂托效應(yīng)

應(yīng)用水動力數(shù)學(xué)模型，首次采用頂托敏感系數(shù)法定量分析干流水位對沿河洼地排澇的頂托效應(yīng)，頂托敏感系數(shù)是指下游水位每抬高1 個單位（一般以10cm 計）影響上游不能自排面積的增加值占全部澇區(qū)面積的百分?jǐn)?shù)B ＝（△A/A）/△H×100%。方法填補(bǔ)了在洪澇關(guān)系研究中定量分析頂托影響的空白，為科學(xué)制定干支流整治標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化干支流防汛調(diào)度提供了技術(shù)支撐。

5.2 提出了洼地水災(zāi)風(fēng)險等級評價技術(shù)，構(gòu)建了洼地水災(zāi)風(fēng)險評價體系

首次采用防洪標(biāo)準(zhǔn)與淹沒水深兩因子的分析方法計算風(fēng)險度R ＝10×φ×H/N，劃分洼地水災(zāi)風(fēng)險等級，從水災(zāi)危險性和受體脆弱性（經(jīng)濟(jì)脆弱性、社會脆弱性和承災(zāi)能力）兩個方面構(gòu)建了洼地水災(zāi)風(fēng)險評價體系，采用專家篩選指標(biāo)和綜合分析法相結(jié)合的方法，對區(qū)域水災(zāi)風(fēng)險度進(jìn)行了評價，為水災(zāi)風(fēng)險管理奠定了基礎(chǔ)。該創(chuàng)新點中風(fēng)險等級評價技術(shù)被《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》（GB50773-2012）采用。

5.3 提出了行蓄洪區(qū)洼地運(yùn)行狀況評價技術(shù)方法，構(gòu)建了評價指標(biāo)體系

采用水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型定量評價行蓄洪區(qū)洼地蓄、行干流洪水的運(yùn)行狀況，以防洪減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、政策管理等五個方面19 子項94 個因子構(gòu)建了行蓄洪區(qū)洼地運(yùn)行狀況評價指標(biāo)體系。首次多角度、多方向定量與定性相結(jié)合評價行蓄洪區(qū)洼地運(yùn)行狀況，并提出安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為2007年淮河洪水“泄、蓄、行”等科學(xué)調(diào)度和行蓄洪區(qū)洼地運(yùn)用管理提供了技術(shù)支撐。該創(chuàng)新點中安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)被《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》（GB50773-2012）采用。

5.4 提出了基于風(fēng)險分析的生態(tài)導(dǎo)向梯級治理模式與技術(shù)，完善了洼地水災(zāi)防治技術(shù)體系

提出了生態(tài)導(dǎo)向梯級治理模式與技術(shù)，以風(fēng)險分析為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)治理區(qū)域的生態(tài)功能，將水災(zāi)防治與水資源利用、水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)有機(jī)結(jié)合，分區(qū)域豎向布置水災(zāi)防治措施，達(dá)到減災(zāi)目的。提出了以工程措施、管理措施和生態(tài)措施相結(jié)合的水災(zāi)防治技術(shù)體系，豐富完善了沿淮洼地水災(zāi)治理理論和技術(shù)體系。該模式與技術(shù)為安徽省淮河流域洼地治理規(guī)劃設(shè)計提供了理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

6 成果獲獎及推廣應(yīng)用情況

整合“淮河行蓄洪區(qū)和易澇洼地減災(zāi)技術(shù)研究及示范”及參研單位多年對沿淮洼地研究成果，《沿淮洼地水災(zāi)防治關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用》獲得淮河水利委員會2014年度科學(xué)技術(shù)一等獎、安徽省2014年度科學(xué)技術(shù)二等獎。研究成果已應(yīng)用于《淮河流域重點平原洼地除澇規(guī)劃》和《淮河流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》的編制和相關(guān)工程的建設(shè)中，還推廣應(yīng)用于長江、海河等流域的水災(zāi)防治的工程實踐，部分成果被國家標(biāo)準(zhǔn)《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》（GB50773-2012）引用，社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著。研究成果可為類似區(qū)域水災(zāi)防治提供重要的理論支持和科學(xué)指導(dǎo)，應(yīng)用前景廣闊。

圖2 洼地水災(zāi)風(fēng)險等級圖

6.1 在流域防洪治澇規(guī)劃及工程建設(shè)中得到應(yīng)用

本項目研究成果已應(yīng)用于淮河流域水災(zāi)防治規(guī)劃與建設(shè)中，發(fā)揮了顯著的防災(zāi)減災(zāi)效益。應(yīng)用該成果編制的淮河流域平原洼地除澇規(guī)劃、安徽省淮河流域排澇規(guī)劃已分別經(jīng)水利部和安徽省人民政府批準(zhǔn)；研究成果應(yīng)用于總投資12 億元的淮河流域重點平原洼地治理工程外資項目，已產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益；生態(tài)導(dǎo)向梯級治理模式及技術(shù)應(yīng)用于西淝河、高塘湖等沿淮洼地治理的規(guī)劃與建設(shè)中，其中高塘湖治理采用該成果，較傳統(tǒng)模式治理節(jié)省投資1.2 億元。采用本項目研究成果，使工程規(guī)劃方案更加科學(xué)合理，工程措施布局更加完善；同時，縮短了前期工作論證時間，節(jié)省了前期論證費(fèi)用。研究成果已應(yīng)用于潁上縣八里河、鳳臺縣港河、永幸河等洼地治理實踐中，取得了良好的效果。

6.2 在流域洪水調(diào)度中得到應(yīng)用

根據(jù)研究成果，對淮河洪澇水安排提供了技術(shù)支撐、提高了防汛調(diào)度方案的合理性；提出的洪澇水風(fēng)險管理，使得居住在低洼地群眾能及早轉(zhuǎn)移，減輕洪澇災(zāi)害損失。在2007年淮河、潁河等洪水調(diào)度中得到應(yīng)用，減少了兩岸洼地的淹沒面積和水災(zāi)損失。

6.3 研究成果被國家標(biāo)準(zhǔn)《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》（GB50773-2012）引用

洼地風(fēng)險等級評價技術(shù)、安全設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等研究成果被《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》直接引用，有力推動了水利行業(yè)科技進(jìn)步。

6.4 在長江流域洞庭湖區(qū)、海河流域等其他流域的蓄滯洪區(qū)規(guī)劃與建設(shè)中得到應(yīng)用

本研究成果還可為類似地區(qū)的除澇綜合治理提供借鑒，對于全國其他流域的蓄滯洪區(qū)規(guī)劃建設(shè)，尤其是在全國治澇規(guī)劃建設(shè)，都將有很強(qiáng)的借鑒意義，推廣應(yīng)用前景廣闊■