淮河中游大型人工新河分洪效果分析

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000 中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230000）

1 概述

茨淮新河及怀洪新河是横亘在淮北平原上的两条大型人工河道，工程始建于20世纪70年代初，分别于1991年和2002年建成。其中茨淮新河全长134km，最大分洪流量2000m3/s，主要作用是遇沙颍河或淮河发生特大洪水时，分泄沙颍河洪水，尽量减少沙颍河来水对淮河干流的影响；怀洪新河是茨淮新河的接力河道，全长121km，最大分洪流量2000m3/s，其主要作用是分泄淮河干流洪水入洪泽湖，尽量减少上游来水对蚌埠以下河段的防洪压力。

茨淮新河及怀洪新河建成后，历经多次分洪，效益显著。为充分发挥两条人工新河的作用，进一步完善工程调度运行方案，本文利用淮河中游一、二维耦合水动力数学模型，分析模拟人工新河运用与干流水位的响应关系，系统评估典型年洪水条件下茨淮新河及怀洪新河实际运用的效果。

2 数学模型简介

淮河中游地势平缓、河网交错、行蓄洪区众多，相互之间的水力联系复杂，开展河道洪水演进的模拟研究是解析淮河干流洪水变化特性、合理安排治淮工程布局、实现洪水科学调度的关键所在。淮河中游的洪水演进方法可分为水文学和水力学两种，水文学方法通过马斯京根方法演算各断面的流量，然后用扩散波非线性水位法推求水面线；水力学方法的核心是求解圣维南方程组或浅水方程组，相对而言计算精度较高，但需要详细的河道地形资料。

虞邦义等基于对淮河中游大型河网水流运动的分析，利用MIKE水流模拟系统建立了淮河中游水动力数学模型。该模型采用一、二维嵌套的模型架构，对淮河中游河道、湖泊、行蓄洪区、水利工程枢纽等河网典型要素进行分别概化，将蓄洪区视为零维调蓄节点，将干支流河道水流运动处理成一维模型，将洪泽湖、沿淮行洪区、重要生产圩等宽浅水域处理成二维模型，通过堰闸等水工建筑物过流计算实现不同模型和不同区域的耦合。目前，该模型已初步应用于淮河中游河道整治及行洪区调整工程、沿淮重要区域洪水风险图绘制以及行蓄洪区优化调度等方面，为淮河进一步治理和保护提供了重要的技术支持手段。

鉴于该模型能客观反映淮河中游洪水运动规律，精确模拟各种调度方案对河网水动力所产生的影响，故本文采用其作为研究淮河中游大型人工新河分洪效果的计算工具。

3 实际分洪过程及效果分析

3.1 实际分洪过程

在2003年6月下旬～7月中旬期间，茨淮新河茨河铺闸共有3次运用过程，共分泄沙颍河洪水4.73亿m3，最大分洪流量1580 m3/s。具体分洪情况见表1。

2003年7月怀洪新河何巷闸共3次开闸分洪，总分洪水量17.18亿m3，最大分洪流量1670m3/s。具体分洪过程见表2。

3.2 分洪效果分析

图1为茨淮新河分洪与不分洪时正阳关的水位过程。从图中可以看出，茨淮新河若不分洪，正阳关第一次的洪峰水位将达26.78m，超保证水位0.38m，相应鲁台子洪峰流量为8532m3/s；第二次洪峰将达26.87m，超保证水位0.47m，相应鲁台子洪峰流量7889m3/s。两次洪峰保证水位以上的洪水历时将达137h。茨淮新河分洪后，正阳关洪峰水位及鲁台子洪峰流量均有所降低，其中第一次和第二次正阳关洪峰水位的降幅较明显，分别为0.33m和0.17m，相应鲁台子洪峰流量分别削减了642m3/s和270m3/s。上述计算表明，为保证淮干正阳关以下防洪安全，在2003年洪水期实时开启茨河铺闸分泄沙颍河洪水是十分必要的，效果也是明显的。

图2为怀洪新河分洪与不分洪时吴家渡的水位过程。从图中可以看出，怀洪新河若不分洪，吴家渡第一次洪峰水位将达22.52m，超保证水位（22.48m）0.04m，相应洪峰流量9422m3/s，第二次洪峰水位22.37m，相应洪峰流量8688m3/s。怀洪新河分洪后，吴家渡站洪峰水位将降低0.37～0.63m，洪峰流量也将减少350～850m3/s，且三次洪峰的水位均在保证水位以下。上述计算表明，2003年怀洪新河的适时分洪，为缓解蚌埠城市圈堤及淮北大堤的防汛压力起到了关键的作用。

表1 2003年6月下旬～7月中旬茨河铺闸分洪情况统计表

表2 2003年7月上旬～7月下旬何巷闸分洪情况统计表

表3 结果对比表

图1 2003年正阳关水位过程线图

图2 2003年吴家渡水位过程线图

4 水文学与水力学方法成果对比分析

《2003年淮河暴雨洪水》（以下简称文献1）采用水文学方法，分析了茨淮新河和怀洪新河2003年分洪的效果。表3给出了两者主要成果的对比情况，由表3可知，水文学及水动力模型在削减洪峰流量、降低洪峰水位以及缩短警戒水位以上历时等方面还存在一定的差异，初步分析原因主要有以下几点:

4.1 洪水演算方法

在分析人工新河不分洪时干流的洪峰流量时，文献1采用马斯京根法将茨河铺的实测分洪过程演算到鲁台子站，并与原鲁台子实测流量叠加。由于马斯京根法是在出流与槽蓄量单一函数关系的假定下导出的，是运动波的差分解，这种假定在河底比降较大的山区河道与实际基本符合，有足够的精度。而对于淮河中游平原河网地区，河底比降较小，洪水演进受上游来流、下游水位以及闸坝调控的联合作用，上述假定与实际情况有偏差。此种情况较宜采用动力波方程描述水流运动，即直接求解圣维南方程组。

4.2 经验相关关系

在分析人工新河不分洪时干流的洪峰水位时，文献1普遍采用了水位流量的相关关系及上下游水位的相关关系。受洪水涨落及回水顶托的影响，吴家渡的水位流量呈逆时针的绳套曲线，特别是遇到复式洪峰时，水位流量的绳套关系更加复杂。此外，正阳关站与鲁台子站的水位相关关系受鲁台子流量及其南北区间洪水组成的影响，十分复杂。简单的经验在相关处理上述复杂的情况是有难度的。

4.3 分洪之间的互相影响

在评估人工新河的分洪效果时，分洪过程效果应作为一个整体进行分析。这是由于一次分洪在削减本次洪峰流量，降低本次洪峰水位的同时，也改变了下一次分洪时河道的起涨水位等条件，因此，每次分洪的效果互相影响，很难截然分开。以怀洪新河2003年分洪效果为例，吴家渡第二次洪峰的削峰效果是何巷闸第一次和第二次分洪的综合作用，而吴家渡第三次洪峰的削峰效果则包含何巷闸三次分洪的综合作用。

5 结论与讨论

本文应用淮河中游一、二维耦合水动力数学模型重演了2003年典型洪水，研究了茨淮新河、怀洪新河的分洪效果，并与水文学方法的成果进行比较，初步讨论了两者差异的成因。研究表明，水力学模型能够更为精细地模拟淮河中游的水流运动，能有效地分析人工新河分洪的效果。今后可以将水文学及水力学方法相结合，补充分析闸坝调度对区域汇流条件的影响，以进一步提高调度效果评估的精度■