淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术研究及示范

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

水灾是我国最严重的自然灾害，平均每年造成的损失高达800～1100 亿元。由于受历史上黄河长期夺淮及洪泽湖水位顶托的影响，淮河中游沿淮洼地是整个淮河流域及安徽省水灾最为频繁的地区，平均每年造成的损失达10 亿元以上。该区域有耕地1000 万亩，汛期常受淮河干流洪水顶托，加上区间洪涝水汇入、抗灾能力低等因素，常形成“关门淹”，粮食产量波动大，受灾人口多，水灾年份平均粮食减产达8.3%，大水年份超过30%。沿淮洼地中，行蓄洪区面积占1/4，多数低标准行蓄洪区5—8年运用一次，远高于全国其他流域蓄滞洪区运用频率。水灾严重制约了区域经济社会的发展。长期以来，对如何定量分析淮河干流洪水的顶托效应、确定洼地水灾风险等级评价技术，以及洼地治理如何从传统治理模式向现代治理模式转变等重大技术问题，缺少系统研究，国内外也没有成功的先例可资借鉴。

淮河行蓄洪区和易涝洼地是淮河流域洪涝风险最大的地区，区内人口多、人水争地现象严重，是淮河治理的难点，也是实现全面建设小康社会的瓶颈。为了探索淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术，并将这一技术推广应用，中水淮河规划设计研究有限公司会同安徽省水利水电勘测设计院和北京大学联合申报了水利部公益性研究项目“淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术研究及示范”。

2 研究拟解决的关键技术问题及科学意义

淮河行蓄洪区和易涝洼地是国家粮食主产区和重要的能源基地。受自然和特殊的地理条件的影响，该区域不仅是整个淮河流域洪涝灾害最为频繁、人地关系最为复杂的地区，也是经济发展水平较为落后的地区。水灾防治不仅是整个淮河流域水灾治理的重点和难点，也是我国治水难度最大的地区之一。因此，开展淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术研究，对有效减轻洪涝灾害损失，保障国家粮食安全，促进区域经济社会可持续发展，具有十分重要的意义。

根据淮河行蓄洪区和易涝洼地水资源利用、水环境保护、水生态建设及社会经济发展对水灾治理的新要求，迫切需要研究变化环境条件下的水灾形成机理、水灾风险评价体系、治理模式与治理技术。突出表现在：

（1）淮河易涝洼地分布范围广、面积大，类型多，涝灾成因复杂，尤其是沿淮洼地干支流洪涝关系复杂，干流洪水对支流和易涝洼地的影响缺少科学的分析方法，需要进行研究，探寻洪涝水规律及致灾原因。

（2）易涝洼地人水地矛盾突出，治理难度大，经济社会发展也对水灾防治提出了新的要求，亟需对已有的治理技术进行丰富和完善，提出行蓄洪区和低洼地综合治理的模式和技术，在洪涝水高风险地区综合治理的关键技术上取得突破。

（3）行蓄洪区和易涝洼地是水灾高风险地区，需要建立适应本区域特点的水灾风险等级划分标准及水灾风险评价体系和方法，为风险管理提供技术支撑。

（4）行蓄洪区洼地的运行状况缺乏科学的评价方法，需要建立多角度、多方向定量与定性相结合的行蓄洪区洼地运行状况评价指标体系和评价方法，对洪涝水高风险地区现状情况做出诊断和评估。

通过本项研究，提出淮河行蓄洪区和易涝洼地综合治理的模式和技术，在水灾高风险地区综合治理的关键技术上有所突破，引领水灾防治的方向。通过采用本研究成果，实施综合治理，可有效减轻行蓄洪区和易涝洼地的洪涝灾害，为保障国家粮食安全和淮河防洪安全，促进区域经济社会的发展做出贡献。

3 研究思路与技术路线

淮河行蓄洪区和易涝洼地地势低洼，外有洪水威胁，内受涝水困扰，常发生洪涝交织的状况，行蓄洪区承担着分洪与发展生产的双重任务。本项目研究针对沿淮洼地亟待解决的问题和社会经济发展要求，采用理论研究与实际应用相结合的办法，遵循基础信息收集—探讨技术路径—开展专题研究—提出研究成果—成果应用与总结的技术路线，对沿淮洼地的水灾特性及成灾机理开展研究，探寻洪涝水规律及致灾原因；通过典型年水灾调查，建立水灾频率与水灾损失关系；寻找新方法定量分析淮河干流洪水对洼地的顶托效应；提出洼地水灾风险等级判别标准，构建洼地水灾风险评价体系；结合洼地治理实践，提出洼地水灾防治的新技术。通过以上关键技术的研究及应用，达到防灾减灾的目的（见图1）。

4 主要研究成果

本研究围绕淮河行蓄洪区和易涝洼地水灾防治的关键技术问题，紧密结合生产实际需要，提出相关技术方案，取得丰硕成果。主要研究成果如下：

4.1 提出了顶托敏感系数法，定量分析顶托效应，揭示了洼地的水灾特性和成灾机理

首次提出了顶托敏感系数法，定量分析干流洪水对沿河洼地的顶托效应，在洪涝关系关键技术研究方面取得突破。顶托敏感系数（backwater sensitivity coefficient）是指下游水位每抬高1 个单位（一般以10cm 计）影响上游不能自排面积的增加值占全部涝区面积的百分数。计算公式：B=（ΔA/A）/ΔH×100%。

以淮河干流水位如何影响颍河下游两岸洼地排涝为例，首先建立淮河正阳关水位与沙颍河两岸洼地面积关系，然后逐次计算顶托敏感系数B。

分析表明，在淮河干流正阳关水位23.1～24.2m时，顶托敏感系数为30.0～43.2，显示正阳关水位在该区间对颍河下游两岸洼地顶托影响程度最大。此方法应用整个沿淮洼地，可指导淮河整治以及洪水调度降低干流水位的目标，优化工程布局和洪涝水调度方案，有效减少水灾损失。

本次系统地研究了洼地水灾分布、分类、灾情特点，分析了不同类型洼地的水灾特性和成灾机理。通过对典型洼地洪涝灾害损失调查分析，建立了沿淮洼地不同频率涝水与涝灾损失的关系，为水灾治理标准和措施的确定提供了技术支撑。造成沿淮洼地水灾严重的主要原因是降雨强度大和“关门淹”。

4.2 构建了沿淮洼地水灾风险评价指标体系和方法，提出了行蓄洪区洼地风险等级划分标准，为风险管理奠定基础

基于沿淮洼地自然、社会经济条件及抗灾能力等风险暴露度，首次以指标体系的方式对沿淮洼地水灾风险进行研究，从危险性和脆弱性两个方面筛选指标，将社会经济指标纳入指标体系中。采用专家筛选指标和综合分析法相结合的方法，对区域水灾风险度进行了评价。研究选择泥黑河洼地、高邮湖洼地、澥河洼地等10 片沿淮洼地进行水灾风险度评价。研究结论对因地制宜地安排水灾防治措施、开展风险管理具有指导意义。

对于行蓄洪区洼地的风险度，根据启用标准、淹没水深和淹没历时，提出了计算公式：R ＝10×φ×H/N。

式中，R 为风险度；H 为不同风险区淹没平均水深；N 为运用标准，重现期，年；φ 为淹没历时修正系数，取1.0～1.3。依据计算成果，对行蓄洪区划分风险等级。

研究结果表明，淮河中游行蓄洪区总体上均为重度风险区，但由于水深的不同，某一个行蓄洪区内又可分为重度、中度和轻度风险区三类（见图2）。以城西湖为例，沿岗河以北片为重度风险区，沿岗河以南高程25m 以下地区为中度风险区，高程25m以上地区为轻度风险区。风险等级的划分，可为行蓄洪区安全设施建设和群众安置方式提供建设导向与布局，为风险管理奠定基础。

4.3 构建了行蓄洪区运行状况评价指标体系和方法，定量分析了行蓄洪区运用状况，提出了行蓄洪区安全设施建设标准

基于典型行蓄洪区调查和水动力学模型，从防洪减灾、经济生产、社会发展、生态环境、政策管理等5 方面19 子项94 个因子对行蓄洪区运行状况进行评估，建立了运行状况评价体系和方法。研究表明，安全设施状况、居住地安全、农业生产条件、土地利用等是制约行蓄洪区运行和发展的主要因素。研究评价方法系统科学、评价因子之多在国内外尚属首次。

图1 淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术研究示范图

基于行蓄洪区洼地的风险度，本研究提出了不同风险区的安全设施建设导向和群众安置方式。研究还提出了行蓄洪区洼地安全设施的建设标准。

4.4 提出了生态导向梯级治理模式，丰富完善了沿淮洼地水灾防治技术体系

针对洼地传统治理模式存在的不足，提出了生态导向梯级治理模式。该治理模式以水灾风险分析为基础，强调治理区域的生态功能，在防治措施的布局上，因地制宜地分区域竖向布置水灾防治措施。其核心内容为“生态导向、蓄泄兼顾；保留水面、退垦还湖；梯级治理、调整结构；综合治理、人水和谐”。以八里湖水灾防治为例。八里湖洼地南北高，中间洼，坡洼地地面高程20～26.5m。高地涝水采用高水高排，低洼地采取调整种植结构，梯级开发。24.5m （约合10年一遇）以上地区，通过开挖高排沟，实施高水高排；24.5～23.5m（约合10～5年一遇）地区通过开挖排水沟、兴建控制水闸，做到水灾防治与水资源利用相结合，大力发展适宜农业；23.5～22m（约合5～3年一遇）地区宜种植水稻，22～21m（约合3～2年一遇）高程地区宜种植水杉、杞柳等耐水作物；21m 以下地区则保留水面。

4.5 发表了学术论文，培养了科技人才

围绕本项研究共发表论文17 篇，其中国家级核心期刊7 篇，由中国水利水电出版社出版《淮河行蓄洪区和易涝洼地水灾防治实践与探索》专著1 部。结合本项目研究培养博士研究生1 名、硕士研究生2 名。

5 成果创新点

5.1 首次提出了顶托敏感系数法，定量分析洪水顶托效应

应用水动力数学模型，首次采用顶托敏感系数法定量分析干流水位对沿河洼地排涝的顶托效应，顶托敏感系数是指下游水位每抬高1 个单位（一般以10cm 计）影响上游不能自排面积的增加值占全部涝区面积的百分数B ＝（△A/A）/△H×100%。方法填补了在洪涝关系研究中定量分析顶托影响的空白，为科学制定干支流整治标准、优化干支流防汛调度提供了技术支撑。

5.2 提出了洼地水灾风险等级评价技术，构建了洼地水灾风险评价体系

首次采用防洪标准与淹没水深两因子的分析方法计算风险度R ＝10×φ×H/N，划分洼地水灾风险等级，从水灾危险性和受体脆弱性（经济脆弱性、社会脆弱性和承灾能力）两个方面构建了洼地水灾风险评价体系，采用专家筛选指标和综合分析法相结合的方法，对区域水灾风险度进行了评价，为水灾风险管理奠定了基础。该创新点中风险等级评价技术被《蓄滞洪区设计规范》（GB50773-2012）采用。

5.3 提出了行蓄洪区洼地运行状况评价技术方法，构建了评价指标体系

采用水动力学数学模型定量评价行蓄洪区洼地蓄、行干流洪水的运行状况，以防洪减灾、经济生产、社会发展、生态环境、政策管理等五个方面19 子项94 个因子构建了行蓄洪区洼地运行状况评价指标体系。首次多角度、多方向定量与定性相结合评价行蓄洪区洼地运行状况，并提出安全建设标准，为2007年淮河洪水“泄、蓄、行”等科学调度和行蓄洪区洼地运用管理提供了技术支撑。该创新点中安全建设标准被《蓄滞洪区设计规范》（GB50773-2012）采用。

5.4 提出了基于风险分析的生态导向梯级治理模式与技术，完善了洼地水灾防治技术体系

提出了生态导向梯级治理模式与技术，以风险分析为基础，强调治理区域的生态功能，将水灾防治与水资源利用、水生态保护与修复有机结合，分区域竖向布置水灾防治措施，达到减灾目的。提出了以工程措施、管理措施和生态措施相结合的水灾防治技术体系，丰富完善了沿淮洼地水灾治理理论和技术体系。该模式与技术为安徽省淮河流域洼地治理规划设计提供了理论支持和技术指导。

6 成果获奖及推广应用情况

整合“淮河行蓄洪区和易涝洼地减灾技术研究及示范”及参研单位多年对沿淮洼地研究成果，《沿淮洼地水灾防治关键技术与应用》获得淮河水利委员会2014年度科学技术一等奖、安徽省2014年度科学技术二等奖。研究成果已应用于《淮河流域重点平原洼地除涝规划》和《淮河流域蓄滞洪区建设与管理规划》的编制和相关工程的建设中，还推广应用于长江、海河等流域的水灾防治的工程实践，部分成果被国家标准《蓄滞洪区设计规范》（GB50773-2012）引用，社会、经济和环境效益显著。研究成果可为类似区域水灾防治提供重要的理论支持和科学指导，应用前景广阔。

图2 洼地水灾风险等级图

6.1 在流域防洪治涝规划及工程建设中得到应用

本项目研究成果已应用于淮河流域水灾防治规划与建设中，发挥了显著的防灾减灾效益。应用该成果编制的淮河流域平原洼地除涝规划、安徽省淮河流域排涝规划已分别经水利部和安徽省人民政府批准；研究成果应用于总投资12 亿元的淮河流域重点平原洼地治理工程外资项目，已产生了显著的经济和社会效益；生态导向梯级治理模式及技术应用于西淝河、高塘湖等沿淮洼地治理的规划与建设中，其中高塘湖治理采用该成果，较传统模式治理节省投资1.2 亿元。采用本项目研究成果，使工程规划方案更加科学合理，工程措施布局更加完善；同时，缩短了前期工作论证时间，节省了前期论证费用。研究成果已应用于颍上县八里河、凤台县港河、永幸河等洼地治理实践中，取得了良好的效果。

6.2 在流域洪水调度中得到应用

根据研究成果，对淮河洪涝水安排提供了技术支撑、提高了防汛调度方案的合理性；提出的洪涝水风险管理，使得居住在低洼地群众能及早转移，减轻洪涝灾害损失。在2007年淮河、颍河等洪水调度中得到应用，减少了两岸洼地的淹没面积和水灾损失。

6.3 研究成果被国家标准《蓄滞洪区设计规范》（GB50773-2012）引用

洼地风险等级评价技术、安全设施建设标准等研究成果被《蓄滞洪区设计规范》直接引用，有力推动了水利行业科技进步。

6.4 在长江流域洞庭湖区、海河流域等其他流域的蓄滞洪区规划与建设中得到应用

本研究成果还可为类似地区的除涝综合治理提供借鉴，对于全国其他流域的蓄滞洪区规划建设，尤其是在全国治涝规划建设，都将有很强的借鉴意义，推广应用前景广阔■