淮河安徽段河道特性及河床演变
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水系系列——淮河水系一、流域概况淮河是位于中国长江和黄河之间的大河。
洪泽湖以下为淮河下游,水分三路下泄。
主流通过三河闸,出三河,经宝应湖、高邮湖在三江营入长江,是为入江水道,至此全长约1,000公里,流域面积187,000平方公里;另一路在洪泽湖东岸出高良涧闸,经苏北灌溉总渠在扁担港入黄海。
第三路在洪泽湖东北岸出二河闸,经淮沭河。
淮河流域地处中国东部,介于长江和黄河两流域之间,流域面积27万平方公里。
流域西起桐柏山、伏牛山,东临黄海,南以大别山、江淮丘陵、通扬运河及如泰运河南堤与长江分界,北以黄河南堤和沂蒙山与黄河流域毗邻。
流域地跨河南、安徽、江苏、山东及湖北5省,由于历史上黄河曾夺淮入海,现状淮河分为淮河水系及沂沭泗水系,废黄河以南为淮河水系,以北为沂沭泗水系。
整个淮河流域多年平均径流量为621亿m³,其中淮河水系453亿m³,沂沭泗水系168亿m³。
淮河干流发源于河南省桐柏山,全长1000km,总落差196m,平均比降0.2‰。
淮河发源于河南省南部的桐柏县与湖北省随州市随县的淮河镇的交界处,干流全长1000km。
流域西部、西南部及东北部为山区、丘陵区,其余为广阔的平原。
流域内除山区、丘陵和平原外,还有为数众多、星罗棋布的湖泊、洼地。
淮河发源于河南省桐柏县的桐柏山,大体自西向东流,经过河南省南部、安徽省北部、江苏省北部,至江苏省江都县三江营注入长江,河道全长1000公里。
流域西以河南省西部的伏牛山脉与黄河的支流伊洛河流域及长江的支流汉水流域分界;北以从河南省郑州至兰考的黄河南堤和从兰考到废黄河口的废黄河南堤与沂沭泗流域分界;南以桐柏山脉、大别山脉及通扬运河、东串场河与长江中下游北岸的汉水、皖河、巢湖、滁河等水系分界;东濒黄海。
流域总面积18.7万平方公里,其中安徽省6.69万平方公里,占35.8%。
由于里运河以东、废黄河以南、通扬运河及东串场河以北的苏北平原,共计有22440平方公里面积,水流向东直接入海,淮河干流实际汇水面积为16450平方公里。
淮安主要水系湖泊及其演变情况刘颖历史学院041301018淮河流域以废黄河为界,分为淮河水系和沂沭泗水系。
因淮河入海故道被黄河淤废,从此淮河不能直接入海,由于黄河夺泗夺淮,使泗、沂、沭河水无出路,侵占苏北的排涝河道入海。
洪泽湖以下的淮河入江水道逐步形成高邮湖、宝应湖、白马湖水位抬高,面积扩大,而淮河下游运西、运东地区的水灾也日益加重。
在淮河水系内还有两条人工运河,沟通黄河、淮河、长江之间的水运。
一是鸿沟,是战国初期魏国开凿,从郑州东引黄河水,为沟通古代黄河和颍水的著名水道,向东可通济水、泗水、汶水、交通之利达于江淮,这是一条南北向的古人工运河。
二是邗沟,公元前486年(周敬王三十四年)吴王夫差在今江苏扬州市蜀岗邗城,开凿长江与淮河之间运河,称为邗沟。
当时的邗沟路线,南自长江茱萸湾引水,经樊梁、武广、博芝、射阳、白马诸湖至淮安末口入淮河与泗、汴相通。
邗沟又称为运河。
原运河、清江浦河间通航,需由淮安末口转口。
明代后期,运河在城西掉头,向北直通清江浦河,形成南起扬州、北至淮阴(今淮阴县码头镇)连通江淮的顺直运河。
清代,为有别于中运河,淮阴、扬州间运河改称里运河。
黄河水系中,徐州至淮阴段,兼作运河,是南北大运河中“咽喉命脉所关,最为紧要”的一段,明嘉靖以后何患多集中在本段。
隆庆时,河工重点已经“不在山东、河南、丰、沛,而在徐、邳”。
万历6、7年潘季驯第三次任总河时,主要致力于本段的治理,并取得了一定的效果。
大清后继续推行潘季驯的治河方针,于是河床不断被抬高。
淮阴至河口段。
今江苏淮安市西是当时黄淮交汇口,又称清口。
由于“黄强淮弱”,汛期到来时,黄河水往往倒灌由清口进入洪泽湖,洪泽湖水抬高后,就易决破高家堰,泻入里下河地区。
同时由于全河夺淮后长期待的堆积,致使入清以后,决溢地点逐渐下移。
康熙十六年勒辅出任河道总督之初,即将治河的重点放在清口以下的河口段。
18世纪以后黄河下游河道已淤废不堪,防御不慎,就会发生决口。
淮河的生成、演变及其特征一、黄淮海区域地质背景与地貌分异1.区域范围黄淮海区域范围为我国的第二大平原——黄淮海平原,以黄河、淮河和海河三条河流东流入海前沉积的一个广阔平原而得名。
根据地貌学的观点,按照地表形态、地质构造、地表组成物质以及流域水系的变化等原则,黄淮海平原划定的界线为:北起燕山山脉的南麓;南抵桐柏山、大别山的北麓,以江淮流域的低分水岭为界;西起太行山、秦岭的东麓,东面包围鲁中南山地,临渤海、黄海。
从行政区划上看,黄淮海平原包括全部天津市,北京市、河北省、河南省的大部分以及山东的西北、西南部与江苏、安徽两省淮河以北部分。
[1]黄淮海平原大体以黄河为轴线,往南到淮河,属淮河水系,通称黄淮平原;往北到燕山山麓,西迄太行山麓,属海河及滦河水系,通称海河平原。
[2]2.地质背景2.1 地质构造与断裂带从地质构造上看, 黄淮海平原的基础是一个受燕山运动影响、于白垩纪前后形成的断陷盆地。
该盆地在喜马拉雅运动和新构造运动期间继续下陷,沉积了厚达三四千米的第三纪地层和厚达三四百米的第四纪散松沉积物。
沉积物总厚度最大可达5000米以上,小者也有1500米左右。
各地堆积厚度不等,是因为平原下的基岩还有次一级的拗陷与隆起构造。
在新华夏构造体系中,黄淮海平原主要位于两条沉降带上:松辽-黄淮海平原沉降带和黄海-苏北平原沉降带。
因此,黄淮海平原是一个新生代的巨大凹陷盆地,拗陷最深部分偏居西部,即靠近太行山山麓地带。
晚侏罗世时,黄淮海平原范围内有一些分散的小盆地,其中接受了红色碎屑岩、火山岩和暗色泥沙岩的沉积。
白垩纪初,开始进入盆地发展时期,直到现在,拗陷与沉积仍在活跃进行中。
老第三纪时还有若干孤立的小盆地,新第三纪时平原才连成一片[3]。
2.2 地质构造及其对水系发育的影响黄淮海平原下伏的隐伏断裂活动,对水系产生深远影响。
河流流向、河道偏移、河流决口、湖泊形成等等方面都受到断层活动的影响;新构造运动和松散软弱的地盘,直接或间接地增加黄河的活动性;大水系间没有坚硬的分水岭,助长了黄河的游荡性。
第二节安徽的河流与湖泊安徽水系属淮河、长江和钱塘江三大流域。
三大干流接纳较大的支流有30多条,次级支流1000多条。
安徽湖泊众多,总数多达500多个,其中万亩以上湖泊35个,主要分布于长江与淮河两岸。
还有4200多座水库及大量塘坝等。
总水面1600〜1700万亩。
众多的河、湖,广阔的水面,蕴藏着丰富的水资源,水利、水力和水产资源,为农田灌溉、航运、发电及淡水养殖提供了优越条件。
一、长江下游水系长江入安徽境内呈西南一东北流向,沿途流经宿松、望江、东至、怀宁、安庆、桐城、枞阳、贵池、铜陵、无为、繁昌、芜湖、和县、当涂、马鞍山等县、市,长约400km,故称800里皖江,流域面积66000km2,占全省总面积的47.4%。
长江下游河床比降小,水流平缓,沙洲、汉道发育,沿岸地势低平,江岸变化较大。
长江水量丰富,年际变化幅度相对较小,如大通站正常年平均流量为29200m3/s。
丰水年1954年为43100m3/s,干旱年1978年为21400m3 / s。
年内分配也相对均匀。
长江大通站径流正常年内分配最大值出现于7月,达49300m3/s;最小值出现于1月,为10300m3 / s。
江流含沙量相对较小,终年不冻,航道条件优越,但每年汛期受上、中游洪水及下游海潮顶托,加上暴雨、台风影响,防汛任务很重。
安徽长江南岸较大支流有黄湓河、秋浦河、九华河、青弋江、水阳江等,流域面积约30100km2,占境内长江流域总面积的45%。
北岸支流有华阳河、皖河、菜子湖水系、陈瑶湖水系、巢湖水系、滁河等,流域面积约35900 km2,占省内长江流域面积的55%。
主要支流概况见表5-10。
青弋江上源称清溪河,发源于夥县境内,陈村水库以下称青弋江,流经石台、黄山区、泾县、南陵、芜湖县,在芜湖市长河口注入长江,长约275km。
水阳江上源称西津河,发源于绩溪县东北部山区,在宁国县城北汇中津河、东津河后称水阳江,至宣城新河庄以下分东、西两支,北流至当涂县内的乌溪镇附近会合后又分两支,东支称姑溪河,西支称青山河,两河在当涂城南再度合并向西流注长江,干流长254km。
安徽水系—淮河流域安徽地形图安徽省地形主要由平原和山地两部分组成,平原有淮北平原和长江中下游平原,山地主要有西部的大别山区和长江南岸的九华山、黄山。
独特的地形特征形成了安徽省的三大流域,分别是淮河流域、长江流域、钱塘江流域。
淮北水系淮北水系密密麻麻,许多河流都发源于河南省,沿着西北-东南方向最终注入淮河,涡河、颍河、浍河、西淝河等都是淮河北岸其中的代表。
在淮河南侧,发源于大别山的淠河(pì hé)是淮河东安支流的重要代表。
下面我将详细写一下涡河、颍河和淠河。
颍河和涡河1.涡河和颍河。
涡河沟通豫皖两省的一条区域性大河,它发源于河南省开封市祥符区,东南流经开封、通许、扶沟、太康、柘城、鹿邑和安徽省亳州、涡阳、蒙城,于蚌埠市怀远县城附近注入淮河。
颍河的上游有两个源头,沙河和颍河,所以也有很多人称呼颍河为沙颍河,颍河是淮河的最大支流,它发源於河南省登封县嵩山,经周口市、安徽省阜阳市,在颍上县沫河口注入淮河。
从地图上看,涡河和颍河好似两条平行线,从河南的山直插安徽的淮河在安徽西北阜阳、亳州,下辖许多的人口大县,临泉县户籍人口230万、颍上县户籍人口180万、太和县178万,为什么在这一区域会产生如此多的人口大县,原因就是这密密麻麻的淮北水系网,有充足水源才能养活足够多的人口,这是亘古不变的道理。
2.淠河。
淠河,古称沘水、白沙河,是淮河右岸的主要支流之一,位于安徽省西南部,发源于岳西县和金寨县境内的大别山北麓。
流经霍山县、岳西县、六安市(霍邱县),淮南市(寿县),于寿县正阳关入淮河。
除了以上河流之外,淮河右岸还有一些湖泊值得一提,分别是霍邱县的城东湖和城西湖,寿县的瓦埠湖。
池河流域3.在安徽省东部的滁州市,有这样一条河流不能被忽略,它就是池河。
池河源出定远县西北大金山东麓,流经定远、明光两县,最终于苏皖交界的洪山头注入淮河。
池河是滁州定远县、明光市重要的水上通道和灌溉水源,虽然池河很小,容易被忽略,但是对于定远和明光人来说,池河的重要性不言而喻。
淮河安徽段河道特性及河床演变虞邦义倪晋安徽省·水利部淮委水利科学研究院安徽省水利水资源重点实验室摘要:淮河安徽段历来是淮河治理的重点和难点。
本文根据多年实测资料,分析了本段的来水来沙特性;从平面形态、纵剖面形态,断面形态三个方面,分析了本段的河道基本特性;采用输沙量差法和断面法分析了本段河道冲淤规律;利用近期局部河段实测断面资料,初步分析了人工采砂对河床演变的影响,为加强淮河安徽段的河道管理提供了参考。
关键词:淮河安徽段,河道特性,河床演变一、基本情况淮河发源于河南桐柏山,流经豫、皖、苏三省,全长1000km,流域面积×104km2。
淮河干流洪河口以上为上游,洪河口至洪泽湖出口中渡为中游,中渡以下至三江营为下游入江水道。
淮河安徽段,处于淮河中游,上自豫、皖交界的洪河口起,下至皖、苏交界的洪山头止,河道长度428km,流域面积×104km2。
淮河主要支流均在本段汇入干流,南岸主要支流史灌河及淠河均发源于山区或丘陵区,源短流急,其流域面积在6000~7000km2之间;北岸沙颍河为最大的支流,流域面积约×104km2,其它较大的支流还有洪汝河,涡河,其流域面积大于1×104km2。
行蓄洪区是淮河防洪体系的重要组成部分,起着蓄滞和分泄洪水的作用。
淮河干流安徽段沿程现有行蓄洪区20处,其中蓄洪区4处,总面积1853km2;行洪区16处,总面积1142km2。
淮河安徽段河势及行蓄洪区位置如图1所示。
图1 淮河安徽段河势及行蓄洪区位置示意?收稿日期:2011-**-**基金项目:水利部现代水利科技创新项目“淮河干流河相关系和整治方向研究”(XDS2007-1)作者简介:虞邦义,(1962-)男,安徽宿松人,博士,教授级高工,主要从事水力学及河流动力学研究。
E-mail:二、来水来沙特性1、径流时空分布从来水量的空间分布来看,北部主要支流洪汝河、沙颍河、涡河各入淮控制站以上集水面积总和占吴家渡以上集水面积的51%,径流量总和占吴家渡径流量的29%;南部主要支流史灌河,淠河各入淮控制站以上集水面积总和占吴家渡以上集水面积的8%,径流量总和占吴家渡径流量的20%。
淮河安徽段南北主要支流集水面积相差43%,径流量只相差9%。
从径流量的沿程变化来看,从王家坝~鲁台子140km的河段内,集水面积增加了×104km2,占吴家渡以上的%,径流量增加×108m3,占吴家渡径流总量的44%。
中游来水主要集中在正阳关附近入淮,故有“七十二水通正阳”之说。
淮河安徽段径流量的年内分配极不均匀,汛期径流量约占年总量的56%~70%,淮北支流的集中程度高于淮南支流。
径流量最大与最小年倍比十分悬殊,年径流变差系数较大,一般在~之间,并呈现自南向北递增,平原大于山区的规律。
各年代平均值○11950年代,均值333×108m3○21960年代,均值281×108m3○31970年代,均值222×108m3○41980年代,均值307×108m3○51990年代,均值205×108m3○62000年后,均值324×108m3图2 淮干吴家渡径流量逐年代变化1950年~2007年吴家渡站实测年径流量逐年代变化见图2。
由图可知,吴家渡多年实测平均径流量×108m3,各年代平均径流量由大到小的排序依次为1950年代、2000年后、1980年代、1960年代、1970年代、1990年代。
通过对淮河安徽段干支流主要测站不同年代平均值的统计和对吴家渡1950年~2007年径流量资料的指数平滑和聚类分析均得出:淮河安徽段径流量无明显增加或减少的趋势[1]。
2、泥沙时空分布从来沙量的空间分布来看,上游息县来沙占吴家渡来沙的31%;北部主要支流,洪汝河、沙颍河、涡河来沙总量占吴家渡来沙69%;南部主要支流史灌河来沙占吴家渡来沙10%。
淮河安徽段南北支流输沙量差别较大,本段泥沙主要来源于淮北支流,其次是淮河干流上游。
输沙量的年内分配过程与径流量大体一致,但较径流量更为集中。
汛期输沙量约占年总量的73~84%。
淮河安徽段泥沙最大最小年倍比悬殊,年际变差较大。
吴家渡最大最小年的比值为156倍,变差系数为。
将吴家渡站1950年~2007年含沙量、输沙量按不同年代平均值进行统计,见图3和图4。
从图中可以看出,吴家渡站含沙量逐年代减少;输沙量从1950年代~1990年代逐年代减少,而2000年后由于水量较丰,输沙量比1990年代有所增加。
各年代平均值○1950年代,均值0.47 kg/m3○1960年代,均值0.46 kg/m3○1970年代,均值0.38 kg/m3○1980年代,均值0.25 kg/m3○1990年代,均值0.17 kg/m3○2000年后,均值0.16 kg/m3图3 吴家渡含沙量逐年代变化各年代平均值○11950年代,均值1578×104t○21960年代,均值1295×104t○31970年代,均值839×104t○41980年代,均值781×104t○52000年后,均值523×104t○61990年代,均值342×104t通过对淮河安徽段干支流主要测站不同年代含沙量及输沙量资料平均值的统计和对吴家渡站1950年~2007年含沙量及输沙量资料的指数平滑和聚类分析均得出:淮河安徽段泥沙呈逐渐减少的趋势[1]。
3、水面比降变化采用两个典型年(2003年大洪水年和2005年中等洪水年)的水位资料对近期淮河干流安徽段王家坝~花园咀长河段水面比降的变化规律进行分析。
选择涨落影响较小,水位基本稳定的时段以确定高、中水面比降。
-4段高、中水位的水面比降比较平缓,一般在×10-4~×10-4之间;第二、高、中水位(特别是高水)的水面比降,正阳关以下河段明显大于以上河段,说明正阳关以下河道泄流能力较低。
-4进一步分析短河段水面比降(表2)可以得出:正阳关以下河段中尤其以蚌埠闸~吴家渡、临淮关~五河和小柳巷~花园咀三段比降偏大值尤为突出,阻水现象严重,应引起重视[1]。
三、河道基本特性1、平面形态淮河干流安徽段以顺直微弯河型和弯曲河型为主[2]。
由表3可以看出,河道主槽平均宽度总体趋势是沿程不断增大,相对而言,正阳关以上滩地宽度沿程增加,正阳关以下滩地宽渡却沿程减少。
对比各段滩槽宽度比可以看出,润河集至正阳关最大,浮山至洪山头最小,两者相差近12倍。
2、纵剖面形态从1992年淮干中游深泓纵剖面(图5)可以看出,本段纵剖面为下凹型,总的趋势是以浮山为转折点,洪河口至浮山段,平均深泓沿程降低,呈正比降;浮山至洪山头,平均深泓沿程增大,呈负比降。
3、断面形态横断面的宽深比通常采用平滩河相系数)/(H B =ξ来反映,从表4可以看出,淮河干流安徽段平滩河相系数沿程变化范围较小,河段平均值约为,浮山以上相对窄深,浮山以下较为宽浅。
四、河道冲淤规律1、沿程冲淤规律根据水文测站布置,采用输沙量差法分三段计算河道冲淤。
由于沿程各站泥沙测验时间不一致,统一按1985年~2005年进行统计,以便于同比分析。
从表5可以看出,淮河干流安徽段三段河道中:王家坝~鲁台子段表现为淤积,鲁台子~吴家渡段和吴家渡~小柳巷段河道表现为冲刷。
整个河段1985年~2005年21年间共淤积×104t,多年平均淤积×104t 。
2、年际冲淤规律以鲁台子~吴家渡河段为例,采用输沙量差法分析其年际冲淤变化趋势,将逐年输沙量差值按不同年代各年代平均值进行统计(正为淤积,负为冲刷),具体结果见图6。
由图可知,该河段各年代平均淤积量逐年代递减,至1980年已由淤转冲,2000年后冲刷量最大,平均每年冲刷×104t ,见图6。
3、滩槽冲淤规律采用断面法分析分三段分析1971年~1999(2001)年间淮河干流安徽段主槽和滩地的冲淤的分布,具体见表6。
由表可知,淮河干流安徽段主槽微冲,滩地微淤,滩槽冲淤相抵,整体呈微冲状态。
五、人工采砂对河床演变的影响淮河干流河道采砂始于1980年代后期,1990年代后期已形成一定的规模,2000年以后,淮河采砂船只不断增多,滥采乱挖现象日趋严重。
近期对中游局部河道进行加密测量发现,人工采砂对河床变形的影响远大于自然演变的影响,已带来一系列的问题。
1、纵向变形根据吴家渡站和小柳巷站2001年~2008年各年的输沙量以及输沙差值,累计输沙差值为冲刷×104m3(由于小柳巷站位于浮山以下7km,这7km河段冲淤变化较小,因此可认为吴家渡~小柳巷河段的输沙总差值即为吴家渡~浮山间的输沙总差值)。
对比断面法同时间段吴家渡~浮山河段下切总量5618×104m3,见表7。
输沙法与断面法计算的冲刷量差值×104m3即可认为是河段的人工采沙量。
它相当于该河段输沙总差值的倍,人工采沙对河道的影响已大大超出河道的自然演变。
上述分析表明淮河中游河道自然演变比较缓慢,人工采沙使得局部河段河床下切剧烈。
432、横向变形将鲁台子至新城口、蚌埠闸至浮山两段近年来实测或设计断面套绘在一起,从套绘的成果看,受人工采砂的影响,部分断面在下切的同时,主槽有展宽的趋势。
典型断面见图7、图8。
图7 HE419(洛河洼下口门附近) 图8 HD66(方邱湖进口附近)六、结论与建议1、淮河安徽段水沙空间分布不均,径流主要在正阳关附近汇入,泥沙主要来源于淮干上游和淮北主要支流。
水沙年内集中汛期输送,年际变化大,近60年来,在径流量未出现系统增加或减少的情况下,本段含沙量与输沙量呈逐年代减少趋势。
2、淮河干流安徽段以顺直微弯河型和弯曲河型为主,正阳关以上滩槽宽度比沿程增大,正阳关以下滩槽宽度比沿程减少;河床纵剖面呈下凹型,浮山以上呈正比降,浮山以下呈倒比降;断面平滩河相系数在附近,浮山以上相对窄深,浮山以下较为宽浅。
3、淮河安徽段王家坝~鲁台子段表现为淤积,鲁台子~吴家渡段和吴家渡~小柳巷段河道表现为冲刷;各河段刷槽淤滩规律明显,此外,随着泥沙的持续减少,河道的冲淤特性向着冲刷河段冲刷程度逐渐增加(或淤积河段淤积程度逐渐减弱)的方向调整。
4、淮河安徽段自然演变比较缓慢,人工采沙使得局部河段河床下切剧烈,主槽展宽,河床的稳定性减少。
建议结合河道疏浚,有计划、有选择的制定采砂方案。