淮河中游河床倒比降的形成、演变与治理
摘要：淮河中游河床倒比降的形成机制有二：(1)淮河入洪泽湖河口形成与地貌演变；(2)洪泽湖湖底淤高。50年代以来，由于淮河中上游大量水库和蓄洪区的兴建、中游地区水土保持，使河流输沙量和含沙量不断减少，淮河中游河床处于侵蚀状态，河床倒比降又有新的。在严重的水资源紧缺形势面前，根治倒比降的关键措施是洪泽湖反季节运用、下游直流入海。
关键词：淮河 河床倒比降 入湖河口 湖泊淤积
① 废黄河口基面，下同。
1 前言
淮河发源于桐柏山地，经洪泽湖入长江后再注入东海，自河源至洪河口为上游段，洪河口至洪泽湖为中游段，洪泽湖以下为下游段(图1)。淮河以其中下游地区的严重洪涝灾害闻名于世，解放前“大雨大灾、小雨小灾、无雨旱灾”，是新成立后首条有计划全面治理的河流。经过五十年的治理，灾情有了明显缓解，但灾害的根源仍未根除。淮河中游洪涝灾害的原因之一，就是中游下段河床纵剖面倒比降导致的河道排泄能力不足。目前，洪泽湖湖底海拔10～11m①，位于河口的老子山处河床海拔9～10m，高出浮山处河床4～5m，呈明显的倒比降。但在公元12世纪以前淮河是一条河槽深广、畅流入海的清水河流，具有足够的排泄能力将其流域洪水排泄入海，其河口曾长期稳定在今淮阴以东的云梯关，潮流界位于今盱眙附近[1]。本文拟对淮河中游河床倒比降的形成、演化进行初步探讨，在此基础上提出治理建议。
|
2 淮河中游河床倒比降的形成机制
2.1 淮河入洪泽湖河口水下拦门沙与三角洲
公元12世纪以来，受黄河下游南泛夺淮入海影响，淮河水系发生了重大变迁，其中最显著的变化是现代洪泽湖的扩张与形成。洪泽湖是淮河流域最大的湖泊，汛期控制水位12.5m时湖面面积1597km2，在我国淡水湖中居第四位。洪泽湖是明清两代治黄保运工程的直接产物和组成部分，公元17世纪至18世纪初的靳辅及张鹏翮治水时期是其最重要的形成时期，在其形成后百余年中(1840s～1850s)湖水位以4cm/a的平均速度持续上升，同时具有大幅度的年内、年际变化；湖水位的年内、年际变化在湖以上河道产生大范围回水区，其上界又随水位的持续上升而不断上溯[2]。洪泽湖居淮河中、下游之间，其湖面成为淮河中游的侵蚀基准面，在河湖交汇处形成河流入湖河口，当湖面趋于相对稳定后即形成河流三角洲。
对资料分析表明，早在洪泽湖形成以后的湖面持续上升时期，淮河入洪泽湖河口就有水下拦门沙发育，只是其位置和高度随湖面变化而相应变化。乾隆五十年(公元1784年)汛期测量河口时发现：“金家冈迤西至打石山，河水俱深有丈余，大王庙迤东至龟山，水深竟至三丈以外，惟自金家冈至大王庙中间，现水深仍只有四五尺，水底稀淤深至六七八尺不等，……(稀淤)用篙探试系青灰色并不胶粘，……一竿可至底，随手拔起淤即淌卸，竿上仅存青色①。据此推断，当年拦门沙位于盱眙以北河段，拦门沙顶比上游河床高出2m以上，组成物质以青灰色粉、细砂为主，粘土含量很少。由于此年汛期洪泽湖高堰志桩水位仅2.4尺，低于常年3～4m，为极少见的枯水年份，因而正常年份拦门沙位置应更趋上游。值得注意的是，当时拦门沙外侧湖水深度比其上游大得多，这种状况直到湖面趋于稳定、水下三角洲迅速发育后才得到改变。
现代淮河入洪泽湖三角洲形成于公元1850年以来，因为此前100余年湖水位以4cm/a的速率快速上升，湖区范围不断沿河上溯；湖面上升引起淮河中游基准面上升，使大部分泥沙特别是推移质加积在中游河谷，不利于三角洲的形成。淮河入洪泽湖三角洲顶点位于浮山口附近，公元1880年时浮山以下已形成大柳巷滩、鲍家滩、寇家滩(图2a)②；到1921年时大柳巷等洲滩范围扩大，鲍家滩和寇家滩并岸，新形成冯公滩和赵公滩，另外在赵公滩以下有近20处水下浅滩形成(图2b)③；1938年黄泛前以上诸洲滩均已并岸，杨家滩、牛尾滩、河瓢滩、大西滩和尺顷地滩形成(图2c)[3]；1947年黄泛结束时又有大淤滩、淤滩、顺河滩、淮仁滩等形成，其中位于原湖心的大淤滩面积达200km2，另在老子山以上河道也有新的洲滩形成(图2d)[3]。显然，随着入湖三角洲的发育，入湖河口不断向湖推进，河口水下拦门沙也随之下降。
|
图2 淮河入洪泽湖河口、三角洲形成与演变 |
2.2 洪泽湖淤积
与入海河口不同，入湖河口拦门沙外侧为湖心滞水区，没有周期性的潮汐涨落、潮流往来，因而有利于细粒悬浮质河流输沙停积，使得湖底逐渐淤浅，到一定时间后湖底有可能高于拦门沙顶。公元1870年测量时洪泽湖底尚低于废黄河河床一丈至一丈五、六尺(合3～5m)④，而到1916年测量时湖底与废黄河河床海拔高度均为10m左右，湖底有厚达1丈5尺(合5m)的“稠淤”⑤，由此推算得年平均沉积速率在10cm/a以上。根据民国初年的测量，“洪泽湖底乃高于上游盱眙淮底二尺许，盱眙淮底又高于上游五河淮底五尺许，由五河口至寿县一带三四百华里之间淮底，几无倾斜，而五河稍东浮山附近之淮底，乃至低于洪泽湖底五丈有奇”⑥。1938～1947年间黄河南泛把约3.6亿m3泥沙带入洪泽湖，全湖沙洲平均淤高1～1.2m[4]。根据淮委近年的测量，洪泽湖底海拔10～11m，位于洪泽湖河口的老子山处河床海拔9～10m，高出浮山处河床4～5m(图3)。此外，洪泽湖底高出苏北里下河区近10m，是名符其实的地上悬湖。 |
|
洪泽湖底淤积同淮河入洪泽湖三角洲的发育密切相关，深受泥沙来源、洪泽湖动力条件和边界条件影响。淮河本是含沙量少的清水河流，是以古淮河河口能在云梯关附近稳定达数千年之久，但近800年黄泛中黄河把大量泥沙带到淮河中游地区，这些泥沙中的一部分又随地面径流进入河道，为淮河入湖三角洲发育提供了物质基础。浮山与对岸铁锁岭之间峡口是淮河中游河谷三大基岩束狭段之一，其束水效应必然导致束水段河床深切。浮山至龟山段湖区原系淮河河谷因湖水上溯淹没而成，实际上是淮河与洪泽湖之间的过渡地段，其平面轮廓受两岸地势控制，呈向下游逐渐展宽的反S形喇叭口状，有利于水流消能、泥沙停积。洪泽湖水位有幅度高达4m的季节性变化和大范围回水，有利于江心洲形成和河道分汊。另一方面，三角洲的发育又反过来引起水动力条件发生变化，特别是黄泛后湖心大淤滩的形成，使淮河入湖后向右偏转，经老子山下直达洪泽湖西南部。显然，随着淮河入洪泽湖三角洲的不断向前推进，洪泽湖终将被泥沙彻底充填，湖泊也随之成为河流；只是解放后三河闸的修建使湖水位回升，这种趋势才得以减缓。总之，在三角洲发育的同时，淮河入洪泽湖河口也处在不断变化过程中，其演化模式可概括为洲滩形成、河道分汊；与此同时，洪泽湖底逐渐淤高，湖泊河流化。正是这两种动力地貌演变过程，导致了淮河中游河床倒比降。
3 20世纪50年代以来河床倒比降的演变趋势
3.1 20世纪50年代以来淮河中游河床处于侵蚀状态
黄河1938～1947年间的南泛把约100多亿吨的泥沙带至淮河中游地区，形成面积达5.4万km2的泛滥平原。根据黄泛结束后的调查，正阳关、阜阳地区淤积厚度为3～4m，亳阳、涡阳、蒙城地区2m左右，蚌埠附近地区不到1m。除使河间地面淤高外，南泛还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积，淮河干流河床平均淤高1～2m，正阳关至沫河口段河道被完全淤平；到淮委1950年调查时蚌埠以下中游各支流河口河床平均淤积厚度仍有1～２m。但是自20世纪50年代以来，淮河中游河床具有明显的侵蚀趋势。
根据鲁台子站的水文资料[5]，1954年平滩高程(21m)以下断面侵蚀250m2，1955年淤积250m2，1956年侵蚀750m2，1957年又淤积500m2，4年净侵蚀250m2；1982年平滩水位以下泄流量比1956年增加14%，与1963、1969年数值接近。根据1971、1983、1992年三次断面测量资料，1971～1983年全段平均净淤积的王家坝～润河集段、鲁台子～蚌埠闸段、浮山～洪山头段，到1983～1992年转变为静侵蚀1971～1983年为净侵蚀的润河集～鲁台子段、蚌埠闸～浮山段，到1983～1992年侵蚀情况更加严重(表1)。目前，蚌埠以上中游段大部分河床出露更新统黄土状硬粘土层[5]，表明黄泛形成的淤积层已被切穿。
表1 不同河段平均断面净冲淤量时空变化 (单位：m2)[5] | |||||
Erosion and deposition of the average cross sections along different reaches from 1971 to 1992[5] | |||||
时间 | 王家坝～润河集 | 润河集～鲁台子 | 鲁台子～蚌埠闸 | 蚌埠闸～浮山 | 浮山～洪山头 |
1971～1983 | +56 | -59 | +107 | -36 | +5 |
1983～1992 | -125 | -127 | -160 | -218 | -204 |
1971～1992 | -69 | -186 | -267 | -248 | -198 |
+为净淤积，-为净侵蚀 | |||||
3.2 河床侵蚀的原因
解放后淮河流域先后修建了5300余座水库，总库容达到250亿m3，其中上游(不含沂、沭、泗河)就有17座大型水库和3个大型滞洪区，这些大型水库除石漫滩、白沙、板桥3座初建于1951～1952年、改建于1956年外，其它均修建、改建于1954～1960年；50年代沿蚌埠以上中游段还修建有瓦埠湖、城东湖、城西湖、蒙洼等大型滞洪区。由于这些水库、滞洪区对其上游河段的地方性侵蚀基准面作用，再加上流域中游地区的工作以及支流河道挖砂，必然使淮河干流中游来沙大幅度减少。其中，中游段的河床侵蚀就是床沙质输沙量减少的地貌响应，而冲泻质输沙量的减少则为水文测验结果所证实(表2)。
表2 20世纪50年代以来蚌埠站平均输沙量和含沙量变化表[5] | ||||||
Average silt discharge and sediment concentration at Bengbu station since 1950[5] | ||||||
时间 | 径流量 | 年平均输沙量 | 年平均含沙量 | |||
亿m3 | % | 万t | % | kg/m3 | % | |
1950～1959 | 333 | 100 | 1610 | 100 | 0.48 | 100 |
1960～1969 | 281 | 84 | 1295 | 80 | 0.46 | 96 |
1970～1979 | 222 | 66 | 839 | 52 | 0.38 | 73 |
1980～1989 | 307 | 92 | 789 | 49 | 0.26 | 54 |
3.3 河床侵蚀对倒比降的影响
淮河中游河床侵蚀使浮山以下中游段河床倒比降又有新的。根据资料统计，1960～1965年、1980～1985年入洪泽湖泥沙总量分别为10035.8万t、6218.0万t，同期出湖泥沙总量分别为6410.6万t、3883.2万t，分别有3625.2万t和2334.8万t泥沙淤积在湖底。这样，一方面是拦门沙以上河床侵蚀下切，另一方面拦门沙外侧的湖底不断淤高，必然使得固有的倒比降更趋明显，倒比降河段不断延长。
4 河床倒比降的治理建议
河床倒比降使河道排泄能力大为减小，是造成淮河中游地区洪涝灾害的根源之一。以1921年特大洪水为例，洪河口至三河口水面比降为0.276‰，洪河口至浮山为0.267‰，其中蚌埠至浮山段仅为0.221‰。由于淮河中游河床倒比降的形成是淮河入洪泽湖河口地貌发育与洪泽湖淤积的必然结果，50年代以来因中游河床不断侵蚀和洪泽湖不断淤积又有新的发展。这样，要从根本上消除倒比降、进而提高中游河道排泄能力，就必须消除或尽可能减少洪泽湖面在中游河流地貌发育中的基准面作用，同时在洪泽湖底形成穿湖的深切河槽。但是，包括淮河中下游地区在内的黄淮海平原地区又是水资源严重缺乏的地区，资源短缺与河道排泄能力不足之间的矛盾，在未来淮河治理中将占有更加突出的地位。目前，洪泽湖在汛期控制水位(12.5m)时容积为30.3亿m3，最大水位(16.0m)时容积为91.0亿m3，规划中的南水北调东线工程也将充分利用洪泽湖的调蓄作用。因此，在治理河床倒比降的同时，必须保证洪泽湖作为大型人工水库的调蓄作用不受损害。考虑到淮河径流高度集中于汛期(6～9月占全年66%)，最大入湖流量高达19800m?3/s，而非汛期水量又严重不足，正值灌溉期的4～6月份往往断流(1978年大旱时淮河断流长达217天)，我们建议对洪泽湖进行反季节运用，即汛期时降低洪泽湖水位，使淮河穿湖而过，非汛期时作为大型水库使用。需要指出，中游河道排泄能力提高的前提是下游河道排泄能力足以使中游洪水畅流入海，由于淮河入江水道本身河湖不分、地势低洼，其排洪能力已无提高余地。为此，中游倒比降治理的前提，是使淮河下游直流入黄海，然后利用洪泽湖底与里下河地区之间近10m高差，通过溯源侵蚀作用切割湖底，而入海河道、河口可在已有入海水道的基础上，利用径流和潮流的共同冲刷作用形成，对此问题我们将另文论述。
[1] 陈吉余。时期江苏海岸演变。地理(历史地理).北京：出版社，1981.
[2]王庆，陈吉余。洪泽湖和淮河入洪泽湖三角洲的形成与演变。湖泊科学，1993，(3).
[3] 徐近之。淮北平原与淮河中游的地文。地报，1953，(2).
[4] 鞠继武。洪泽湖的水域形态及其形成和演化。南京师范学院学报(自然科学版)，1962，(4).
[5] 安徽省水科院淮河中游河床演变与整治研究项目组。淮干中游河床演变的一些基本情况。治淮科技，1997，(2).