2.3　正陽關至吳家渡段一維、二維耦合水動力數學模型

2.3.1　模型范圍及資料選擇

2.3.1.1　模型范圍的選定

淮河干流正陽關至吳家渡河段全長約150km，區間集水面積(包括沙潁河水系)共7.2萬km2。該段北岸為廣闊的淮北平原，淮北大堤為其防洪屏障，主要入匯支流有沙潁河、西淝河、茨淮新河和渦河等。南岸為丘陵崗地，筑有淮南、蚌埠城市防洪圈堤，主要入匯支流有東淝河和窯河等。在淮北大堤與南岸崗地之間，沿程分布有壽西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、石姚段、湯漁湖、洛河洼和荊山湖等8處行洪區和瓦埠湖蓄洪區。此外，兩岸河灘地上還分布有東淝閘右圩、靠山圩和老婆家圩等14個生產圩，高水位時，漫溢行洪，是淮河干流行洪通道的一部分。

模型的計算范圍包括淮河干流正陽關至吳家渡河段和沿淮兩側的行洪區、生產圩以及區間的入匯支流。

模型的結構如圖2.3-1所示，瓦埠湖蓄洪區、焦崗湖作為水量調蓄單元，采用零維模型進行計算;淮河干流正陽關至吳家渡150km河段、沙潁河阜陽閘至入淮河口123km河段，渦河蒙城閘至入淮河口85km河段，采用一維模型進行計算，其他支流(西淝河、窯河等)以集中旁側入流的方式作為一維模型的源項參與計算;沿淮兩側的行洪區及河灘地上重點圩區(靠山圩、老婆家圩、魏郢子圩、燈草窩圩，程小灣圩、天河圩)采用二維模型計算，其他圩區(新城口圩、黃瞳窯圩等)根據其實際過流能力和調蓄能力進行概化，采用一維模型進行計算。行洪區、重點圩區的二維模型與淮河干流河道的一維模型之間的耦合分別采用MikeFlood標準連接及側向連接實現。

模型進口有淮河干流魯臺子水文站、沙潁河阜陽閘水文站、茨淮新河上橋閘水文站、渦河蒙城閘水文站用以控制入淮流量;模型出口有淮河干流吳家渡水文站、懷洪新河何巷閘水文站用以控制出淮流量;此外本段沿程還分布有潁上閘、焦崗閘、東淝閘、峽山口、西淝閘、永幸閘、架河閘、田家庵、尹家溝閘、窯河閘、天河閘、上橋閘、蚌埠閘上和蚌埠閘下共14個水位測點，可滿足模型率定與驗證的需要。

2.3.1.2　基礎資料

(1)水文資料:選擇2003年、2005年、2007年和2008年共4年的水文資料對模型進行率定與驗證。其中，2005年和2008年屬中等洪水年，沿程各行蓄洪區均未啟用，但洪水均已上灘，可用來進行平槽和漫灘洪水級的驗證;2003年和2007年屬大洪水年，沿程啟用了上六坊堤和下六坊堤等5處行洪區，河灘地上的生產圩也全部參與行洪，可用來進行大洪水級的驗證。上述年份已收集到的水文資料見表2.3-1。

(2)地形資料:考慮到驗證洪水的年份均在2000年以后，因此，本次研究主要收集了1992—2010年間模型范圍內所測淮河干流、行蓄洪區及支流的地形資料，見表2.3-2。

(3)工程資料:1992—2015年，正陽關至吳家渡河段已實施的河道整治及堤防加固工程共計9項，見表2.3-3。

模型驗證需要地形資料與水文資料盡可能同步，結合本段工程項目資料，各年份驗證計算所選用的淮河干流正陽關至吳家渡段地形資料組合見表2.3-4;各年份驗證計算所選用的行蓄洪區、渦河、沙潁河的地形資料依次為地形5、地形6和地形7。上述地形與水文資料基本同步，可作為模型驗證計算的基礎。

(4)行洪區調度資料:2003年、2007年本段行洪區實際開啟數量、順序、時機主要參考主要參考文獻[8-9]及文獻[10-11]。

(5)實體模型資料:目前，淮河干流水文資料的觀測還不夠系統和全面，尤其是河道與行洪區口門的流量、行蓄洪區內水位和流速的觀測，還十分缺乏，利用已開展的實體模型試驗成果，可為數學模型提供所需的率定參數和水力連接條件，從而提高數學模型計算的精度。本次研究主要參考文獻[15-23]，利用上述試驗資料可以驗證行洪區口門的過流量、行洪區區內流態和流速分布、蚌埠閘過閘落差及老閘、新閘、分洪道的分流比等。

2.3.2　模型的定解條件

邊界條件:模型擁有4個進口和2個出口。進口邊界淮河干流正陽關給定流量過程、沙潁河阜陽閘給定實測流量過程、渦河蒙城閘給定實測流量過程、茨淮新河上橋閘作為源，給定實測流量并加入到淮河干流相應的斷面中。出口邊界淮河干流吳家渡給定實測水位過程，懷洪新河何巷閘作為匯，給定實測出流過程并加入到渦河相應的斷面中。

表2.3-5中淮河干流正陽關作為模型的進口邊界，并無實測流量資料，考慮到驗證年份中壽西湖行洪區均未啟用，正陽關流量過程可根據水量平衡條件得出:

式中:Q正陽關為淮河干流正陽關的計算流量;Q魯臺子為淮河干流魯臺子的實測流量;陽閘為通過沙潁河一維模型得出的阜陽閘演算至入淮口沫河口的流量。

(2)初始條件:對于淮河干流、沙潁河和渦河的一維模型，以計算起始時前三天進出口邊界條件的平均值計算出模型各斷面的初始水位;對于行洪區和重點圩區的二維模型，給定各網格點初始水位低于區域內河床的最低點，即作為干河床啟動。

2.3.3　模型參數和特殊問題的處理

2.3.3.1　計算時間步長和空間步長

(1)空間步長:一維模型根據斷面資料采用不等間距的節點布置，淮河干流平均計算步長為500m，沙潁河、渦河平均計算步長為800～1000m;二維模型采用非結構網格剖分計算區域，網格空間步長取300～500m，地形復雜處及建筑物附近適當加密。二維模型包括網格節點4847個，計算單元8617個，具體網格布置如圖2.3-2所示。

(2)時間步長:MikeFlood標準連接和側向連接均采用顯格式進行一、二維模型的耦合計算，時間步長受柯朗條件的限制，為滿足穩定性和精度要求，本次計算Δt=3s。

2.3.3.2　計算時段的選取

選取2003年、2005年、2007年和2008年洪水從起漲至峰頂到回落的整個過程作為計算時段，具體見表2.3-6。

2.3.3.3　糙率的取值

本段一維、二維模型中糙率的取值以沿程各站實測水文資料為依據，采用試錯法確定。率定的結果表明淮河干流河道主槽的糙率為0.025～0.027，灘地的糙率為0.038～0.042;沙潁河河道主槽糙率為0.025，灘地的糙率為0.038～0.040;渦河河道主槽糙率為0.026，灘地為0.04;行洪區及圩區糙率為0.05。各段糙率取值詳見表2.3-7。

2.3.3.4　蚌埠閘樞紐過流的計算

1.蚌埠閘樞紐概況

蚌埠閘樞紐位于淮河干流渦河口以下蚌埠市西郊，是一座具有防洪、蓄水灌溉、航運、發電、城市供水等多種功能的大型水利樞紐工程。蚌埠閘于1958年開工，1963年基本竣工，1970—1973年增建南岸分洪道，1984—1987年續建水電站二期工程，2000—2003年擴建12孔新節制閘，2007—2010年興建復線船閘。目前，蚌埠閘樞紐工程沿閘軸線方向從左至右的主要建筑物依次為:12孔新節制閘、28孔老節制閘、水電站、老船閘、新船閘及分洪道，如圖2.3-3所示。

2.蚌埠閘的河網概化

蚌埠閘樞紐的泄水建筑物主要由老節制閘、新節制閘和分洪道組成，其中老節制閘總寬度336m，共28孔，每孔凈寬10m，扇弧形鋼閘門、開敞式結構，駝峰堰型，堰頂高程11.89m;新閘總寬度142m，共12孔，每孔凈寬10m，扇弧形鋼閘門、開敞式結構，寬頂堰型，堰頂高程9.02m;分洪道進口高程19.0m，渠底高程17.5～18.0m，渠底寬330m，長約1500m，分洪道為自然漫灘溢洪式，當閘上水位超過19.0m，分洪道過水行洪。

根據蚌埠閘及上下游河段的實際情況，河網可以概化為:①7個子河段，分別為上游連接段、閘前過渡段、新閘河段、老閘河段、分洪道河段、閘后過渡段、下游連接段;②22個水位節點(計算斷面布置在水位節點上)、14個流量節點;③4個汊點，用于各子河段之間水位和流量的傳遞;④2個節制閘和1個虛擬的寬頂堰，分別用于控制新閘、老閘和分洪道的過流量。蚌埠閘河網概化圖如圖2.3-4所示。

蚌埠閘樞紐的老節制閘，新節制閘的過流狀態為自由孔流、淹沒孔流和淹沒堰流，分洪道過流狀態為自由堰流和淹沒堰流，分別計算過流流量[1-4]。

2.3.3.5　無資料地區徑流處理

在本段模型的研究范圍內，除了已考慮的有測站的主要支流外，還有一些無水文資料的小支流入匯，其總集水面積占淮河干流吳家渡控制面積的9.6%。統計分析驗證年份中4場洪水的來水組成資料可知，本段無資料區間來水占吳家渡水量的10.4%～12.9%，比重較大，在計算中必須加以考慮。

設上游淮河干流魯臺子站來流量為Q魯臺子，茨淮新河上橋閘來流量為Q上橋閘，渦河蒙城閘來流量為Q蒙城閘，無資料未控區間來流量Q無資料，行洪區流量為Q行洪區(進為正，出為負)，下游懷洪新河何巷閘出流量Q何巷閘，淮河干流吳家渡出流量為Q吳家渡，W河道為淮河干流河道的槽蓄量，W行洪區為行洪區的庫容。

對于2005年、2008年洪水，行洪區沒有啟用，根據水量平衡原理可得:

對于2003年、2007年洪水，行洪區和懷洪新河的運用改變了下游出口斷面的流量組成，相應有:

上式中行洪區的庫容W行洪區可根據行洪區水位與地形計算得出;河道槽蓄量W河道則可根據控制站的水位與斷面計算得出。

由上述方法求出Q無資料后，再根據未控面積的大小，分配到東淝河、西淝河、窯河等區間支流中去。

2.3.4　模型率定與驗證

在對實測資料進行分析的基礎上，利用中等洪水2005年和2008年及大洪水2003年和2007年的洪水過程對模型的參數進行率定和驗證，以檢驗模型的適用性、穩定性及計算的精度。

2.3.4.1　2005年洪水過程復演

1.2005年實測洪水過程

2005年是中等洪水年份，在7月9日至9月30日期間，吳家渡站總洪量為296.5億m3。其中淮河干流魯臺子站來水量為235.6億m3，占79.5%;渦河蒙城閘來水量10.6億m3，占3.6%;茨淮新河上橋閘來水量為19.6億m3，占6.6%;未控區間(沒有測站控制的支流及沿淮排澇)來水量為30.7億m3，占10.4%。詳見表2.3-8。

淮河干流魯臺子站有兩次洪水過程，最大流量6680m3/s，最高水位25.37m;吳家渡站有兩次洪水過程，最大流量6481m3/s，最高水位20.93m。主要支流沙潁河阜陽閘最大流量為1777m3/s，閘下最高水位27.97m;茨淮新河上橋閘最大流量為2611m3/s，閘下最高水位21.80m;渦河蒙城閘最大流量為1450m3/s，閘下最高水位24.94m。主要站實測水位—流量過程如圖2.3-5～圖2.3-9所示。

2.復演驗證成果

2005年本河段沿程主要測站計算水位過程線與實測水位過程線如圖2.3-7～圖2.3-12所示;魯臺子站和吳家渡站計算流量過程線與實測流量過程線如圖2.3-13～圖2.3-14所示。

從圖2.3-7～圖2.3-12中可以看出，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在5.00～10.00cm;圖2.3-13、圖2.3-14中，魯臺子和吳家渡站峰值流量計算值與實測值相差均在5%以內。模型較好地重現了2005年洪水演進的過程。

3.生產圩區過流能力分析

2005年淮河干流正陽關至吳家渡段行蓄洪區均未啟用，部分圩區漫堤行洪，其中行洪能力較強的3個圩區，自上游而下依次是靠山圩、魏郢子圩和天河圩。各圩區行洪流量見表2.3-9。

靠山圩處淮河干流水位略高于靠山圩堤防高程，靠山圩局部潰堤，行洪流量為300～400m3/s;魏郢子圩處淮河干流水位高出魏郢子圩堤防高程1.10～1.60m，行洪流量為500～600m3/s;天河圩處淮河干流水位高出天河圩堤防高程0.30～1.30m，行洪流量為500～600m3/s;其他圩區行洪流量較小。2005年洪水過程中，大多數生產圩區進洪，但是行洪能力均較小。

2.3.4.2　2008年洪水過程復演

1.2008年實測洪水過程

2008年是中等洪水年份，在7月24日至8月28日期間，吳家渡站總洪量為101.6億m3。其中淮河干流魯臺子站來水量為74.3億m3，占73.1%;渦河蒙城閘來水量7.1億m3，占7.0%;茨淮新河上橋閘來水量為7.1億m3，占7.0%;未控區間來水量為13.1億m3，占12.9%。詳見表2.3-10。

淮河干流魯臺子站有兩次洪水過程，最大流量3740m3/s，最高水位21.71m;吳家渡站有兩次洪水過程，最大流量4470m3/s，最高水位18.19m。主要支流沙潁河阜陽閘最大流量為1433m3/s，閘下最高水位26.50m;茨淮新河上橋閘最大流量為1101m3/s，閘下最高水位19.05m;渦河蒙城閘最大流量為1220m3/s，閘下最高水位24.30m。各站實測水位—流量過程如圖2.3-15、圖2.3-16所示。

2.模型驗證成果

以正陽關站計算水位過程線與實測水位過程線比較，如圖2.3-17所示;吳家渡站計算流量過程與實測流量過程線比較，如圖2.3-18所示，計算過程與實測過程一致性較好。

2.3.4.3　2003年洪水過程復演

1.2003年實測洪水過程

2003年淮河流域暴雨過程多、間隔時間短、強度大、范圍廣，形成流域性大洪水。洪水出現時間主要在6月下旬至10月上旬，洪水范圍廣，干支流洪水并發;洪水水位高、量級大、持續時間長[8]。

在6月28日至8月30日期間，吳家渡站(包括何巷閘出流)總洪量為305億m3。其中淮河干流魯臺子站來水量為222.5億m3，占73%;渦河蒙城閘來水量14.7億m3，占4.8%;茨淮新河上橋閘來水量為31.2億m3，占10.2%;未控區間來水量為36.6億m3，占12%。詳見表2.3-11。

淮河干流正陽關至吳家渡段有三次較大的洪水過程，如圖2.3-19、圖2.3-20所示。

(1)第一次洪水過程，持續時間為6月21日至7月7日。

正陽關6月21日8時起漲水位為17.97m，魯臺子相應為315m3/s。在淮河上游潤河集及支流潁河、淠河來水的共同影響下，7月2日22時正陽關水位漲至24.01m(超警戒水位0.12m)，魯臺子相應流量5380m3/s。在2日20時36分沙潁河啟用茨淮新河分洪，4—5日洛河洼、上下六坊堤、石姚段行洪區先后啟用，4日18時正陽關水位漲至26.06m后，漲幅減緩并出現小的起伏。6日4時，正陽關水位達到保證水位26.39m，6日15時出現洪峰水位26.45m，超過保證水位0.05m，受唐垛湖分洪影響，正陽關水位迅速下降，6日17時降至保證水位以下，7日2時降至25.31m。

魯臺子站7月5日14時出現年洪峰流量7890m3/s，7月6日15時水位升至26.17m。

淮南(田家庵)水位站本次洪水過程中受洛河洼、上下六坊堤、石姚段行洪區的影響，水位出現幾次起伏，7月6日19時出現年最高水位24.27m。

吳家渡站6月30日11時36分從水位16.28m(相應流量1920m3/s)起漲，7月3日下午超過警戒水位(20.14m)。7月4日10時30分水位漲至21.38m，相應流量8450m3/s。為減輕蚌埠以下的洪水壓力，4日10時懷洪新河何巷閘首次開啟分洪，6日10時最大分洪流量1590m3/s，受其影響，吳家渡站水位從4日21時回落至21.12m(相應流量7200m3/s)，其后吳家渡水位又漲。6日22時，出現2003年最高水位21.94m(超警戒水位1.80m，低于保證水位0.54m)，相應最大流量8620m3/s。6月19日荊山湖上口門漫堤行洪，吳家渡水位7月7日0時開始緩落，至7日21時水位落至20.72m。

(2)第二次洪水過程，持續時間為7月8—15日。

正陽關水位7月9日18時從25.78開始起漲，11日8時達到26.42m，超過保證水位0.03m，魯臺子相應流量為7120m3/s。在邱家湖行洪區和城東湖蓄洪區的影響下，正陽關站11日18時水位漲至26.67m后回落，魯臺子流量7620m3/s。正陽關12日18時出現年最高水位26.70m。14日14時落至保證水位以下。

魯臺子站11日18時出現洪峰流量7620m3/s，12日18時出現年最高水位26.38m?；茨纤徽颈敬魏樗^程中7月13日20時出現洪峰水位24.08m。

吳家渡站7月7日21時起漲時水位為20.72m。受懷洪新河何巷閘9日12時第二次分洪的影響，吳家渡站9日14時水位漲至21.65m后，曾有幾次微小的起伏。9日8時出現最大流量7920m3/s，14日2時出現洪峰水位21.74m。

(3)第三次洪水過程，持續時間為7月19—25日。

正陽關站7月21日8時起漲水位為24.89m，25日10時出現洪峰水位25.67m;魯臺子站24日20時出現洪峰流量6060m3/s，25日8時出現洪峰水位25.38m;淮南(田家庵)7月22日21時出現洪峰水位23.21m。

吳家渡站7月22日7時出現最高水位21.53m，22日2時出現洪峰流量7430m3/s。在此期間，懷洪新河何巷閘7月22日2時第三次開啟分洪，23日14時30分最大分洪流量為1510m3/s，明顯影響吳家渡站的洪水過程。

本段河道主要支流及分洪河道2003年水位—流量過程，如圖2.3-21～圖2.3-24所示。

1)沙潁河:第一次洪水持續時間為6月19日至7月13日，阜陽閘7月3日21時全開泄洪，7月3日最大泄量為2480m3/s，為2003年最大流量，阜陽閘下7月6日17時出現最高水位29.31m，11日7時關閉。第二次洪水持續時間為7月19—25日，阜陽閘7月20日17時開閘泄洪，22日9時，下泄流量為2170m3/s，阜陽閘下22日18時出現洪峰水位28.77m。

2)茨淮新河:茨河鋪閘三次分洪，最大分洪流量1580m3/s;上橋閘6月30日9時開閘泄洪，7月5日17時出現2003年最大流量2700m3/s，6日22時閘下出現2003年最高水位23.06m。

3)渦河:出現兩次洪水過程。第一次洪水過程中，蒙城閘7月2日全部提出水面，4日18時，閘下出現最高水位25.81m，相應洪峰流量2030m3/s;第二次洪水過程中，22日5時蒙城閘下水位24.48m，22日2時最大洪峰流量1300m3/s。

4)懷洪新河:何巷閘三次分洪，最大分洪流量分別為1590m3/s、1670m3/s、1510m3/s。

2.復演驗證成果

2003年本河段沿程主要站點計算水位過程線與實測水位過程線如圖2.3-25～圖2.3-28所示;吳家渡站計算流量過程線與實測流量過程線如圖2.3-29所示。

從圖2.3-25～圖2.3-29中可以看出，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在5.00～10.00cm以內;吳家渡站峰值流量計算值與實測值相差在5%以內。模型較好的重現了2003年洪水演進的過程。

3.2003年行洪區及生產圩區運用情況

2003年洪水過程中，本段河道共啟用行洪區5處，按上、下游順序依次是上六坊堤、下六坊堤、石姚段、洛河洼和荊山湖行洪區。此外，沿程分布14個生產圩全部漫堤行洪。

根據文獻[8，10]等資料，整理各行洪區的口門位置如圖2.3-30和圖2.3-31所示，運用情況及口門特征見表2.3-12。

(1)上六坊堤行洪區于7月4日12時破堤進行，上口門一處，下口門兩處。行洪后上口門寬度120m，最大沖坑深度約11.43m;下口門兩處寬度分別為40m和93m，最大沖坑深度分別為5.0m和5.1m;其他零星破口28處。

(2)下六坊堤行洪區7月4日12時破堤進行，行洪口門上、下各一處。行洪過后上口門寬度215m，最大沖坑深度為13.98m;下口門寬度190m，最大沖坑深度為3.89m;其他零星破口41處。

(3)石姚段行洪區于7月4日13時破堤進行，上口門一處，下口門兩處。行洪后上口門寬度246m，最大沖坑深度約12.1m;下口門兩處寬度分別為140m和77m，最大沖坑深度分別為8.2m和8.5m;其他零星破口9處。

(4)洛河洼行洪區7月4日8時30分破堤進行，破口較多，概化為上口門一處寬度33m，中口門一處寬度380m，下口門一處寬度298m，其他零星破口32處。

(5)荊山湖行洪區上口門漫決時間為7月6日19時，行洪過后的口門寬度為364m，最大沖坑深度為12.79m;下口門7月7日11時26分爆破，寬度330m，最大沖坑深度為8.52m。

4.2003年行洪區及生產圩區計算分析

(1)各行洪區行洪流量分析。行洪區的作用體現在槽蓄洪水和擴大河道過水斷面面積，提高河道行洪能力。受多種因素的影響，行洪區行洪能力計算比較復雜。在行洪初期，洪水通過口門迅速涌入行洪區，短時間內進洪流量較大，隨著行洪區蓄水量增加和口門形態逐漸穩定，行洪區作為河道的過水面積的一部分，相應增加河道下泄流量。

文獻[8]假定行洪穩定時口門流速接近主槽流速，采用控制站點實測最大流速1.24～1.58m/s作為行洪口門平均流速。經推算，各行洪區行洪流量在500～2300m3/s之間，占河道流量的5%～30%。

文獻[23]對2003年7556m3/s流量級洪水進行驗證，模型實測上六坊堤行洪流量為670m3/s、下六坊堤行洪流量為750m3/s、石姚段行洪流量為900m3/s。

在2003年洪水過程中，各行洪區口門形態穩定以后，數學模型計算各行洪區最大行洪流量為上六坊堤640m3/s、下六坊堤800m3/s、石姚段1200m3/s、洛河洼1200m3/s、荊山湖2100m3/s，詳見表2.3-13。

由表2.3-13可以看出，數學模型計算上六坊堤行洪流量與河工模型試驗接近，略低于文獻[8]分析流量;下六坊堤行洪流量與模型試驗接近，略高于文獻[8]分析流量;石姚段行洪流量介于模型試驗和文獻[8]分析流量之間;洛河洼行洪流量高于分析流量;荊山湖略低于分析流量?？傮w來說，三種計算方法結果較接近。

(2)各行洪區流態及流速分布。行洪區口門穩定后，行洪區內流速均較小，見表2.3-14。主流區流速在0.05～0.25m/s之間，以荊山湖行洪區流速最大，最大流速為0.25m/s。

7月12日9時，上六坊堤行洪流量640m3/s，下六坊堤行洪流量820m3/s，石姚段行洪流量為1200m3/s，洛河洼行洪流量1050m3/s，流態如圖2.3-32和圖2.3-33所示。

(3)荊山湖行洪區泄洪過程分析。2003年荊山湖行洪區上口門于7月6日19時開始漫堤行洪，剛開始漫堤時流量較小，隨著行洪口門寬度和深度的增加，進洪流量迅速增加，最大流量約2790m3/s，之后進洪流量開始減少。下口門于7月7日11時爆破，開始方向進洪，反向進洪最大流量約為1140m3/s，之后方向進洪流量逐漸減少。7月10日20日后，荊山湖行洪區上、下口門行洪流量基本平衡，穩定后最大行洪流量約為2100m3/s。進出流過程如圖2.3-34所示。

2003年荊山湖行洪區洪水波從上口門傳播至下口門約需要15h，上口門行洪時間為7月6日19時，下口門爆破時間為7日11時，下口門比上口門遲16h，即上口門洪水到達下口門位置時，下口門開始爆破。荊山湖行洪區開啟后不同時刻流態圖如圖2.3-35～圖2.3-37所示。

行洪區內張家溝附近湖面最窄，流速最大，流速約為0.25m/s。

(4)生產圩區過流能力分析。2003年洪水過程中行洪能力較強5個生產圩區，自上游而下依次是靠山圩、魏郢子圩、燈草窩圩、陳小灣圩和天河圩。數學模型計算出的各生產圩區行洪流量見表2.3-15。

魏郢子圩和天河圩處河道水位高出圩區堤頂高程較多，且均在河道急彎處，由于彎曲河道“小水坐彎，大水趨直”的過流特性，所以行洪能力較強。

2.3.4.4　2007年洪水過程復演

1.2007年實測洪水過程

2007年淮河流域暴雨過程多、間隔時間短、降雨歷時長、強度大、籠罩范圍廣，空間分布有利于形成流域性大洪水。洪水出現時間主要在6月下旬至10月上旬，干支流洪水并發，洪水組合遭遇惡劣;淮河干流洪水來勢兇猛、高水位持續時間長[9]。

在6月29日至8月29日期間，吳家渡站(包括何巷閘出流)總洪量為267.1億m3。其中淮河干流魯臺子站來水量為198億m3，占75.7%;渦河蒙城閘來水量15.2億m3，占5.8%;茨淮新河上橋閘來水量為16.3億m3，占6.2%;未控區間來水量為32.2億m3，占12.3%。詳見表2.3-16。

淮河干流正陽關至吳家渡段各站水位—流量過程，如圖2.3-38、圖2.3-39所示。

正陽關站2007年出現兩次洪峰。6月28日20時正陽關起漲水位為17.76m，相應魯臺子流量為595m3/s，7月9日5時正陽關水位漲至23.90m(超警戒水位0.01m)，魯臺子流量相應為4790m3/s。11日15時正陽關出現2007年最大洪峰，水位26.29m(距保證水位0.10m)，相應魯臺子流量為7970m3/s，15日15時姜唐湖蓄洪區開閘進洪，16時邱家湖行洪區破堤行洪，正陽關水位有所回落。16日正陽關水位從25.37m再次起漲，18時23分出現第二次洪峰，水位25.94m，相應魯臺子流量為6830m3/s。隨后正陽關水位緩慢回落，8月下旬末才退盡。

淮南站出現一次洪峰，7月19日11時出現2007年最高水位23.612m，受來水和行洪區運用影響，在洪峰前后水位出現起伏。

吳家渡站6月30日8時起漲水位為12.36m，至7月9日20時水位達20.20m，超過警戒水位0.06m，相應流量6680m3/s，11日21時30分水位漲至20.76m，受上游行洪區運用影響，水位小幅回落0.10m，12日4時水位落至20.66m后回漲并出現起伏。13日4時水位上漲到20.91m后，再次緩慢起伏回落。16日8時水位退至20.76m后開始回漲，20日9時42分出現2007年最高水位21.22m(超警戒水位1.08m)，相應洪峰流量為7520m3/s。隨后洪水緩慢下落，30日20時水位退至警戒水位以下。

本段河道主要支流及分洪河道2007年水位—流量過程，如圖2.3-40～圖2.3-43所示。

(1)沙潁河:第一次洪水持續時間為6月29日至7月15日，阜陽閘7月11日2時出現洪峰流量為1430m3/s，23時出現洪峰水位為27.27m;第二次洪水持續時間為7月16—20日，阜陽閘7月17日14時出現洪峰流量為1890m3/s，23時出現洪峰水位為29.35m(超警戒水位0.91m);第三次洪水持續時間為7月20—25日，阜陽閘7月23日2時出現洪峰流量為2120m3/s，14時出現洪峰水位為30.11m(超警戒水位1.63m)。

(2)茨淮新河:茨河鋪閘未分洪;上橋閘7月4日11時開閘泄洪，9日1時出現第一次洪峰1226m3/s，相應閘下水位20.66m，21日20時出現第二次洪峰1370m3/s，相應閘下水位21.91m。

(3)渦河:蒙城閘7月3日9時開閘，6日9時出現2007年最大流量1150m3/s，7日11時蒙城閘下出現2007年最高水位24.05m。

(4)懷洪新河:何巷閘7月29日12時15分開啟，8月1日7時54分關閘，最大分洪流量1130m3/s。

2.復演驗證成果

以正陽關站和吳家渡站為例，如圖2.3-44、圖2.3-45，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值在5～10cm以內;峰值流量計算值與實測值相差均在5%以內。模型較好的重現了2007年洪水演進的過程。

3.2007年行洪區及生產圩區運用情況

2007年洪水過程中，本段河道共啟用行洪區5處，按上、下游順序依次是上六坊堤、下六坊堤、石姚段、洛河洼和荊山湖行洪區。此外，沿程分布的14處生產圩全部漫堤行洪。

根據文獻[9，11]等資料，整理各行洪區的口門位置如圖2.3-46和圖2.3-47所示，運用情況及口門特征見表2.3-17。

(1)上六坊堤行洪區于7月11日12時人工扒口行洪，上口門一處，下口門兩處。行洪后上口門寬度270m，最大沖坑深度約10.36m;下口門兩處寬度分別為8m和32m，最大沖坑深度分別為2m。

(2)下六坊堤行洪區7月11日12時人工扒口行洪，上口門兩處、下口門一處。行洪過后上口門寬度分別為110m、70m，最大沖坑深度7.0m、13.35m;下口門寬度145m，最大沖坑深度為6.08m。

(3)石姚段行洪區7月12日19時30分人工扒口行洪，上、下口門各一處。行洪后上口門寬度263m，最大沖坑深度約6.39m;下口門寬度114m，最大沖坑深度5.92m。

(4)洛河洼行洪區7月15日16時破人工扒口行洪，上、下口門各一處。上口門寬度196m，最大沖坑深度6.82m;下口門寬度41m，最大沖坑深度5.69m。

(5)荊山湖行洪區已經建成進、退洪閘，行洪區有閘控制，未采用破堤行洪。

4.2007年行洪區及生產圩區計算分析

(1)各行洪區行洪流量分析。文獻[9]中假定行洪穩定時口門流速接近主槽流速，采用控制站點實測最大流速1.50～1.79m/s作為行洪口門平均流速。經推算，各行洪區行洪能力在170～660m3/s，占河道流量的2.7%～9.5%。

在2007年洪水過程中，各行洪區口門形態穩定以后，各行洪區最大行洪流量見表2.3-18。

上六坊堤行洪區為240m3/s、下六坊堤行洪區為800m3/s、石姚段行洪區為540m3/s、洛河洼行洪區為280m3/s，荊山湖行洪區沒有起到行洪作用。

模型計算結果可以看出，兩種計算方法，下六坊堤行洪流量差距較大，其他行洪區行洪流量相差較小。上六坊堤和洛河洼行洪區行洪流量較小，因為其上、下口門寬度差距較大，上六坊堤下口門兩處寬度僅為32m和8m，洛河洼下口門寬度僅41m，行洪流量受較小口門制約。2007年各行洪區行洪流量均小于2003年行洪流量，是由于相應行洪區口門寬度和深度均比2003年小，且該段淮河干流2007年沿程水位低于2003年沿程水位。荊山湖行洪區在2003年洪水過程，穩定狀態最大行洪流量2100m3/s;在2007年洪水過程中，受進、退洪閘調度控制，只有蓄洪削峰作用，沒有實質行洪作用。

(2)各行洪區流態及流速分布。行洪區口門穩定后，行洪區內流速均較小，主過流區域流速在0.05～0.18m/s之間，見表2.3-19。

7月19日20時，上六坊堤行洪流量200m3/s，下六坊堤行洪流量790m3/s，石姚段行洪流量500m3/s，洛河洼行洪流量260m3/s。流態如圖2.3-48和圖2.3-49所示。

(3)荊山湖行洪區。2007年洪水過程中，新建成的荊山湖進洪閘、退洪閘首次使用。進洪閘首次啟用時間為7月19日22時20分，21日15時35分關閘，22日20時5分再次啟用，至23日8時關閘，期間最大進洪流量為1867m3/s;退洪閘首次啟用為反向進洪，開啟時間為20日13時14分，23日0時50分關閘停止進洪，期間最大進洪流量為1060m3/s;退洪閘于7月30日16時40分開始退洪，退洪期間最大退洪流量為611m3/s。2007年荊山湖行洪區的使用，有效地降低了淮河干流水位，但是行洪區沒有發揮行洪作用，只有蓄洪作用，共調蓄淮河干流洪水約3.5億m3。荊山湖進洪閘、退洪閘泄流過程如圖2.3-50所示。

2007年荊山湖行洪區洪水波從上口門傳播至下口門約需要16h，2007年進洪閘啟用時間為7月19日22時20分，退洪閘啟用時間為20日13時14分，退洪閘啟用時間比進洪閘遲15h，進洪閘洪水傳播至退洪閘上游時，退洪閘開始啟用。荊山湖行洪區在使用過程中經過進洪閘單獨進洪，進、退洪閘共同進洪，退洪閘單獨進洪、退洪閘單獨退洪四個階段。荊山湖行洪區開啟后不同時刻流態圖如圖2.3-51～圖2.3-54所示。

7月23日0時50分至7月30日16時40分荊山湖行洪區進、退洪閘均關閉，期間湖內水位約22.77m，水深1.0～6.5m。

(4)生產圩區過流能力分析。2007年洪水過程中行洪能力較強的5個圩區，自上游而下依次是靠山圩、魏郢子圩、燈草窩圩、陳小灣圩和天河圩，行洪流量見表2.3-20。

魏郢子圩和天河圩處河道水位高出圩區堤頂高程較多，且均在河道急彎處，由于彎曲河道“小水坐彎，大水趨直”的過流特性，所以行洪能力較強;陳小灣圩過流能力最小。

2.3.5　數學模型計算與河工模型試驗成果對比分析

利用文獻[15，23]等河工模型試驗實測資料，對所建數學模型計算結果進行補充驗證。

為方便對比，數學模型中所采用的地形、邊界條件均與河工模型的現狀試驗條件保持一致。具體條件如下:

(1)地形條件:采用2005年實測地形資料，其中壽西湖行洪堤已退建(工程于1998年完成)，峽山口已拓寬(工程于1996年完成)，靠山圩維持現狀。

(2)邊界條件:上邊界澗溝口給定不同流量級(3000m3/s、5000m3/s、7000m3/s、8000m3/s、10000m3/s)，下邊界峽山口給定整治工程實施后的規劃水位，見表2.3-21。

由表2.3-21可見，當來流量小于5000m3/s時，采用堤內行水的方式;當來流量在5000～8000m3/s之間時，東淝閘右圩和靠山圩破圩行洪，具體破圩尺寸可參考歷年實際情況概化模擬;當來流量大于8000m3/s時，董峰湖與壽西湖行洪區分別通過設計行洪流量2500m3/s和2000m3/s。

現狀試驗條件下兩種模擬方法的成果對比見表2.3-22，從表中可以看出，各流量級沿程節點水位相差均在0.05m以內，數學模型的計算精度與河工模型(物模)的試驗精度基本相當。

2.3.6　數學模型計算與蚌埠閘水工模型的試驗成果對比分析

采用蚌埠閘樞紐新閘、老閘聯合運用時的水工模型(物模)試驗成果[20]，對蚌埠閘數學模型的概化方式及各堰閘流量系數的取值進行進一步驗證。具體的邊界條件和兩種模擬方法成果比較見表2.3-23。

對比四個流量級的模擬成果可以看出，水工模型與數學模型過閘落差的差值均在1cm以內，各泄水建筑物分流比差別一般在5%以內。兩種模擬方法得出的成果基本一致。