伊洛河下游行洪能力分析

孫建民，王志勇

（黃委河南水文水資源局,河南 鄭州 450004）

0 引言

伊洛河流域是黃河下游洪水來(lái)源區(qū)之一,流域內(nèi)修建了陸渾、故縣兩座大型水庫(kù),伊洛河下游的防洪壓力有所減輕。兩個(gè)水庫(kù)以下的流域面積有1 萬(wàn)km2,1958 年、1982 年洪水的暴雨中心均在兩水庫(kù)以下,伊洛河的防汛依然不可忽視。洛陽(yáng)、偃師、鞏義近年進(jìn)行了堤防的建設(shè),洛陽(yáng)市區(qū)段達(dá)到百年一遇的標(biāo)準(zhǔn),偃師、鞏義部分河段達(dá)到50 年一遇的標(biāo)準(zhǔn),伊洛夾灘及附近的伊洛河右岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇。伊洛夾灘堤防的建設(shè)削弱夾灘蓄滯洪的作用。黑石關(guān)鐵路橋處的行洪能力與伊洛夾灘的蓄滯洪的作用相互影響,因此分析研究伊洛河下游的行洪能力有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

（1）伊洛河及伊洛夾灘概況

伊洛河是黃河三花區(qū)間最大支流,流域面積18881 km2。傳統(tǒng)上以洛河為干流,伊河為支流,兩河匯合后稱伊洛河。洛河發(fā)源陜西省藍(lán)田縣,流域面積12049 km2,流經(jīng)陜、豫兩省,在偃師市楊村與伊河匯合。伊河發(fā)源于河南省欒川縣,流經(jīng)嵩縣、伊川、洛陽(yáng)市、偃師,流域面積6029 km2。匯合口以下長(zhǎng)約37 km,流域面積約803 km2,在鞏義神北村注入黃河。1934 年,伊洛河設(shè)立黑石關(guān)水文站；1935 年,伊河設(shè)立龍門鎮(zhèn)水文站；1951 年洛河設(shè)立洛陽(yáng)水文站,1955 年下遷,更名為白馬寺水文站。

狹義的伊洛河夾灘指從白馬寺水文站洛河左岸以下和伊河的右岸西石壩村以下至伊、洛兩河匯合口之間的區(qū)域,東西長(zhǎng)19 km,南北寬4 km,面積大約70 km2。

廣義的伊洛河夾灘是指伊河龍門鎮(zhèn)水文站、洛河白馬寺水文站以下至伊洛河黑石關(guān)水文站之間的地帶。伊河左堤與洛河右堤所夾的灘區(qū)及該區(qū)間伊河與右岸高崖、洛河與左岸高崖間所圍的區(qū)域,面積大約134 km2。

夾灘地區(qū)是天然滯洪區(qū),大洪水引起決口分洪和倒灌滯洪。河道水位下降后,洪泛區(qū)的水量排入河道,顯著削減黑石關(guān)水文站洪峰流量。

歷史伊洛夾灘蓄滯洪量情況分析見表1。從50 年代到80 年代,白馬寺-龍門鎮(zhèn)站合成流量的減小,夾灘蓄滯洪量增大,伊洛河下游河道的行洪能力在下降,洪水漫溢。黑石關(guān)鐵路橋修建及改建以后,行洪能力明顯下降。

表1 伊洛河夾灘地區(qū)歷史洪水蓄滯洪量分析

（2）伊洛河洪水概況

伊洛河流域歷史上水災(zāi)害主要出現(xiàn)在七月下旬八月上旬。據(jù)文獻(xiàn)記載,公元前184 年到1984 年的2168 年中,共發(fā)生洪水災(zāi)害372 次,約6 年一次。其中致使河道決口、泛濫成災(zāi)、使群眾流離失所的大水災(zāi)108 次,平均20 年一次。表2 是黑石關(guān)、龍門鎮(zhèn)、白馬寺水文站的調(diào)查最大流量。

表2 黑石關(guān)、龍門鎮(zhèn)、白馬寺水文站最大流量統(tǒng)計(jì)表

（3）黑石關(guān)鐵路橋

1903 年,清政府決定開工修建汴洛鐵路。1908 年底,汴洛鐵路全線通車。1909 年5 月,黑石關(guān)大橋被洪水沖斷,靠渡船擺渡。1911 年新橋方告完成,汴洛鐵路恢復(fù)行車。

1941 年春,為防御日寇入侵,衛(wèi)立煌部拆除該橋。1944年5 月,日寇占領(lǐng)鞏縣,在黑石關(guān)大橋處架設(shè)木橋,試車時(shí)橋突然垮塌。日軍重新架設(shè)的木橋亦一度被水沖毀。日本投降后,國(guó)民政府架設(shè)的木橋也沖毀。1949 年,解放軍重建鐵橋,1950年4月竣工。

黑石關(guān)大橋復(fù)線橋于1960 年3 月動(dòng)工,1961 年7 月竣工。此橋修成后,上行線走新橋,下行線走老橋。1978 年新橋拋石加固后,上下行線全走新橋。1989 年,經(jīng)歷了81 年風(fēng)雨的老橋被拆除,目前河道中殘留有二個(gè)老橋墩。

2 分析的方法及采用的參數(shù)

采用曼寧公式計(jì)算斷面流量,見下式：

式中：Q為流量,斷面有灘地時(shí)按主槽、灘地分別計(jì)算流量,按水位級(jí)合成；w為斷面過(guò)水面積；J為水面比降,黑石關(guān)水文站1958年峰頂?shù)谋冉禐?.20×10-4,1982年阻水情況比1958年嚴(yán)重,與目前的狀況相似,峰頂?shù)谋冉禐?.37×10-4；n為糙率。1958年洪水期間的糙率均值0.028,1982年糙率為0.034；R為水力半徑。采用面積與濕周的比值計(jì)算。

3 斷面選擇

黑石關(guān)鐵路橋在黑石關(guān)水文站基本斷面下游約3 km,選擇伊洛河上游的YLH11斷面（上游斷面）作為對(duì)比斷面,在橋上游約100 m,見圖1。

圖1 斷面位置示意圖

在隴海鐵路及康芝公路未修建前,左右岸土質(zhì)高崖間的寬度為478 m。鐵路橋共有6 組橋墩7 孔,斷面凈寬239 m,梁底高程123.9 m。橋墩露出地面寬3.4 m。為保護(hù)橋墩,在橋墩處拋石保護(hù)基礎(chǔ)。水位108.0 m以上時(shí),橋墩及拋石侵占的過(guò)水面積與YLH11 相比在51%~26%之間,低水侵占的面積比重大。主槽平均河底高程107.8 m,比YLH11 主槽抬高2.1 m。3#~4#橋墩之間高程較低,其它橋墩之間的石頭已經(jīng)互相連接,最大單個(gè)護(hù)石墩41 m寬。見圖2。

圖2 大斷面套繪圖

YLH11斷面設(shè)立于2018 年,左岸為隴海鐵路,右岸為康芝路。YLH11斷面寬370 m,左岸灘地有95 m寬的灘地。

分析計(jì)算采用鐵路橋及YLH11 的斷面資料。鐵路橋斷面與YLH11 斷面無(wú)歷史資料,資料為最近實(shí)測(cè)。計(jì)算水位～面積并繪圖,見表3。

4 行洪能力分析

計(jì)算流量時(shí)按主槽、灘地分別計(jì)算,按水位級(jí)合成。把YLH11 斷面作為無(wú)橋時(shí)的斷面,鐵路橋斷面則為有橋時(shí)的斷面,分析建橋前后流量的變化。

（1）水位-流量關(guān)系線的建立

1）采用1958 年參數(shù)時(shí)的水位-流量關(guān)系

采用1958 年的比降、糙率時(shí)的水位-流量關(guān)系見圖3,表4。建橋后,同水位級(jí)鐵路橋下的過(guò)流能力大幅下降,幅度在47%以上。在水位115.00 m時(shí),無(wú)鐵路橋時(shí)YLH11 斷面能通過(guò)的流量為9680 m3/s,有鐵路橋時(shí)僅能通過(guò)4340 m3/s,衰減55.2%。

表4 采用1958年比降、糙率流量計(jì)算分析表

圖3 采用1958年比降、糙率的水位-流量關(guān)系線

2）采用1982年參數(shù)的水位-流量關(guān)系

比降、糙率采用1982 年的水位-流量關(guān)系見圖4、表5。建橋前后,水位115.00 m的流量值由7260 m3/s減小到3000 m3/s,減小58.7%。同水位級(jí)流量均比采用1958 年參數(shù)時(shí)減小。

圖4 采用1982年比降、糙率的水位-流量關(guān)系線

表5 采用1982年比降、糙率的流量計(jì)算分析表

續(xù)表5

（2）行洪分析

洪水到達(dá)黑石關(guān)鐵路橋后,由于黑石關(guān)鐵路橋的雍水作用,伊洛夾灘至黑石關(guān)鐵路橋間的比降會(huì)遠(yuǎn)小于峰頂時(shí)的比降,伊洛夾灘到黑石關(guān)鐵路橋的河道類似一個(gè)水庫(kù)。其水位最低點(diǎn)在鐵路橋,最高水位在夾灘。最高水位也就是伊洛河大堤及夾灘大堤最低點(diǎn)的高程。鐵路橋作為出口,水位要低于上游。水位超過(guò)上游堤防的高程將向伊洛夾灘區(qū)域決溢分洪。分洪后上游河道水位降低使黑石關(guān)鐵路橋處的水位下降,下泄流量隨之減小。

1958 年黑石關(guān)站洪峰流量9450 m3/s,相應(yīng)水位114.32 m；白馬寺站同場(chǎng)洪水洪峰流量7230 m3/s,相應(yīng)水位123.87 m。兩站水位高差9.55 m,間距37 km,則平均比降為2.58×10-4。

1982 年黑石關(guān)站洪峰流量4110 m3/s,相應(yīng)水位114.81 m；白馬寺站同場(chǎng)洪水對(duì)應(yīng)的最高水位124.27 m。平均比降為2.56×10-4。見表6。

表6 白馬寺-黑石關(guān)同場(chǎng)次洪水平均比降

根據(jù)2018 年《偃師市伊洛河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,伊洛河夾灘地區(qū)及右岸堤防的設(shè)計(jì)流量為20 年一遇,左岸為50 年一遇。伊河夾灘段及右岸河堤高程在121.60 m~118.28 m。按夾灘水位119.5 m,鐵路橋斷面距離夾灘17 km,比降按2.0×10-4~3.0×10-4,上下水位差3.4 m~5.1 m,即鐵路斷面的水位在116.1 m~114.4 m。116.1 m在1958 年參數(shù)計(jì)算的流量為5210 m3/s,對(duì)應(yīng)的1982 年參數(shù)對(duì)應(yīng)的流量3620 m3/s。

考慮下游雍水,按1.0×10-4的比降計(jì)算,鐵路橋的水位是117.80 m,在58 年關(guān)系線上流量為6700 m3/s；在82 年關(guān)系線上的流量為4640 m3/s,下泄最大流量的范圍在4640 m3/s~6700 m3/s；按1.5×10-4的比降計(jì)算,鐵路橋的水位是116.95 m,在58年參數(shù)線上流量為5940 m3/s；在82 年線上的流量為4110 m3/s,黑石關(guān)1982 年實(shí)際最大流量4110 m3/s。

5 結(jié)語(yǔ)

分析伊洛河道的行洪能力,不只限于一個(gè)河段,要綜合分析上下游蓄滯洪情況以及卡口的過(guò)洪能力。洛陽(yáng)市、偃師、鞏義段的河堤工程的建設(shè),東石橋洪泛區(qū)、南岸洪泛區(qū)、北岸洪泛區(qū)基本喪失功能,伊河左堤與洛河右堤間夾灘洪泛區(qū)只能從下游的最低點(diǎn)決溢進(jìn)水。當(dāng)夾灘的水位119.50 m時(shí),回水范圍到達(dá)洛陽(yáng)市區(qū),洛陽(yáng)市防汛壓力極大。因此伊洛河下游防汛的關(guān)鍵在于黑石關(guān)鐵路橋處的行洪能力,單純的加高大堤解決不了存在的問(wèn)題。

在目前偃師伊洛夾灘設(shè)計(jì)堤防高程即夾灘水位119.50 m情況下,鐵路橋處行洪能力的范圍約在4110 m3/s~5940 m3/s,行洪能力達(dá)不到10 年一遇的洪水。當(dāng)河道流量超過(guò)10 年一遇的洪水6200 m3/s時(shí)需要依靠上游夾灘進(jìn)行滯蓄洪水。據(jù)2020 年實(shí)測(cè)資料,伊洛夾灘水位119.50 m時(shí)總庫(kù)容（匯合口以上）為2.8 億m3,其中內(nèi)灘庫(kù)容1.0 億m3。依靠河槽內(nèi)的1.8 億m3庫(kù)容滿足不了“82.8”洪水蓄滯的需要。