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源區之一,流域內修建了陸渾、故縣兩座大型水庫,伊洛河下游的防洪壓力有所減輕。兩個水庫以下的流域面積有1 萬km2,1958 年、1982 年洪水的暴雨中心均在兩水庫以下,伊洛河的防汛依然不可忽視。洛陽、偃師、鞏義近年進行了堤防的建設,洛陽市區段達到百年一遇的標準,偃師、鞏義部分河段達到50 年一遇的標準,伊洛夾灘及附近的伊洛河右岸的防洪標準為20 年一遇。伊洛夾灘堤防的建設削弱夾灘蓄滯洪的作用。黑石關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 研究區域概況

（1）伊洛河及伊洛夾灘概況

伊洛河是黃河三花區間最大支流,流域面積18881 km2。傳統上以洛河為干流,伊河為支流,兩河匯合后稱伊洛河。洛河發源陜西省藍田縣,流域面積12049 km2,流經陜、豫兩省,在偃師市楊村與伊河匯合。伊河發源于河南省欒川縣,流經嵩縣、伊川、洛陽市、偃師,流域面積6029 km2。匯合口以下長約37 km,流域面積約803 km2,在鞏義神北村注入黃河。1934 年,伊洛河設立黑石關水文站；1935 年,伊河設立龍門鎮水文站；1951 年洛河設立洛陽水文站,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域,東西長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水文站、洛河白馬寺水文站以下至伊洛河黑石關水文站之間的地帶。伊河左堤與洛河右堤所夾的灘區及該區間伊河與右岸高崖、洛河與左岸高崖間所圍的區域,面積大約134 km2。

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

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害主要出現在七月下旬八月上旬。據文獻記載,公元前184 年到1984 年的2168 年中,共發生洪水災害372 次,約6 年一次。其中致使河道決口、泛濫成災、使群眾流離失所的大水災108 次,平均20 年一次。表2 是黑石關、龍門鎮、白馬寺水文站的調查最大流量。

表2 黑石關、龍門鎮、白馬寺水文站最大流量統計表

（3）黑石關鐵路橋

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,汴洛鐵路恢復行車。

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

黑石關大橋復線橋于1960 年3 月動工,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,經歷了81 年風雨的老橋被拆除,目前河道中殘留有二個老橋墩。

2 分析的方法及采用的參數

采用曼寧公式計算斷面流量,見下式：

式中：Q為流量,斷面有灘地時按主槽、灘地分別計算流量,按水位級合成；w為斷面過水面積；J為水面比降,黑石關水文站1958年峰頂的比降為6.20×10-4,1982年阻水情況比1958年嚴重,與目前的狀況相似,峰頂的比降為4.37×10-4；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算。

3 斷面選擇

黑石關鐵路橋在黑石關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。為保護橋墩,在橋墩處拋石保護基礎。水位108.0 m以上時,橋墩及拋石侵占的過水面積與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互相連接,最大單個護石墩41 m寬。見圖2。

圖2 大斷面套繪圖

YLH11斷面設立于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。

分析計算采用鐵路橋及YLH11 的斷面資料。鐵路橋斷面與YLH11 斷面無歷史資料,資料為最近實測。計算水位～面積并繪圖,見表3。

4 行洪能力分析

計算流量時按主槽、灘地分別計算,按水位級合成。把YLH11 斷面作為無橋時的斷面,鐵路橋斷面則為有橋時的斷面,分析建橋前后流量的變化。

（1）水位-流量關系線的建立

1）采用1958 年參數時的水位-流量關系

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

表4 采用1958年比降、糙率流量計算分析表

圖3 采用1958年比降、糙率的水位-流量關系線

2）采用1982年參數的水位-流量關系

比降、糙率采用1982 年的水位-流量關系見圖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%。同水位級流量均比采用1958 年參數時減小。

圖4 采用1982年比降、糙率的水位-流量關系線

表5 采用1982年比降、糙率的流量計算分析表

續表5

（2）行洪分析

洪水到達黑石關鐵路橋后,由于黑石關鐵路橋的雍水作用,伊洛夾灘至黑石關鐵路橋間的比降會遠小于峰頂時的比降,伊洛夾灘到黑石關鐵路橋的河道類似一個水庫。其水位最低點在鐵路橋,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的高程。鐵路橋作為出口,水位要低于上游。水位超過上游堤防的高程將向伊洛夾灘區域決溢分洪。分洪后上游河道水位降低使黑石關鐵路橋處的水位下降,下泄流量隨之減小。

1958 年黑石關站洪峰流量9450 m3/s,相應水位114.32 m；白馬寺站同場洪水洪峰流量7230 m3/s,相應水位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 年黑石關站洪峰流量4110 m3/s,相應水位114.81 m；白馬寺站同場洪水對應的最高水位124.27 m。平均比降為2.56×10-4。見表6。

表6 白馬寺-黑石關同場次洪水平均比降

根據2018 年《偃師市伊洛河治理工程初步設計報告》,伊洛河夾灘地區及右岸堤防的設計流量為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 年參數計算的流量為5210 m3/s,對應的1982 年參數對應的流量3620 m3/s。

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

5 結語

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

在目前偃師伊洛夾灘設計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,行洪能力達不到10 年一遇的洪水。當河道流量超過10 年一遇的洪水6200 m3/s時需要依靠上游夾灘進行滯蓄洪水。據2020 年實測資料,伊洛夾灘水位119.50 m時總庫容（匯合口以上）為2.8 億m3,其中內灘庫容1.0 億m3。依靠河槽內的1.8 億m3庫容滿足不了“82.8”洪水蓄滯的需要。