伊洛河下游行洪能力分析

孙建民，王志勇

（黄委河南水文水资源局,河南 郑州 450004）

0 引言

伊洛河流域是黄河下游洪水来源区之一,流域内修建了陆浑、故县两座大型水库,伊洛河下游的防洪压力有所减轻。两个水库以下的流域面积有1 万km2,1958 年、1982 年洪水的暴雨中心均在两水库以下,伊洛河的防汛依然不可忽视。洛阳、偃师、巩义近年进行了堤防的建设,洛阳市区段达到百年一遇的标准,偃师、巩义部分河段达到50 年一遇的标准,伊洛夹滩及附近的伊洛河右岸的防洪标准为20 年一遇。伊洛夹滩堤防的建设削弱夹滩蓄滞洪的作用。黑石关铁路桥处的行洪能力与伊洛夹滩的蓄滞洪的作用相互影响,因此分析研究伊洛河下游的行洪能力有重要意义。

1 研究区域概况

（1）伊洛河及伊洛夹滩概况

伊洛河是黄河三花区间最大支流,流域面积18881 km2。传统上以洛河为干流,伊河为支流,两河汇合后称伊洛河。洛河发源陕西省蓝田县,流域面积12049 km2,流经陕、豫两省,在偃师市杨村与伊河汇合。伊河发源于河南省栾川县,流经嵩县、伊川、洛阳市、偃师,流域面积6029 km2。汇合口以下长约37 km,流域面积约803 km2,在巩义神北村注入黄河。1934 年,伊洛河设立黑石关水文站；1935 年,伊河设立龙门镇水文站；1951 年洛河设立洛阳水文站,1955 年下迁,更名为白马寺水文站。

狭义的伊洛河夹滩指从白马寺水文站洛河左岸以下和伊河的右岸西石坝村以下至伊、洛两河汇合口之间的区域,东西长19 km,南北宽4 km,面积大约70 km2。

广义的伊洛河夹滩是指伊河龙门镇水文站、洛河白马寺水文站以下至伊洛河黑石关水文站之间的地带。伊河左堤与洛河右堤所夹的滩区及该区间伊河与右岸高崖、洛河与左岸高崖间所围的区域,面积大约134 km2。

夹滩地区是天然滞洪区,大洪水引起决口分洪和倒灌滞洪。河道水位下降后,洪泛区的水量排入河道,显著削减黑石关水文站洪峰流量。

历史伊洛夹滩蓄滞洪量情况分析见表1。从50 年代到80 年代,白马寺-龙门镇站合成流量的减小,夹滩蓄滞洪量增大,伊洛河下游河道的行洪能力在下降,洪水漫溢。黑石关铁路桥修建及改建以后,行洪能力明显下降。

表1 伊洛河夹滩地区历史洪水蓄滞洪量分析

（2）伊洛河洪水概况

伊洛河流域历史上水灾害主要出现在七月下旬八月上旬。据文献记载,公元前184 年到1984 年的2168 年中,共发生洪水灾害372 次,约6 年一次。其中致使河道决口、泛滥成灾、使群众流离失所的大水灾108 次,平均20 年一次。表2 是黑石关、龙门镇、白马寺水文站的调查最大流量。

表2 黑石关、龙门镇、白马寺水文站最大流量统计表

（3）黑石关铁路桥

1903 年,清政府决定开工修建汴洛铁路。1908 年底,汴洛铁路全线通车。1909 年5 月,黑石关大桥被洪水冲断,靠渡船摆渡。1911 年新桥方告完成,汴洛铁路恢复行车。

1941 年春,为防御日寇入侵,卫立煌部拆除该桥。1944年5 月,日寇占领巩县,在黑石关大桥处架设木桥,试车时桥突然垮塌。日军重新架设的木桥亦一度被水冲毁。日本投降后,国民政府架设的木桥也冲毁。1949 年,解放军重建铁桥,1950年4月竣工。

黑石关大桥复线桥于1960 年3 月动工,1961 年7 月竣工。此桥修成后,上行线走新桥,下行线走老桥。1978 年新桥抛石加固后,上下行线全走新桥。1989 年,经历了81 年风雨的老桥被拆除,目前河道中残留有二个老桥墩。

2 分析的方法及采用的参数

采用曼宁公式计算断面流量,见下式：

式中：Q为流量,断面有滩地时按主槽、滩地分别计算流量,按水位级合成；w为断面过水面积；J为水面比降,黑石关水文站1958年峰顶的比降为6.20×10-4,1982年阻水情况比1958年严重,与目前的状况相似,峰顶的比降为4.37×10-4；n为糙率。1958年洪水期间的糙率均值0.028,1982年糙率为0.034；R为水力半径。采用面积与湿周的比值计算。

3 断面选择

黑石关铁路桥在黑石关水文站基本断面下游约3 km,选择伊洛河上游的YLH11断面（上游断面）作为对比断面,在桥上游约100 m,见图1。

图1 断面位置示意图

在陇海铁路及康芝公路未修建前,左右岸土质高崖间的宽度为478 m。铁路桥共有6 组桥墩7 孔,断面净宽239 m,梁底高程123.9 m。桥墩露出地面宽3.4 m。为保护桥墩,在桥墩处抛石保护基础。水位108.0 m以上时,桥墩及抛石侵占的过水面积与YLH11 相比在51%~26%之间,低水侵占的面积比重大。主槽平均河底高程107.8 m,比YLH11 主槽抬高2.1 m。3#~4#桥墩之间高程较低,其它桥墩之间的石头已经互相连接,最大单个护石墩41 m宽。见图2。

图2 大断面套绘图

YLH11断面设立于2018 年,左岸为陇海铁路,右岸为康芝路。YLH11断面宽370 m,左岸滩地有95 m宽的滩地。

分析计算采用铁路桥及YLH11 的断面资料。铁路桥断面与YLH11 断面无历史资料,资料为最近实测。计算水位～面积并绘图,见表3。

4 行洪能力分析

计算流量时按主槽、滩地分别计算,按水位级合成。把YLH11 断面作为无桥时的断面,铁路桥断面则为有桥时的断面,分析建桥前后流量的变化。

（1）水位-流量关系线的建立

1）采用1958 年参数时的水位-流量关系

采用1958 年的比降、糙率时的水位-流量关系见图3,表4。建桥后,同水位级铁路桥下的过流能力大幅下降,幅度在47%以上。在水位115.00 m时,无铁路桥时YLH11 断面能通过的流量为9680 m3/s,有铁路桥时仅能通过4340 m3/s,衰减55.2%。

表4 采用1958年比降、糙率流量计算分析表

图3 采用1958年比降、糙率的水位-流量关系线

2）采用1982年参数的水位-流量关系

比降、糙率采用1982 年的水位-流量关系见图4、表5。建桥前后,水位115.00 m的流量值由7260 m3/s减小到3000 m3/s,减小58.7%。同水位级流量均比采用1958 年参数时减小。

图4 采用1982年比降、糙率的水位-流量关系线

表5 采用1982年比降、糙率的流量计算分析表

续表5

（2）行洪分析

洪水到达黑石关铁路桥后,由于黑石关铁路桥的雍水作用,伊洛夹滩至黑石关铁路桥间的比降会远小于峰顶时的比降,伊洛夹滩到黑石关铁路桥的河道类似一个水库。其水位最低点在铁路桥,最高水位在夹滩。最高水位也就是伊洛河大堤及夹滩大堤最低点的高程。铁路桥作为出口,水位要低于上游。水位超过上游堤防的高程将向伊洛夹滩区域决溢分洪。分洪后上游河道水位降低使黑石关铁路桥处的水位下降,下泄流量随之减小。

1958 年黑石关站洪峰流量9450 m3/s,相应水位114.32 m；白马寺站同场洪水洪峰流量7230 m3/s,相应水位123.87 m。两站水位高差9.55 m,间距37 km,则平均比降为2.58×10-4。

1982 年黑石关站洪峰流量4110 m3/s,相应水位114.81 m；白马寺站同场洪水对应的最高水位124.27 m。平均比降为2.56×10-4。见表6。

表6 白马寺-黑石关同场次洪水平均比降

根据2018 年《偃师市伊洛河治理工程初步设计报告》,伊洛河夹滩地区及右岸堤防的设计流量为20 年一遇,左岸为50 年一遇。伊河夹滩段及右岸河堤高程在121.60 m~118.28 m。按夹滩水位119.5 m,铁路桥断面距离夹滩17 km,比降按2.0×10-4~3.0×10-4,上下水位差3.4 m~5.1 m,即铁路断面的水位在116.1 m~114.4 m。116.1 m在1958 年参数计算的流量为5210 m3/s,对应的1982 年参数对应的流量3620 m3/s。

考虑下游雍水,按1.0×10-4的比降计算,铁路桥的水位是117.80 m,在58 年关系线上流量为6700 m3/s；在82 年关系线上的流量为4640 m3/s,下泄最大流量的范围在4640 m3/s~6700 m3/s；按1.5×10-4的比降计算,铁路桥的水位是116.95 m,在58年参数线上流量为5940 m3/s；在82 年线上的流量为4110 m3/s,黑石关1982 年实际最大流量4110 m3/s。

5 结语

分析伊洛河道的行洪能力,不只限于一个河段,要综合分析上下游蓄滞洪情况以及卡口的过洪能力。洛阳市、偃师、巩义段的河堤工程的建设,东石桥洪泛区、南岸洪泛区、北岸洪泛区基本丧失功能,伊河左堤与洛河右堤间夹滩洪泛区只能从下游的最低点决溢进水。当夹滩的水位119.50 m时,回水范围到达洛阳市区,洛阳市防汛压力极大。因此伊洛河下游防汛的关键在于黑石关铁路桥处的行洪能力,单纯的加高大堤解决不了存在的问题。

在目前偃师伊洛夹滩设计堤防高程即夹滩水位119.50 m情况下,铁路桥处行洪能力的范围约在4110 m3/s~5940 m3/s,行洪能力达不到10 年一遇的洪水。当河道流量超过10 年一遇的洪水6200 m3/s时需要依靠上游夹滩进行滞蓄洪水。据2020 年实测资料,伊洛夹滩水位119.50 m时总库容（汇合口以上）为2.8 亿m3,其中内滩库容1.0 亿m3。依靠河槽内的1.8 亿m3库容满足不了“82.8”洪水蓄滞的需要。