刘社教 关莹 张清

摘要：陆浑水库是伊河关健性控制工程，对伊河下游洪水发挥着调控作用。近年来，伊河中下游河道修建了许多跨河桥梁。以龙门镇附近新修跨河桥梁为例，分析了桥梁修建对所在河段河床冲淤演变产生的影响。结果表明，在伊河河道修建跨河桥梁会对桥位附近河道冲刷以及水位升高产生一定的影响，还可能引起河势的局部调整；多座桥梁还会对河床演变产生累积效应。

关键词：防洪安全；累积效应；河床演变；跨河桥梁；陆浑水库；伊河中下游

中图分类号：TV147 文献标志码：A Doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.09.008

1 概述

1.1 伊河河道概况

伊河发源于熊耳山南麓，经篙县、伊川、洛阳市到偃师杨村与洛河相汇，汇流口以上河长264.8km，流域面积6029km2，地势总体上由西南向东北降低。地形地貌主要有土石山区、丘陵和河谷冲积平原。伊河干流大体上分为三段：篙县岩口以上为上段，河长154.0km，位于坡度陡峻的深山峡谷之中，蜿蜒曲折，河槽呈V形，两岸及河底基岩裸露，河床质为大卵石及砂砾石，水面仅宽20～40m，水流湍急形成多级跌水；从岩口到龙门为中段，河长70.1km，除陆浑、龙门两卡口外，河面都较开阔，河出陆浑水库后进入丘陵浅山区，两岸山势逐渐开阔，两岸多为土质阶台地，河槽呈U形，游荡不定，沙滩棋布，汉流纵横，河床质为砂卵石，多滩地；龙门以下为下段，河长40.7km，河道展宽，流速减小，水位高于地面，成为地上河，尤其左岸为伊洛河夹滩低地，两岸靠堤防束水行洪，河宽一般2000m左右，河槽较固定，河床质为细砂，险工较多，是防洪重点河段。

1.2 伊河水沙特性

伊河流域径流的地区分布与降水量分布趨势基本一致，即东南大于西北，山区大于平原。伊河陆浑以上集水面积占伊河的58%，而径流量却占71%，龙门镇以下地区为径流最少的区域。河川径流的年内分配直接受降水的季节变化影响，汛期（7-10月）来水量占全年来水量的60%以上，最大月径流量出现在8月；枯水期（1-3月）来水量占全年来水量的10%，最小月径流量出现在2月。据统计，伊河龙门镇站1954-2014年多年平均径流量为7.76亿m3。其中汛期多年平均径流量为4.82亿m3，非汛期为2.94亿m3。最大年径流量为31.12亿m3（1964年），是最小年径流量1.08亿m3（2002年）的28.81倍；非汛期最大径流量为16.18亿m3（1964年），是非汛期最小径流量0.31亿m3（1995年）的52.2倍。龙门镇站多年平均流量为860m3/s，实测最大洪峰流量为6850m3/s（1958年7月17日），相应洪水水面比降为0.077%。近年来伊河流域径流量呈减少趋势。

龙门镇站总体泥沙量较少，1954-2014年多年平均输沙量为194.51万t，其中：汛期为177.39万t，占多年平均年输沙量的91%；非汛期为17.12万t，占多年平均输沙量的9%。最大年输沙量为2313.84万t（1958年），最大含沙量为99.1kg/m3（1977年7月25日）。

伊河水沙量变幅较大，尽管伊河在非汛期水沙量较小，但是在汛期也会产生很大的洪峰过程，洪峰流量可以超出多年平均流量的8倍甚至更多。因此，伊河防洪形势不容小觑。

1.3 伊河中下游跨河桥梁建设情况

近年来，为了推动地方经济的发展，满足人们日益增长的物质需求，在伊河中下游河道上修建了多处桥梁等跨河工程。据统计，伊河陆浑水库以下河道上已修建高速公路桥等大型桥梁6座，省、国道等跨河桥梁7座、铁路桥3座，还有地方道路等跨河桥梁以及拦河坝等工程20座以上。在陆浑水库至人黄口约110km的河道上，平均3km就有一座跨河工程。例如在洛阳龙门石窟景区附近10km的河道内就修建有4座跨河桥梁和3座拦河橡胶坝，使得该河段河道的河宽变宽，水流流速变缓，已经完全变成了城市的景观河流。这些跨河工程的修建影响了河道自身的水沙变化，改变了河道冲淤演变规律，也给陆浑水库的调度运行带来新的问题。

2 陆浑水库及对伊河洪水的调控作用

2.1 水库概况

陆浑水库位于嵩县境内的伊河干流上，水库控制河长169.5km，占总河长的64%，控制流域面积3492km2，占伊河总流域面积的57%，总库容13.2亿m3，防洪库容2.5亿m3，是以防洪为主，结合灌溉、发电、供水、养鱼、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程，也是伊河干流上唯一的一座大型水库。陆浑水库承担的防洪任务主要有两方面：一是减缓伊洛河中下游河段的防洪压力，在20a—遇以下洪水时，水库控制下泄流量不超过1000m3/s；二是配合三门峡、小浪底、故县等水库联合调度运用，削减三花间（三门峡—花园口区间）洪水，以减轻黄河下游洪水威胁，确保黄河下游发生千年一遇洪水时的防洪安全川。

2.2 水库对洪水的调控作用

陆浑水库下游受其保护的有洛阳、郑州、开封三个重要城市以及著名的世界文化遗产——龙门石窟。2015年编制的《伊洛河流域综合规划》中规划近期水平年为2020年，远期水平年为2030年。规划确定防洪河段为陆浑水库以下河段。远期可根据沿岸地方经济发展以及黄河下游防洪体系的逐步完善，进一步研究提高重点河段防洪标准的可能性。

陆浑水库运行以来，较好地发挥了拦洪削峰、错峰调洪的作用。例如在伊河“2010·07”大洪水期间，陆浑水库拦蓄洪水1.8亿m3，削峰率为77%，确保了人民生命财产安全，防洪减灾效益十分显著。

3 桥梁对所在河段河道冲淤演变的影响

3.1 桥梁壅水与冲刷计算

在陆浑水库下游约60km、龙门镇水文站下游约5km的河道上拟修建一座特大型城际铁路桥梁。桥梁主跨为3×74m，两侧边跨跨径32m，桥长约800m，涉河桥墩数量为16个。桥梁的修建将会对附近河床冲淤、河势演变等产生一定影响。

（1）壅水计算。桥梁建成后，河道内修建的桥墩会占据部分行洪断面，使得河道过水面积减小，同时增大水流阻力，造成桥位上游一定范围内水位壅高。拟建桥梁为圆端型桥墩，承台位于河床地面以下，单墩阻水宽度计算公式为

B=（L-b）sinα+b（1）式中：B为桥墩阻水宽度，m；L为桥墩长度，m；b为桥墩宽度，m；α为桥轴线法线方向与水流方向交角，取19°。

根据桥位断面桥墩布置情况，按式（1）计算设计洪水位下桥墩阻水宽度、阻水面积及其他水力因子。建桥前后河道过水面积和水面宽度见表1。

桥前壅水高度按照《铁路工程水文勘测设计规范》有关壅水计算公式计算，可得100a—遇洪水在桥位上游的最大壅水高度为0.18m，对应壅水长度为152m。

（2）冲刷计算。按照《铁路工程水文勘测设计规范》行业标准的有关公式进行冲刷计算，包括河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷[2]。

依据桥位河段河道历史上河势演变趋势分析，认为该河段河势相对稳定，河道自然冲淤变化不大。龙门镇水文站建站以来，该处河床最大冲深为0.9m。从安全计，未来50a该河段发生的最大冲刷深度就按0.9m计算；一般冲刷计算则是考虑桥位于伊河下游的峡谷河段出口，河道断面较为单一，河流顺直，因此按一般冲刷计算公式得到桥位处一般冲刷水深为14.74m；按局部冲刷计算公式，可得桥位處局部冲刷深度为10.83m。因此，河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷相加即可得到桥位断面的最大冲刷深度。通过计算，桥位断面100a—遇洪水时河道最大冲刷深度为26.47m。

3.2 桥梁修建对附近河道河势的影响

河道上修建桥梁等跨河工程会对桥位上游和下游河道的河势产生明显影响。上游受桥墩阻挡，极易形成淤积体，使单一河道形成分汉，改变河势；下游受桥墩对水流的梳蓖作用影响，水流分散，可能产生不利河势。

伊河中下游河段河道较为开阔，河床内主流摆动不定，沙滩棋布，汉流纵横。在这种河道上修建桥梁等跨河工程时，受桥墩阻水作用的影响，桥梁上游河床会因泥沙落淤而形成心滩，造成河势游荡。为此，专门分析了与伊河河道状态相似的黄河河道上修建桥梁后河道内的水流表现。图1（a）为郑州桃花峪黄河大桥修建后，桥位上游的河势表现情况，可以看出桥梁修建后，其上游形成了一个巨大的河心滩，将河分为两股，其主流发生明显弯曲，与大桥断面形成了明显的角度，增大了桥墩的阻水面积，影响水流运行，并造成上游河宽增大。菏泽东明黄河大桥仅仅修建2a时间，其上游河道内就已经沙滩密布、汉流纵横，主流河势发生了明显改变[见图1（b）]。这种现象在在黄河水利科学研究院开展的黄河下游洪水预报模型试验中也有明显体现：小水时桥梁上游易出现较多淤积，心滩出露，水流分散，大水时河宽变宽，水流分散，大洪水过后河势易发生改变，会冲刷靠河侧堤防并壅高水位，造成河岸稳定性下降。

4 伊河上诸多桥梁建莹市可床演变的累积效应

随着社会经济的不断发展，在河道中修建桥梁等跨河工程的状况会越来越多。李振清等[3]分析认为：单个涉水工程对局部河段水位的影响为2～3cm，影响表现主要是工程附近局部水流流态和局部水位的变化；而修建工程群的影响范围则为整个河段，河道内流量越大影响越大。在平滩流量以下，工程群对河段整体防洪水位的影响一般为2～6cm，在平滩流量以上即发生大洪水时，对整体河段水位的影响达到6～17cm。由此可见，多个桥梁对河道的累积影响并不是单个桥梁产生影响的叠加，而是会明显放大。

另外，桥梁的修建对上游水库的调度也会产生一定影响。陆浑水库是伊河下游河道防洪的控制性水库，如果在河道中修建桥梁的密度较大，那么当汛期水库下泄洪水时，其对应的洪水位将高于设计洪水位，增大水库调度的难度，影响河道泄洪规模。因此，要适当控制跨河桥梁的修建密度。

5 结语

桥梁修建后，桥位上游河道内泥沙落淤，易产生心滩，引起河势游荡。当河道发生大洪水时，河势的改变会危及堤防安全。另外，借鉴其他研究成果认为：若河道内桥梁密度较大，则多个桥梁对河道的累积影响并不是单个桥梁产生影响的叠加，而是会有明显放大。因此，从对陆浑水库运行调度的角度考虑，要适当控制跨河桥梁的修建密度。

参考文献：

[1]黄河水利委员会.伊洛河流域综合规划[R].郑州：黄河水利委员会，2015：37-43.

[2]舒国明.桥涵水利水文[M].北京：人民交通出版社，2009：148-151.

[3]李振清，廖小永.涉河工程群对防洪的累积影响研究[J].水利水运工程学报，2011，12（4）：121-125.