梁贵生 谢永勇 吴小爽 梁恒

摘要：根据青铜峡黄河铁桥加固维护工程在不同频率下的设计洪峰流量及设计洪水位，分析了工程完工后的壅水高度及长度。结果表明：百年一遇洪水时桥位处的壅水高度为0.38m，壅水长度为1520m，会对青铜峡水文站水位、流速、流量、泥沙测验以及水文测验安全等产生一定影响。为尽可能降低今后对水文监测的影响，需开展相关比测试验工作。同时，为消除或减轻工程的不利影响，提出了相应的补救措施。

关键词：水文监测；壅水；黃河铁桥；青铜峡水文站

中图分类号：P333；TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.006

为满足青铜峡水利枢纽T程建设和宁夏回族自治区交通运输的需要，1958年11月开工建设了青铜峡黄河铁桥，1959年7月1日建成通车，桥长292.3m。受当时施工技术条件限制，施工时桥墩为石块堆积夹心木质构筑，桥身为钢构铆接的公铁两用桥梁，后于1964年、1990年分别进行了维修加固。2012年12月，该桥被确定为区级保护文物。

1 工程概况

青铜峡黄河铁桥加固维护工程（以下简称“本工程”）首先用千斤顶撑起原有桥墩处的桥横梁，更换原有的竖直支撑木柱，然后在原有桥墩四周白河床底部开始布设钢丝网，架设钢管支架固定钢丝网，往钢丝网中抛较大石块至水面以上0.1～0.5m，按0.5～1.Om高度错台进行钢丝网填石块，堆砌成下大上小的锥体，尺寸尽量与原有桥墩保持一致，用高压注浆机对钢丝网抛石和砌护后的桥墩进行灌浆加固。施工时按照钢丝网架设—毛石堆砌—高压泵填充灌浆—梁柱校正一钢桁架、主梁维护—局部枕木、木板更换—桥面道路修补的顺序，依次分步对原桥的6个桥墩和桥身、桥面进行竖直支撑木柱更换、抛石砌护及灌浆加固。

2 测站简介

青铜峡水文站位于宁夏回族自治区青铜峡市青铜峡镇，青铜峡水利枢纽下游700m处，集水面积为275010km2。测站设立于1939年5月17日，于1960年4月1日青铜峡水利枢纽截流后搬迁至现在位置（本工程上游180m），是国家基本水文站、重点报汛站，是黄河水量统一调度的控制断面和水资源保护的重点监测断面，是青铜峡水利枢纽出库控制站，为下游防汛、灌溉、水资源管理与保护等提供水文信息，并为治黄收集基本水文资料。目前监测项目有水位、流量、输沙率、泥沙颗粒级配、水温、气温、冰凌、降水、蒸发、水质等。

3 水文分析计算

3.1 设计洪峰流量的确定

本次分析设计洪水以上游安宁渡站为参证站，采用原水利部天津水利水电勘测设计研究院在1993年9月完成的《黄河大柳树水利枢纽可研报告》中的相关分析成果，建立该站与青铜峡水文站经龙刘（龙羊峡、刘家峡）两库联调后的设计洪峰流量关系，计算公式为Q青=1.064Q安-267（Q青为青铜峡站流量，Q安为安宁渡站流量），求得黄河青铜峡站经龙刘水库调蓄影响后的设计洪水成果，见表1。

从计算结果看，本次计算的青铜峡水文站20a-遇设计洪峰流量与宁夏水利设计院和黄河勘测规划设计有限公司的结果基本一致，表明计算的青铜峡水文站设计洪峰流量成果可靠。

3.2 设计洪水位的计算

根据青铜峡站历年水位一流量关系曲线查得的设计洪水位，按照分析确定的水面比降0.05%，采用水面比降法计算不同频率下桥位处设计洪水位（见表3）。

3.3 壅水高度及长度计算

本工程完成后对大断面进行测量，根据实测资料计算，铁桥所处断面在频率为p=5%、p=2%、p=l%洪水下河道行洪宽度分别减小25、22、21m，行洪断面面积分别减小11.2%、11.2%、11.1%，可以看出铁桥占用了过水断面，阻碍了河道行洪，增大了水流的能量损失，使得建筑物上游发生壅水。利用《公路桥位勘测设计规范》中的公式对壅水高度及壅水长度进行计算可知，p=5%、p=2%、p=l%洪水下最大壅水高度分别为0.37、0.38、0.38m，壅水长度分别为1468、1516、1520m。

4 对水文监测影响分析

（1）对水位的影响。根据壅水计算结果，本T程完成后，桥位断面最大壅水高度为0.38m，最大壅水长度为1520m，其壅水范围覆盖了青铜峡水文站整个监测河段，使水位和比降观测均受到影响。

（2）对流速的影响。本工程实施后产生的壅水改变了原有水文监测河段内的水流分布状况，引起流速在同流量下（同水位下）的横向及垂线分布发生变化。

（3）对流量测验的影响。本工程实施后将对青铜峡水文站监测河段内的流速分布及流速产生一定的影响，需要调整测速、测深垂线，改变原有测验方案以保证测验精度，从而增加了流量测验时间，提高了测验难度。

（4）对泥沙测验的影响。本工程建设导致其上游河段流速分布及流速大小发生改变，测点含沙量及断面含沙量分布受流速改变的影响可能发生改变，原有单样含沙量及输沙率测验方案需在加密取样垂线、测点并积累一定测次的基础上重新分析确定。另外.其对单沙的代表性及单断沙关系也可能产生影响。为满足今后泥沙测验的精度和代表性，需要开展相关试验，并根据实测资料进行比测分析，从而确定今后的泥沙测验方案。

（5）对水文测验安全的影响。本工程对铁桥桥墩进行了加固，缩小了桥墩间的距离。当发生大洪水时，若吊船索断裂，则测船到达桥墩位置时易发生碰撞，给测船及船上测验人员带来安全隐患。

5 补救措施

（1）技术要求及原则。根据水文测验相关规范规定，水文试验必须在不同水位、流量、含沙量条件下进行：试验项目包括水位、流量、含沙量、输沙率、比降、流向等，尽可能采用精密方法。结合断面多年实测资料分析，在本工程完成后进行水文监测资料的相关试验，确定水文比测的期限为3a。

（2）水位。为准确分析工程实施后对青铜峡水文站水位监测的影响，拟在铁桥桥位下游450m处和青铜峡水文站基本断面上游350m处的有岸设置2处视频监控系统观测水位，连同青铜峡水文站基本断面现有的水位计，开展水位同步对比观测分析。对比观测应包含各级水位的变化范围，观测时间及測次应根据河流特性及水位涨落变化情况以及工程对河道边界的影响程度等合理分布，在峰顶、峰谷、水位过程转折处应布有测次，水位涨落急剧时应加密测次。

（3）流速。由于本工程实施后造成水文监测河段流态改变，因此开展河道流速分布的试验研究工作非常必要。根据水文监测河段的具体情况，流速分布试验方法采用多线多点法和常规法比较，分析其垂线流速分布形式。当断面上各条垂线的流速分布形式相似时，可点绘一条标准垂线流速分布曲线：当断面上各部分的垂线流速分布形式不完全相同时，可按照《河流流量测验规范》（GB50179-2015）的要求分别点绘2～3条流速分布曲线。结合本工程完工后对原有天然河道的影响状况，选择在受影响条件下的不同流量级进行，每级测次不少于30次。

（4）流量。需加密测深、测速垂线和流量测验频次，尽可能在各级水位、流量范围内均匀布置流量测次，每个级别至少施测30次。流量测次的控制要以能满足目前采用的优化监测方案的分析为准。试验方案：当断面流量小于2000m3/S时，流量测次按水位级布设，水位以0.2m分级，每级水位至少有2个测点控制，可5～7d施测一次：当断面流量大于2000m3/S时，水位每变化0.20～0.30m应测流一次，水位平稳时可3～4d施测一次：当出现洪峰时，按洪峰过程控制，测次均匀布置在涨水段、峰顶及落水段，洪水过程持续时间较长时应在转折变化处增加测次，相邻两测次间隔时间不得大于3d，水位相差不应超过0.30m；水库排沙期间，测次按流量及断面变化过程控制，视变化情况每天至少测流两次，水位变幅控制在0.30m左有，以完整控制流量的变化过程。流速仪法与高精度的ADCP走航仪同步进行加密测验，以验证测验断面流速分布和流量变化情况。

（5）泥沙。本工程实施后改变了水文监测河段的流速及其分布，对泥沙监测产生了影响，结合青铜峡水文站一直以来采用的泥沙测验实际状况以及测验断面河床冲淤变化缓慢的特性，泥沙测验方案主要是输沙率的施测，除按照《河流悬移质泥沙测验规范>（GB/T50159-2015）的有关要求加密泥沙采样垂线及测点外，还要分析采样位置并根据主流变化随时调整。

（6）水文测验安全。本工程缩小了桥墩间的距离，当发生大洪水时，若吊船索断裂，则测船到达桥墩位置时易发生碰撞事故，故制定相关安全措施：一是不定期对吊船索进行检查：二是每年汛前购置合格的吊船索进行更换：三是加强安全生产知识教育，尤其是测船测验人员必须严格遵守测验操作规程：四是在测船上准备足够的救生圈、救生绳及其他安全防护设施；五是制定吊船索断裂情况下测船及船上人员自救方案：六是出现超过吊船缆道测洪能力、断面大面积浮冰、水库泄洪（排沙）、大风天气等情况时，为确保安全，停止使用吊船缆道进行水文测验。

6 结论

（1）本工程产生的壅水高度和长度覆盖了青铜峡水文站整个监测河段，使同流量水位有所抬高，水文监测河段流速及流态分布发生变化，水位流量关系曲线发生变化，导致在进行流量、泥沙测验时需要调整测速、测沙垂线，改变原有测验方案，增加流量、泥沙测验时间，提高了测验难度。

（2）当发生大洪水时，若吊船索断裂则测船到达桥墩位置时易发生碰撞，对测船及船上测验人员造成安全隐患。

（3）针对本工程对青铜峡水文站水文监测产生的影响，为确保今后水文监测精度，需要开展为期3a的水位、流速、流量、泥沙监测和河段流态分布变化分析等方面的水文比测补救措施，并从安全检查、防护设施、预案等方面采取必要措施，以消除或减轻不利影响。