新疆葉爾羌河中游河段護(hù)岸護(hù)灘工程技術(shù)方案研究

徐 燕

(新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局， 新疆 烏魯木齊 830000)

新疆葉爾羌河中游河段護(hù)岸護(hù)灘工程技術(shù)方案研究

徐 燕

(新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局， 新疆 烏魯木齊 830000)

從葉爾羌河中游的水沙特性出發(fā)，結(jié)合中游脆弱的河床邊界條件，分析發(fā)現(xiàn)恰木薩至48團(tuán)渡口段依次為典型的寬淺變遷河段和寬淺游蕩型河段，寬淺變遷河段的河床質(zhì)較粗，小流量運(yùn)移過(guò)程中汊道密布；寬淺游蕩型河段河床質(zhì)越來(lái)越細(xì)，小流量時(shí)主流被河心灘分開(kāi)，偏向河岸的一側(cè)，主流擺動(dòng)不定。提出了中游治理思路應(yīng)是：“穩(wěn)定河勢(shì)，防止沖刷，漫溢，局部封堵汊河、裁彎取直、穩(wěn)定險(xiǎn)工段”。結(jié)合中游河段的河道演變情況，通過(guò)對(duì)不同河段典型護(hù)岸護(hù)灘工程防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比選論證，將中游河段從上至下劃分為3種典型斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為今后塔里木河流域的游蕩型河流的護(hù)岸護(hù)灘工程建設(shè)提供有力技術(shù)保障。

葉爾羌河；游蕩型；治理思路；防護(hù)結(jié)構(gòu)

1 游蕩型河流護(hù)岸護(hù)灘工程技術(shù)研究現(xiàn)狀

游蕩型河流主要特點(diǎn)是河床演變劇烈，會(huì)造成河岸的崩坍、沖刷或滿溢，嚴(yán)重影響河道兩岸的生命財(cái)產(chǎn)安全，這就迫使人們不斷的研究各種河流上的防護(hù)問(wèn)題。從數(shù)千年以前，人們就開(kāi)始與河流作斗爭(zhēng)，設(shè)置不同的防護(hù)工程，解決各種險(xiǎn)情。經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，防護(hù)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都經(jīng)歷了質(zhì)的飛躍，并且在理論上也在不斷的成熟。防護(hù)的目的也從單一的防沖逐漸向綜合的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展，不管防護(hù)的目的如何，其治理的思路還是要具體到每一條河流上具體的分析研究，需要我們研究河段的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律和河床的演變規(guī)律，確定合適的防護(hù)思路，選擇合理的防護(hù)工程結(jié)構(gòu)型式和材料。“順?biāo)?，因?shì)利導(dǎo)”是修建防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行河段治理的基本思路。黃河下游寬淺游蕩型河段目前提出的治理思路是：“穩(wěn)定河勢(shì)，防止沖決”；“涑水攻沙”；“寬河固堤，為泥沙淤積和水流行洪留下足夠的位置”；“寬堤必須守灘”[1-3]。新疆的游蕩型河段是由脆弱的河床邊界組成的，提出治理思路應(yīng)是：“穩(wěn)定河勢(shì)，防止沖刷，漫溢，局部封堵汊河、裁彎取直、穩(wěn)定險(xiǎn)工段”。近年來(lái)，防護(hù)結(jié)構(gòu)中新的防護(hù)型式(材料)不斷被應(yīng)用到實(shí)際工程中，但總體來(lái)說(shuō)，新的防護(hù)型式大多還是從傳統(tǒng)的防護(hù)上改進(jìn)而來(lái)[4]。

葉爾羌河出山口以下的河段，“橫河”、“斜河”“股流”問(wèn)題均有所體現(xiàn)，其發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致河勢(shì)發(fā)生激烈演變，河道主流線急劇轉(zhuǎn)變沖向岸堤或者防護(hù)工程，其水流集中，多于河岸或者防護(hù)工程盡垂直頂沖，頂沖之處往往形成嚴(yán)重坍塌或者出現(xiàn)措手不及的險(xiǎn)情，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。也正是由于這個(gè)原因，新疆的水利工作者通過(guò)不斷的努力分析研究，從防護(hù)工程的治理思路到結(jié)構(gòu)形式、材料的選擇上，都積累了一些經(jīng)驗(yàn)。但“順?biāo)畡?shì)，因勢(shì)利導(dǎo)”，是我們修建防護(hù)工程的基本治河思路，結(jié)合葉爾羌河的脆弱河床邊界條件，提出中游河段治理思路應(yīng)是：“穩(wěn)定河勢(shì)，防止沖刷，漫溢，局部封堵汊河、裁彎取直、穩(wěn)定險(xiǎn)工段”。

目前，葉爾羌河防護(hù)工程的研究還沒(méi)有形成一個(gè)體系，不同的設(shè)計(jì)可能存在一些缺陷。

我們對(duì)葉爾羌河出山口以下的河段的防護(hù)工程問(wèn)題進(jìn)行了一些研究，從河道的運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，選擇適合不同河段的防護(hù)結(jié)構(gòu)型式。

2 葉爾羌河中游河段水沙運(yùn)動(dòng)及河段情況特性分析

葉爾羌河全長(zhǎng)1 281 km，根據(jù)地形可分為上游山區(qū)河段、中游灌區(qū)河段以及下游荒漠河段，其中上游山區(qū)河段自黑巴龍口至喀群渠首上游18 km處的恰木薩，河道長(zhǎng)590 km。中游灌區(qū)河段自恰木薩至艾里克塔木渠首，河道長(zhǎng)352 km。下游河道自艾里克塔木渠首至河道末端與和田河匯合口處，河段長(zhǎng)339 km。該河是塔里木河的主要源流之一，年徑流量大，洪枯流量相差懸殊。1961年實(shí)測(cè)洪峰流量達(dá)6 270 m3/s，據(jù)調(diào)查歷史洪峰流量達(dá)9 140 m3/s[5-6]。

葉爾羌河按地形起伏的程度可分為高山區(qū)、中山帶、低山區(qū)以及平原區(qū)四部分[1]。在出山口以下河道向?qū)挏\游蕩型河段發(fā)展。出山口以下，河床比降較大，河道寬淺，這時(shí)河床質(zhì)組成相差較小，水流中攜帶的粗顆粒泥沙容易被洪水帶走，隨著洪水流量沿程減小(有部分水被引水渠首引走)，粗顆粒泥沙就會(huì)沿程堆積，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生股流對(duì)岸坡或河槽沖刷。隨著水流繼續(xù)向下游平原區(qū)的流動(dòng)，往往由于水沙條件的變化，形成了寬淺游蕩型河段，主流擺動(dòng)不定，隨著流量的變幅，河床變化明顯，當(dāng)洪峰流量來(lái)臨時(shí)，河道較為順直，河槽斷面寬闊，河道曲率半徑較大，引起主流和河勢(shì)的變化；在小流量過(guò)流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)橫河或斜河現(xiàn)象發(fā)生，形成較多的河心灘，使汊道密集，這樣的洪水會(huì)對(duì)岸坡造成頂沖現(xiàn)象，破壞力巨大。

目前下坂地水利樞紐工程是該流域已建成的唯一的山區(qū)水利樞紐工程。阿爾塔什水利樞紐正在施工中，是葉爾羌河流域規(guī)劃開(kāi)發(fā)中的重要控制性水利樞紐工程[7]，建成后將大大降低下游的防洪壓力，在其發(fā)揮效益之前的時(shí)段內(nèi)，仍需要采取防洪措施，降低洪水災(zāi)害，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.1 洪水成因分析

葉爾羌河發(fā)源于喀喇昆侖山脈，是塔里木河的主要源流之一，該河年徑流量大，多年平均徑流量66.1億m3，是典型的冰雪補(bǔ)給型河流，水量年內(nèi)分配不均，洪枯流量相差懸殊，并周期性的伴有冰川湖突發(fā)洪水，這是葉爾羌河的主要水文特征。洪水按其成因，可以分為四種類型：冰雪消融型洪水、冰川“潰壩型”洪水、暴雨型洪水、混合型洪水[8-9]。

從表1可以看出，洪水發(fā)生時(shí)間主要集中于6月—9月，該河是一條洪水多發(fā)性河流，冰雪消融型洪水歷時(shí)最長(zhǎng)，但洪峰流量相對(duì)較小；冰川“潰壩型”洪水歷時(shí)最短，但其洪峰流量是冰雪消融型洪水近2倍，且起漲速度非常快；混合型洪水，歷時(shí)也不是很長(zhǎng)，但其洪峰流量很大，與“潰壩型”洪水相當(dāng)，其主峰相對(duì)靠后。通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)“潰壩型”和混合型洪水的威力很大，會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性洪水，而冰雪消融型洪水歷時(shí)很長(zhǎng)，其災(zāi)害也是嚴(yán)重的。

表1 卡群水文站洪水資料統(tǒng)計(jì)

2.2 泥 沙

葉爾羌河是一條多泥沙河流，泥沙發(fā)生的時(shí)間也集中在6月—9月，11月至次年3月泥沙的含量會(huì)小很多，說(shuō)明該河是大水大沙小水小沙。通過(guò)對(duì)1961年9月4日卡群站實(shí)測(cè)洪峰流量6 270 m3/s進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)洪水發(fā)生前日平均含沙量在3 kg/m3之下，洪水發(fā)生后最大日平均含沙量達(dá)60.4 kg/m3，這也就說(shuō)明大水泥沙消退過(guò)程遠(yuǎn)比洪水消退過(guò)程緩慢的多，河道泥沙問(wèn)題非常突出。通過(guò)對(duì)整個(gè)河道分析我們發(fā)現(xiàn)，河道上游山區(qū)為產(chǎn)沙區(qū)，平原區(qū)為落淤區(qū)[10]。

2.3 葉爾羌河中游典型河段情況分析

(1) 恰木薩至依干其渡口水文站河段的典型分析。恰木薩(喀群渠首上游18 km處)至依干其渡口水文站河段相對(duì)較陡，為沖積平原區(qū)上部和山區(qū)向平原區(qū)的過(guò)渡區(qū)(為寬淺變遷河段)，位于沖積扇下緣地段區(qū)域，由于河流在平原區(qū)兩岸失去了山體屏障，加之坡度陡，流速大，水流之動(dòng)能沖刷河岸，造成河岸在平面上的擺動(dòng)，使河床越來(lái)越寬，形成游蕩性，河床比降在1.4‰至7.6‰。河床質(zhì)主要為砂卵礫石。

欄桿防洪工程起點(diǎn)距下游卡群渠首17 km，河段水流發(fā)散，分汊為多股水流，為復(fù)雜彎曲分汊型河段，汊道數(shù)目眾多，平面型態(tài)和入口處的水流條件都比較復(fù)雜。河道由上游向下游擴(kuò)散，無(wú)明顯的主流，上游河道較窄約500 m寬，下段河道較寬為2 600 m左右，在一般常遇洪水的情況下，對(duì)河道兩岸沖刷較強(qiáng)，該河段植被較少，河中心灘生長(zhǎng)有紅柳。

庫(kù)熱克鐵熱克防洪工程起點(diǎn)距上游喀群渠首42 km，終點(diǎn)下距依干其渡口水文站28 km，也為復(fù)雜分汊型河道，主流從河段中央斜向右岸沖刷防洪工程，防洪工程河段目前平均河床寬度約為1.2 km～2.1 km，河中心灘地植被很少，防洪河段穩(wěn)定性較弱，沖淤變化迅速。現(xiàn)狀河段主流靠近右岸，防洪段上段主流位于右岸及中部，防洪段下段主流伴于中部及左岸。防洪段上下游河道均為主槽不明顯的多股分汊型河道。

(2) 依干其渡口水文站至48團(tuán)渡口段的典型分析。葉爾羌河在先巴扎至48團(tuán)渡口段較為平緩，河床比降在8‰～1‰以下，為主要的沖積平原區(qū)(為寬淺游蕩型河段)。河床質(zhì)主要為粉細(xì)砂。

先巴扎防洪工程距卡群渠首70 km，河床質(zhì)主要為低液限粉土、細(xì)砂、圓礫。近年來(lái)，主流從對(duì)岸的央阿力克末端折向右岸直沖先巴扎，由于多年的沖刷從而形成一個(gè)大彎道，近10 a彎道處已向內(nèi)推進(jìn)約150 m，已沖走大片耕地。從庫(kù)熱克鐵熱克至莎車(chē)縣依干其渡口河段，兩岸幾乎全為耕地。右岸遭洪水沖刷嚴(yán)重，使河岸嚴(yán)重后縮。

霍熱斯坦防洪工程距上游依干其渡口18 km，距上游卡群站約100 km，地處沖洪積細(xì)土平原區(qū)，河道比較順直，河心灘廣泛發(fā)育，規(guī)模較大，在1 km左右寬度的主河道上，河心灘寬度占到了50%以上，即主河槽寬度不足50%，約400 m～500 m。河心灘的阻隔作用，致使主河道分叉較多，主流不穩(wěn)定，洪水期主河槽常常擺動(dòng)，游蕩性很大。從莎車(chē)縣依干其渡口到霍熱斯坦，兩岸幾乎全為耕地，左岸遭洪水沖刷嚴(yán)重，使河岸后縮了數(shù)百米。

從依干其渡口以下至巴楚縣錢(qián)老漢龍口段，長(zhǎng)約140 km，兩岸沖洪積細(xì)土平原均由低液限粉土、低液限黏土、粉細(xì)砂組成，河兩岸絕大部分為耕地，少數(shù)為林地、草地。本河段左岸受沖刷較嚴(yán)重的有19處，長(zhǎng)約45 km，河岸后縮200 m～500 m；右岸受沖刷較嚴(yán)重的有7處，長(zhǎng)約30 km，河床因沖刷后縮200 m～2 000 m。

3 葉爾羌河中游河段護(hù)岸護(hù)灘方案的比選分析

通過(guò)葉爾羌河寬淺過(guò)渡段和寬淺游蕩型河段的水流泥沙特性分析，本文針對(duì)出山口至48團(tuán)渡口河段的防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

從已建成的葉河防洪工程中，我們發(fā)現(xiàn)采用最多的防護(hù)型式有：坡式、壩式、井柱樁式及梢石壩等。坡式、壩式結(jié)構(gòu)在中上游使用較多，井柱樁式結(jié)構(gòu)在中下游河段有所應(yīng)用，梢石壩在河道應(yīng)急搶險(xiǎn)應(yīng)用較多[11-13]。

從對(duì)葉爾羌河典型河段的分析我們發(fā)現(xiàn)，恰木薩至依干其渡口水文站河段的河床質(zhì)為砂卵礫石，依干其渡口水文站至48團(tuán)渡口段的河床質(zhì)以粉細(xì)砂為主，從上游至下游地下水位是由深至淺變化的，河勢(shì)演變的特點(diǎn)是有所區(qū)別的，上段汊道密布，下段主流明顯，擺動(dòng)不定，河心灘明顯。結(jié)合這些特點(diǎn)，我們選擇了4種不同的斷面進(jìn)行分析研究。如圖1～圖2所示。

(1) 恰木薩—依干其渡口河段(0+000—84+000)(上游山區(qū)到平原區(qū)的過(guò)渡段)。地層巖型基本上都是沖洪積砂卵礫石，主要存在的問(wèn)題是沖刷和掏刷，以護(hù)岸工程建設(shè)為主。由于汊道發(fā)育，要注重小流量時(shí)出現(xiàn)斜流、橫流的頂沖處的防護(hù)。該段卵石料相對(duì)豐富，混凝土運(yùn)距相對(duì)較遠(yuǎn)，基礎(chǔ)開(kāi)挖比較容易，采用斜坡式防護(hù)的造價(jià)要低于墻式防護(hù)的，故護(hù)坡型式采用斜坡式護(hù)砌?，F(xiàn)以欄桿(右岸樁號(hào)2+083—4+222)、吾宗薩依橋(樁號(hào)34+206—37+741)、庫(kù)熱克鐵熱克(左岸樁號(hào)56+467—61+509)防洪工程為例，結(jié)合葉河已建工程設(shè)計(jì)管理經(jīng)驗(yàn)，防洪點(diǎn)卵石料較多，且卵石料的抗沖耐磨性能較好，因此護(hù)坡均采用漿砌石護(hù)坡，設(shè)計(jì)對(duì)河床基礎(chǔ)的抗沖刷防護(hù)采用兩種形式進(jìn)行比選，方案1典型斷面設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2，方案2典型斷面設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1。比選結(jié)果如表2所示。

圖1 山區(qū)到平原區(qū)的過(guò)渡段橫斷面設(shè)計(jì)圖

圖2 平原河段(縱坡較陡)橫斷面設(shè)計(jì)圖

結(jié)合地勘資料，我們發(fā)現(xiàn)樁號(hào)36+000段之后的地下水位埋深相對(duì)較淺，河床質(zhì)粒徑有所減小，施工難度有所增加。通過(guò)表2我們發(fā)現(xiàn)36+000樁號(hào)之后方案1的投資比方案2的投資有所下降，方案2的投資漲幅明顯。最終經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選論證，我們確定0+000—36+000段采用一坡到底的漿砌石襯砌方案，基礎(chǔ)埋置深度6.5 m～9.0 m，對(duì)局部地下水位高的位置將基礎(chǔ)垂直挖深4 m～5 m，平鋪鋼筋石籠防沖體；樁號(hào)36+000—84+000段采用一坡到底的漿砌石襯砌方案，基礎(chǔ)埋置深度3 m～5 m，部分段基礎(chǔ)垂直挖深4 m～5 m，鋪設(shè)雙層3 m～9 m的格賓石籠防沖體，局部縱坡大，卵石顆粒大的河段段鋪設(shè)3 m～5 m鋼筋石籠防沖體。

(2) 依干其渡口—48團(tuán)渡口河段(84+000—280+000)(平原游蕩性河段)。河道變得更加的寬淺，主河槽蜿蜒曲折，河叉發(fā)育，且地層主要巖性為沖洪積粉土、粉細(xì)砂，局部段粉質(zhì)黏土、淤泥層，地下水埋深很淺，這種地層開(kāi)挖十分困難，會(huì)造成開(kāi)挖時(shí)塌落，這給施工帶來(lái)了諸多不便，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的研究，墻式防護(hù)型式不適合，地基土的承載力低；一坡到底的護(hù)砌型式，在該河段建設(shè)也是不合適的，開(kāi)挖時(shí)很難成坡。通過(guò)對(duì)黃河河道整治和該河道已有的一些經(jīng)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)圖3的兩種治理型式是較為合適的?，F(xiàn)以霍熱斯坦、康薩罕防洪工程為例，對(duì)河床基礎(chǔ)的抗沖刷防護(hù)采用兩種形式進(jìn)行比選。圖3(a)為方案3的典型斷面設(shè)計(jì)圖，圖3(b)為方案4的典型斷面設(shè)計(jì)圖。比選結(jié)果如表3所示。

圖3 游蕩性河段(縱坡緩)橫斷面設(shè)計(jì)圖

通過(guò)圖3、表3的斷面結(jié)構(gòu)型式和單公里投資我們發(fā)現(xiàn)，方案4的造價(jià)要高很多，從圖3我們發(fā)現(xiàn)斷面圖3(b)施工工藝復(fù)雜，難度較大，斷面圖3(a)施工方便，容易維護(hù)。斷面圖3(b)的方案據(jù)調(diào)查某工程經(jīng)歷洪水后，在水流頂沖作用下，造成護(hù)腳淘刷破壞，防滲墻體出現(xiàn)倒塌的情況，防護(hù)效果還需研究論證[14]。樁號(hào)84+000—280+000段護(hù)坡采用雷諾護(hù)墊護(hù)砌，防沖從河床原基面向下開(kāi)挖1.2 m～2.0 m，坡腳處水平鋪設(shè)3 m～12 m格賓石籠，其上放置四面六邊混凝土透水框架群；部分段鋪設(shè)單層3 m～6 m的格賓石籠。

(3) 小結(jié)。結(jié)合上述分析，我們將恰木薩至48團(tuán)渡口段防護(hù)斷面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出了不同河段防護(hù)結(jié)構(gòu)型式[15]，見(jiàn)表4。

表4 葉爾羌河不同河段治理特征參數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 葉爾羌河河道出山口以下河道由寬淺變遷河段向?qū)挏\游蕩型河段發(fā)展。寬淺變遷段河床質(zhì)較粗，大洪水時(shí)河道較為順直，小洪水時(shí)河道汊道彌補(bǔ)，易產(chǎn)生橫河、斜河現(xiàn)象，對(duì)河岸產(chǎn)生沖刷破壞，要引起我們的注意；游蕩型河段河床質(zhì)細(xì)，主流擺動(dòng)不定，河床變化迅速，形成河心灘，河道內(nèi)形成主流偏向左岸或右岸，小流量作用下，股流寬度較窄、單寬流量大，流速高，易對(duì)河岸造成沖刷破壞，不利于河岸穩(wěn)定。

(2) 結(jié)合葉爾羌河恰木薩至48團(tuán)渡口河段的河道演變典型斷面的分析，將防洪工程從上游至下游依次劃分成3段進(jìn)行治理，其中0+000—84+000段被劃分為2段，這是因?yàn)闃短?hào)36+000后地下水埋深變淺和河床質(zhì)變細(xì)的原因引起的。(3) 通過(guò)對(duì)葉爾羌河280 km河段防護(hù)橫斷面結(jié)構(gòu)的分析，為今后塔里木河流域的防洪工程建設(shè)提供技術(shù)保障。

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Technical Scheme for the Revetment and Beach Protection Engineering in the Middle Reache of Yarkant River in Xinjiang

XU Yan

(XinjiangWaterResourcesandHydropowerPlanningandDesignAdministration,Urumqi,Xinjiang830000,China)

Based on the fragile river bed boundary conditions of the middle reaches, we analyze and find that the section from Chamusa to the ferry of No.48 Regiment changes from the broad-shallow shifting river to broad-shallow wandering section, the former features coarse river bed materials, and creates dense inlets in the course of small flow migration; the latter features smaller and smaller bed material grains, and the main stream is divided by the river shoal when the flow becomes small, and deflects to one side and wobbles. Based on these characteristics, we proposed the control measures for the middle reaches which are: stabilize the river region, prevent eroding and overflowing, regionally block inlets, cut curves and stabilize the dangerous sections. According to the watercourse evolution in the middle reaches, through comparison and verification of typical revetment and beach protection structure designs of different sections, we divide the middle reaches into three typical sections from the upper to the lower for the structural design. The optimized protection structure design could provide strong technical guarantee for the revetment and beach protection of the wandering rivers in the Tarim River basin in future.

Yarkant River; wandering type; control measure; protection structure

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.036

2017-02-19

2017-03-14

農(nóng)牧骨干人才培養(yǎng)計(jì)劃

徐 燕(1979—)，女，河北蠡縣人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)等方面的工作。E-mail:375524056@qq.com

TV853

A

1672—1144(2017)03—0173—05