塔里木河干流裁彎工程原型河道觀測(cè)結(jié)果分析

李 明，王艷洲，鄧 剛，周光奎

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州450003;2.黃委工程建設(shè)管理中心，河南鄭州450003)

塔里木河干流裁彎工程原型河道觀測(cè)結(jié)果分析

李 明1，王艷洲2，鄧 剛1，周光奎1

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州450003;2.黃委工程建設(shè)管理中心，河南鄭州450003)

通過對(duì)塔河裁彎工程段河道原型段多次觀測(cè)結(jié)果的分析與對(duì)比，從測(cè)量角度上探討河道、河勢(shì)變化規(guī)律，并對(duì)原型河道觀測(cè)方案提出建議，為在塔河流域進(jìn)行類似工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

塔河;原型觀測(cè);沖淤斷面;觀測(cè)分析

一、工程項(xiàng)目背景

塔里木河(以下簡稱塔河)干流位于新疆塔里木盆地北緣，起始于阿克蘇河、葉爾羌河及和田河的交匯處(肖夾克)，歸宿于臺(tái)特瑪湖，全長1321 km。河流北至天山南麓山前傾斜平原的邊緣，南抵塔克拉瑪干大沙漠，海拔760～1020 m，是我國最大的內(nèi)陸河。

塔河中下游河段，縱比小，個(gè)別地段可達(dá)1∶20 000，歷史上發(fā)生了多次改道。近期干流治理工程實(shí)施后，洪水歸槽，輸沙能力加大，對(duì)河岸的沖淘加劇，多處河道出現(xiàn)了“Ω”彎道，并加速向河岸沖刷，威脅到沿線堤防、生態(tài)引水工程安全。為此，筆者在典型的河段，開展了裁彎試驗(yàn)，并有針對(duì)性地對(duì)河道進(jìn)行了原型觀測(cè)，努力尋求河道變化規(guī)律，為疏導(dǎo)、穩(wěn)定流路的效果分析研究工作提供基礎(chǔ)資料，并為今后樞紐及生態(tài)閘工程的運(yùn)行、管理提供必要的依據(jù)。

裁彎工程位于沙子河口—烏斯?jié)M的中段(如圖1所示)。該段河彎向北發(fā)展，彎頂距輸水堤僅70 m，向上下游擴(kuò)展為典型的“Ω”河型。隨著輸水堤的修建運(yùn)行，河灣淘刷速率明顯增加，彎頂年平均淘刷速度為20 m。因此，為了保障輸水堤的安全運(yùn)行，對(duì)該處河彎進(jìn)行裁彎取直，以平順河道東西走向，減小對(duì)河灣淘刷速率［1］。

二、原型觀測(cè)方案及實(shí)施

在裁彎工程上下游約8 km處分別布設(shè)了8個(gè)沖淤斷面，以監(jiān)測(cè)河道淤積，并對(duì)整個(gè)斷面內(nèi)的河道河勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，斷面布設(shè)如圖2所示［1］。

圖1 裁彎工程布置示意圖

圖2 沖淤斷面布置示意圖

在工程開始前，先期在工程區(qū)域內(nèi)布設(shè)了一個(gè)高精度的空間基準(zhǔn)網(wǎng)，并采用了GPS RTK技術(shù)進(jìn)行了斷面及河勢(shì)的測(cè)量［1-2］。2006年4月進(jìn)行了初次觀測(cè)，確定了對(duì)比基準(zhǔn);在當(dāng)年汛前進(jìn)行了第2次測(cè)量，分析非汛期的變化;汛后又進(jìn)行了第3次測(cè)量，即全線監(jiān)測(cè)，檢測(cè)出汛前后的變化，并監(jiān)測(cè)了鎖壩的變化;之后，在河道相對(duì)穩(wěn)定后，2008年汛前進(jìn)行了第4次測(cè)量，監(jiān)測(cè)工程實(shí)施后的最后情況;2009年6月，通過商用衛(wèi)星遙感影像，分析河道河勢(shì)變化，整個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目結(jié)束，具體如表1所示。

表1 觀測(cè)日期及流量統(tǒng)計(jì)表

在控制測(cè)量與河道斷面及河勢(shì)日常測(cè)量過程中，均嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施，采用“似大地水準(zhǔn)面精化”及GPS RTK測(cè)量技術(shù)，準(zhǔn)確地反映河道現(xiàn)實(shí)情況，測(cè)量精度優(yōu)秀，應(yīng)用技術(shù)先進(jìn)［2］。

三、原型觀測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

1.河勢(shì)對(duì)比分析

(1)裁彎段河道穩(wěn)定，達(dá)到了裁彎的目的

裁彎在試驗(yàn)觀測(cè)期間，以及裁彎工程實(shí)施期間，均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，特別是第4次觀測(cè)表明，河道是按設(shè)計(jì)的導(dǎo)線改道發(fā)育，并保持穩(wěn)定［6］。但河道在2006年汛期，洪峰較大，工程未竣工，出現(xiàn)從鎖壩東端溢流現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 裁彎處河勢(shì)變化示意圖

(2)裁彎段上游河道穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯變化

工程上游河勢(shì)變化較小，保持在初次河勢(shì)兩側(cè)波動(dòng)，由于量小，仍按既往的河勢(shì)運(yùn)行，但也表現(xiàn)出了向彎頂持續(xù)侵蝕的跡象。

(3)裁彎工程下游出現(xiàn)自然裁彎，自然裁彎后保持穩(wěn)定

從裁彎工程實(shí)施的第一個(gè)汛期后，下游1.5 km處就出現(xiàn)了自然裁彎，由原來半徑95 m、彎深達(dá)390 m的“n”字形彎道改變?yōu)榘霃?57 m的圓弧形彎道;該段河道的長度則由原來的1.36 km變?yōu)楝F(xiàn)有的0.78 km，并在2007、2008年汛前后保持穩(wěn)定。如圖4、圖5所示。

圖4 2008年自然裁彎處河勢(shì)示意圖

圖5 2009年6月裁彎處河勢(shì)衛(wèi)星影像圖

2.沖淤斷面觀測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)4次沖淤斷面測(cè)量成果對(duì)比圖(如圖6所示)，從河床、灘唇、河底等幾個(gè)方面，在空間數(shù)據(jù)方面，可以得出以下結(jié)論。

圖6 淤積斷面分析對(duì)比圖

1)試驗(yàn)段在非汛期無淤積。通過前兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，每個(gè)斷面中距離相當(dāng)?shù)臄嗝纥c(diǎn)高程互差不超過±0.25 cm，這說明在非汛期，河道無淤積。而在河涯線附近，河坍塌位置差小于±0.1 m，高程小于±0.1 m，這說明河道主河槽未發(fā)生明顯的移動(dòng)。從水邊高程可以看出，第2次觀測(cè)時(shí)水流量已是非常小了，已進(jìn)入斷流期。符合試驗(yàn)段的水文情況。

2)2006年汛后，試驗(yàn)段在灘唇部分有明顯淤積，河底高程變低。從斷面比較圖中可以看出(如圖6所示)，在2006年汛后，試驗(yàn)段在灘唇部分有明顯淤積，在0.25～44 cm之間。淤積段主要在2、5、6號(hào)斷面上，均位于主河道左邊灘唇。另外，在初次河灘低洼處也有一定淤積，反映在2號(hào)斷面上，最多處有0.09 m淤積。同時(shí)，2、3、4、5、6、7號(hào)斷面表明，主河道河底點(diǎn)高程在裁彎工程實(shí)施后明顯變低了，最大變化是在3、4號(hào)斷面上，河底高程變化達(dá)0.3～0.6 m。這表明裁彎挖槽后，水流速增加，輸沙功能加強(qiáng)［4］。

3)試驗(yàn)段主河道均向“Ω”彎頂侵蝕。從對(duì)斷面位置主河道河岸線坍塌變動(dòng)情況的分析可知，各個(gè)斷面均向彎頂侵蝕，而河槽整體斷面形狀未發(fā)生明顯變化。侵蝕最多達(dá)50 m，最少為19 m。統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 斷面處彎頂侵蝕量統(tǒng)計(jì)表

4)試驗(yàn)段主河岸在試驗(yàn)期間無明顯變化。

3.鎖壩變化分析

2006年汛后對(duì)鎖壩的監(jiān)測(cè)表明，鎖壩本身結(jié)構(gòu)完成得好、設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量良好。但在鎖壩下游側(cè)河床內(nèi)，由于洪水沖刷，出現(xiàn)了一條行洪通道，并有逐步加大的趨勢(shì)。而在汛后期，河水流量變小，沖刷能力減弱，挾沙能力下降，在壩前主河道內(nèi)出現(xiàn)了大量淤積［3］，形成一道“副壩”，對(duì)河道改道起到一定的積極作用。

四、原型觀測(cè)分析結(jié)論

通過上面對(duì)比分析，可得出如下結(jié)論:

1)裁彎河道淤積不明顯。

除灘唇部分外，河岸部分無明顯淤積。主要是因?yàn)椴脧澓?，河道縱比加大，流速加大［3］;另一個(gè)原因則是下游卡爾曲尕大橋加長，過水?dāng)嗝婕眲〖哟?，過流能力顯著提高，挾沙通過能力加大造成［5］。

2)河勢(shì)改變顯著，并保持穩(wěn)定，特別是在下游出現(xiàn)了自動(dòng)裁彎現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期目的。

裁彎后，河勢(shì)按設(shè)計(jì)導(dǎo)線發(fā)育，并保持穩(wěn)定，表明設(shè)計(jì)基本合理［6］。在裁彎處下游，由于水流方向、河岸植被和地質(zhì)條件共同作用，發(fā)生了自動(dòng)裁彎，達(dá)到理順河道的設(shè)計(jì)目的。

3)下游有產(chǎn)生新的“Ω”彎的趨勢(shì)。

4)鎖壩受洪水影響顯著，特別是下游側(cè)，出現(xiàn)決口，但在中水時(shí)期，則有利于壩前淤積。

受洪水及鎖壩回水影響，在下游側(cè)河灘內(nèi)出現(xiàn)溢流拉沙，沖刷加深，從而形成行洪通道;在中水時(shí)間段內(nèi)，水流受阻，在壩前形成回旋，加速了泥沙沉積，從而形成“副壩”。

五、針對(duì)塔河原型觀測(cè)的建議

針對(duì)這幾年的測(cè)量實(shí)踐與測(cè)量結(jié)果，對(duì)塔河裁彎工程河道原型觀測(cè)有如下建議:

1)加大河勢(shì)觀測(cè)頻率，汛前后須及時(shí)測(cè)量，在洪水等特殊時(shí)期要加密觀測(cè)，并且，加大淤積斷面觀測(cè)間隔，一年一次為宜。河勢(shì)觀測(cè)精度可適當(dāng)降低，以±1.0 m為宜，而淤積斷面精度則要加強(qiáng)，斷面點(diǎn)相對(duì)于斷面基點(diǎn)以±10 mm為宜，相當(dāng)于五等水準(zhǔn)觀測(cè)精度。否則，難以反映出塔河微小的淤積量。

2)鎖壩在下游側(cè)要適當(dāng)加固加長，防止決口，并要在中水期進(jìn)行修復(fù)，適當(dāng)引流，加快壩前淤積，鞏固裁彎成果。

3)要認(rèn)真結(jié)合水文、泥沙、地質(zhì)、環(huán)境專業(yè)監(jiān)測(cè)量資料，對(duì)試驗(yàn)段河道進(jìn)行全面分析，從而探尋河道演變的規(guī)律，為塔河除害興利提供借鑒。

［1］ 周建鄭，周光奎，李明.塔里木河干流河道裁彎工程原形觀測(cè)量實(shí)施方案研究［J］.測(cè)繪通報(bào)，2007(6):14-18，42.

［2］ 周光奎，郭雁軍，王艷洲.GPS在塔里木河生態(tài)綜合治理工程中的應(yīng)用［J］.人民黃河，2005，27(2):49-50.

［3］ 錢寧，萬兆惠.泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1986.

［4］ 吉祖穩(wěn)，胡春宏.黃河下游彎曲型河道挖河減淤機(jī)理的試驗(yàn)研究［J］.泥沙研究，2001(6):21-26.

［5］ 邵學(xué)軍，王興奎.河流動(dòng)力學(xué)概論［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［6］ 熊紹隆.裁彎工程設(shè)計(jì)方法［C］∥第八屆海岸工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集(下冊(cè)).北京:海洋出版社，1997.

Prototype River Observation Data Analysis of Curvature-reduction Project of Mainstream of Tarim River

LI Ming，WANG Yanzhou，DENG Gang，ZHOU Guangkui

0494-0911(2012)06-0058-03

P［258］

B

2011-10-13

李 明(1972—)，男，陜西綏德人，工程師，主要從事水利工程測(cè)量工作。