塔里木河河道整治工程設(shè)計(jì)造床流量的確定

宋良群

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師勘測設(shè)計(jì)院，新疆阿克蘇843000)

塔里木河為寬淺式游蕩性河流，河床、河岸以粉細(xì)砂為主，抗沖能力差，加之河道坡度緩、河水含沙量大、沖刷強(qiáng)度大(最大沖深達(dá)11.2 m)，受汛期主流擺動(dòng)頂沖河岸，致使河道兩岸、高灘大量坍塌，嚴(yán)重威脅著沿河流域灌區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)營和職工群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。塌岸問題已成為制約塔里木河流域灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展最嚴(yán)重，最緊迫的問題。

1 設(shè)計(jì)流量(設(shè)計(jì)造床流量)

設(shè)計(jì)造床流量是整治河道的重要指標(biāo)之一，這一量級洪水對河灣形態(tài)的塑造所起作用最大。造床流量的選定目前在理論上尚不夠成熟，一般宜采用馬卡維也夫法、平灘流量法計(jì)算，多沙河流也可采用輸沙能力法計(jì)算造床流量。本工程受觀測資料的制約，未采用輸沙能力法計(jì)算造床流量，主要采用馬卡維也夫法、平灘流量法計(jì)算造床流量，并且又參考采用長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計(jì)算復(fù)核造床流量，經(jīng)過多種方法計(jì)算后力求使造床流量的選用比較科學(xué)合理。

1.1 馬卡維也夫法

本次將計(jì)算河段歷年所觀測的流量分成若干相等的流量級，并通過繪制Q～QmJP關(guān)系曲線圖，詳見表1及圖1，從圖中查出QmJP的最大值，相應(yīng)于此最大值的流量Q即為造床流量。其中:

Q為所劃分的各級流量平均值;J為各級流量的相應(yīng)比降;本河道洪水波峰高度不大，沿河道向下傳遞所產(chǎn)生的附加比降影響甚微，加上河床漲沖落淤時(shí)水位變化抵消了附加比降所產(chǎn)生的影響，河道汛期實(shí)測同流量情況下，落洪水位低于漲洪水位，水位流量關(guān)系曲線呈順時(shí)針方向繩套形狀。所以，洪水期各級流量的比降變化不大，可統(tǒng)一取1/4600。

P為各級流量出現(xiàn)的頻率;M為平原河流一般可取2。

圖1 塔里木河阿拉爾站Q～Qm JP關(guān)系曲線圖

表1 Qm JP值計(jì)算表

根據(jù)馬卡維也夫法計(jì)算出阿拉爾造床流量為1 200 m3/s。

1.2 平灘流量法

本次收集到塔里木河阿拉爾站2010年8月2日、2011年9月3日汛期實(shí)測大斷面，見圖2、圖3，確定出平灘水位，計(jì)算出該高程下河道斷面水力要素后，根據(jù)下式計(jì)算出相應(yīng)平灘流量。

式中:n為河道的粗糙系數(shù)，阿拉爾站根據(jù)多年實(shí)測經(jīng)驗(yàn)推薦取0.020;A為平灘水位時(shí)過洪斷面面積;R為平灘水位時(shí)斷面水力半徑;J為實(shí)測水面縱坡，為1/4600;Q為洪峰流量。

圖2 塔里木河阿拉爾站實(shí)測大斷面圖(2010年8月2日)

圖3 塔里木河阿拉爾站實(shí)測大斷面圖(2011年9月3日)

經(jīng)計(jì)算，根據(jù)阿拉爾站2010年8月2日汛期實(shí)測大斷面計(jì)算出的平灘流量為1 030 m3/s，根據(jù)阿拉爾站2011年9月3日汛期實(shí)測大斷面計(jì)算出的平灘流量為1 260 m3/s。

另外，2007年10月，黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)公司和塔里木河流域管理局采用大量的實(shí)測調(diào)查資料，對塔河干流阿拉爾水文站測流斷面主槽過流能力進(jìn)行了綜合分析計(jì)算，主槽過流能力在700～1 200 m3/s，可以用來作為判定控制造床流量變化范圍的尺度。

同時(shí)根據(jù)農(nóng)一師設(shè)計(jì)院崔兆充編寫的《塔里木河上游段河道形態(tài)初步分析》對阿拉爾水文站多年汛期測流斷面的水位～流量關(guān)系進(jìn)行分析后也可以總結(jié)出，河道漲洪時(shí)的平灘流量約為1 000 m3/s左右，河道落洪時(shí)的平灘流量為1 200～1 300 m3/s。

1.3 長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)

我國20世紀(jì)50年代在引進(jìn)人工彎道式引水渠首時(shí)，采用蘇聯(lián)阿爾圖寧的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算穩(wěn)定河寬，其設(shè)計(jì)造床流量，建議按50% ～100%頻率的洪水流量計(jì)算，并且在1 a內(nèi)的歷時(shí)，不應(yīng)＜20～30 d。同時(shí)根據(jù)《黃河下游游蕩性河段河勢演變規(guī)律及機(jī)理研究》中所述，“采用平灘流量和年最大流量的多年平均值來和河灣形態(tài)建立聯(lián)系并不是最合理的，對于河灣形態(tài)的塑造來說，起作用更大的應(yīng)該是較平攤流量為小的流量。以采用年平均流量或出現(xiàn)最大洪峰月份的月平均流量時(shí)相關(guān)最好”。因此，本次參考采用長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計(jì)算復(fù)核造床流量。

根據(jù)阿拉爾水文站1957—2009年汛期(7—9月)平均流量資料(缺1972年、2001—2004年資料)，計(jì)算出阿拉爾造床流量為1 097 m3/s，見表2。

表2 阿拉爾水文站汛期(7—9月)平均流量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)馬卡維也夫法、平灘流量法、長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計(jì)算出的造床流量成果匯總見表3。

表3 塔里木河阿拉爾站斷面造床流量計(jì)算成果表

因此，通過上述綜合分析比較，本次設(shè)計(jì)采用Q=1000 m3/s作為設(shè)計(jì)造床流量較為合適。

2 結(jié)論

本次通過理論計(jì)算求得了河道整治流路主要設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)即可進(jìn)行河道整治工程的布置。

［1］水利水電規(guī)劃化設(shè)計(jì)總院.GB50286—98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，1998.

［2］水利水電規(guī)劃化設(shè)計(jì)總院.GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》［S］北京:中國水利水電出版社，1995.

［3］阿克蘇.塔里木河新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師阿拉爾段(25+000～108+000段)河道治理工程可行性研究報(bào)告［R］.阿克蘇:新疆農(nóng)師勘測設(shè)計(jì)院，2012.