阜康市水磨河流域河道防洪工程建設(shè)的必要性

高 天

(烏魯木齊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830001)

阜康市水磨河流域河道防洪工程建設(shè)的必要性

高 天

(烏魯木齊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830001)

水磨河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)阜康市，馳名中外的天山天池與流域相鄰，通往天池的道路途經(jīng)水磨河，流域內(nèi)游客來(lái)往頻繁。流域河谷內(nèi)常年有徑流，出山口以上樹木生長(zhǎng)茂盛，景色優(yōu)美，但出山口下游河道未治理，植被少，土壤保水性差，洪水災(zāi)害頻繁，水土流失嚴(yán)重，景色較差，給流域及周圍的旅游事業(yè)帶來(lái)負(fù)面影響。本文通過(guò)對(duì)流域概況、河道現(xiàn)狀及存在問(wèn)題的詳細(xì)論述，提出了河道治理的必要性及河道治理理念，同時(shí)給出了具體治理方案。

阜康市；水磨河流域；河道防洪治理

1 流域概況

水磨河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州阜康市，河道在下游平原區(qū)從阜康市市區(qū)穿過(guò)，阜康市總面積11 726 km2，其中山地面積1811 km2，平原區(qū)面積2260 km2，沙漠面積4555 km2[1]，規(guī)劃水平年2030年人口達(dá)到26～28萬(wàn)人[2]。

水磨河發(fā)源于天山山脈東段北坡的東天山土爾帕特納特塔格山，源頭海拔高程4234 m，向北流經(jīng)3000～1000 m的中山區(qū)和1000～600 m的低山丘陵區(qū)，河流出山后進(jìn)入山前傾斜平原區(qū)和沖積平原區(qū)，最后消失在北部沙漠區(qū)。

水磨河流域東與天山天池所在的三工河流域?yàn)猷彛髋c鐵廠溝流域接壤，南以天山分水嶺為界，北達(dá)古爾班通古特沙漠，河道自南向北流經(jīng)阜康市，消失于準(zhǔn)噶爾盆地之中。流域總面積為1419 km2，其中出山口以上流域面積219 km2。水磨河在出山口紅沙灣處建有紅山攔河水庫(kù)一座，從源頭至紅山水庫(kù)段河長(zhǎng)約40 km； 自紅山水庫(kù)下游分別貫穿吐烏大高速公路、烏準(zhǔn)鐵路、經(jīng)阜康市區(qū)后流入柳城子水庫(kù)，紅山水庫(kù)至柳城子水庫(kù)段河長(zhǎng)約24 km，河道平均縱比降為23.8‰。

流域多年平均蒸發(fā)量為1601.66 mm；全年以西風(fēng)、偏西風(fēng)為主，春季多東北風(fēng)、西風(fēng)，秋季多南風(fēng)、東南風(fēng)，夏季和冬季以西風(fēng)及西南風(fēng)為主；多年平均風(fēng)速一般在1.7 m/s，多年平均最大風(fēng)速11 m/s，主風(fēng)向西南；流域多年平均氣溫5.97 ℃，歷年最高年平均氣溫8.6 ℃(1982年)，最低年平均氣溫4 .19 ℃(1984年)，歷年極端最高氣溫35.9 ℃(1989-07-27)，極端最低氣溫-32.2 ℃(1984-12-23)；歷年最大積雪深度33 cm(2000年2月)；歷年最大凍土深度144 cm(1988年3月)；流域多年平均徑流量為0.212×108m3/a；流域洪水成果見表1[3]。

表1 阜康市水磨河洪水成果表

2 河道現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 防洪現(xiàn)狀

流域山區(qū)及山前傾斜平原區(qū)河床以砂礫石河床為主(見圖1)，北部沖洪積平原區(qū)河床以黏性土為主(見圖2)，河床兩岸為礫石/土質(zhì)岸坡，岸坡外圍為村莊、農(nóng)田。目前，河道內(nèi)除已建1座攔河水庫(kù)(紅山水庫(kù))之外，無(wú)其他防洪設(shè)施。每年汛期，紅山水庫(kù)為了確保水庫(kù)自身安全，按照設(shè)計(jì)安全泄量泄洪，水庫(kù)下游河岸受洪水沖刷，水土流失嚴(yán)重。在超標(biāo)準(zhǔn)洪水季節(jié)，下泄洪水對(duì)兩岸耕地、村莊、下游穿河公路、鐵路和市區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，市政府每年需投入大量的人力、物力、財(cái)力防洪。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1945年至今，水磨河共發(fā)生過(guò)洪災(zāi)18次，淹沒(méi)城市面積達(dá)1.8 km2，直接受災(zāi)人口達(dá)0.6萬(wàn)人，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.7億元，河道內(nèi)永久性防護(hù)工程的建設(shè)已迫在眉睫。

圖2 北部沖洪積平原區(qū)現(xiàn)狀河床

2.2 環(huán)境現(xiàn)狀

2.2.1 流域自然環(huán)境概況

水磨河流域位于東天山北坡，南靠以博格達(dá)峰為首的東天山諸峰，北臨準(zhǔn)噶爾盆地，遠(yuǎn)距海洋，地處歐亞大陸腹地。水汽來(lái)源主要是緯向西風(fēng)環(huán)流帶來(lái)的大西洋水汽及北側(cè)的北冰洋水汽。流域氣候特征呈現(xiàn)出：四季分明，夏季干旱炎熱，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，氣溫年、日較差均較大，光照充足，降雨年內(nèi)分配不均等特點(diǎn)，為典型的中溫帶大陸性氣候。流域由于地勢(shì)高差較大，故山區(qū)與平原區(qū)的氣候差異懸殊。

流域海拔相對(duì)較高的山區(qū)氣候寒冷，降水豐富，山坡及坡底表層土壤類型為壤質(zhì)黑土、粟鈣土、棕鈣土，植被覆蓋度70%～85%，植物種類比較豐富，主要以灌木林、中旱生禾草、苔草、雜類草和蒿草類為主。

山前傾斜平原區(qū)及北部沖洪積平原區(qū)氣候則十分干燥，降水量較少，山體主要為風(fēng)化碎石，基質(zhì)粗糙，結(jié)構(gòu)松散，水源涵養(yǎng)能力差，植被覆蓋度很低，以天然荒漠植被生態(tài)為主，河床內(nèi)基本無(wú)植被覆蓋，區(qū)域自然系統(tǒng)穩(wěn)定狀況屬較低水平，加之河道兩岸無(wú)防洪工程，夏季河床內(nèi)洪水泛濫，洪水災(zāi)害頻繁。

2.2.2 流域水土流失概況

流域?qū)俚湫偷闹袦貛Т箨懶愿珊禋夂?，冬季寒冷，夏季炎熱，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，光熱資源充足。水土流失特點(diǎn)是水蝕為主，兼有風(fēng)蝕。夏秋季節(jié)以水蝕為主，水蝕多發(fā)生于河岸兩側(cè)，其土壤受水流的沖刷、淘蝕，局部地方已出現(xiàn)淺溝、沖溝等現(xiàn)象，破壞了土壤的完整性。汛期泥沙被上游的急流攜帶，一部分直接淤積于河道內(nèi)，大部分被帶入下游平原區(qū)，造成淤積。冬春季節(jié)以風(fēng)蝕為主，多發(fā)生于出山口無(wú)植被覆蓋及棄耕區(qū)，由于風(fēng)力對(duì)裸露于地表的土粒、沙?；驇r石碎屑的剝蝕，產(chǎn)生土粒、沙?；驇r石碎屑的搬運(yùn)和堆積過(guò)程，形成土地的沙化，表現(xiàn)為細(xì)土粒的揚(yáng)失，產(chǎn)生浮塵及沙塵暴天氣。

3 防洪工程建設(shè)的必要性

(1)是防洪的迫切需要。水磨河流域缺少統(tǒng)一的防洪體系，防洪工程建設(shè)還很滯后，而河道防洪戰(zhàn)線長(zhǎng)、面積廣，加之防洪資金缺乏，防洪工作仍處于消極被動(dòng)的局面，防洪工程現(xiàn)狀無(wú)法保證流域內(nèi)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。尤其汛期處在夏收夏管季節(jié)，全流域投入大量的人力、物力、財(cái)力在防汛第一線，對(duì)地區(qū)生產(chǎn)建設(shè)影響極大，因此，流域的防洪工程建設(shè)迫在眉睫。

(2)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要。保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，是關(guān)系到人類生存和發(fā)展的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，是關(guān)系國(guó)家全局利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的所在。優(yōu)良的主體環(huán)境工程可達(dá)到保護(hù)自然生態(tài)平衡、涵養(yǎng)水源、保護(hù)水土、防風(fēng)固沙、調(diào)整氣候、減少污染、凈化空氣，以及降低噪音等重要作用。

水磨河流域?qū)僦袦貛Т箨懶愿珊禋夂?，降水較少，蒸發(fā)旺盛，空氣干燥，生態(tài)環(huán)境脆弱，上游河道內(nèi)植被受洪水沖刷，逐年退化。水磨河下游低山丘陵區(qū)河床為砂礫石河床，滲透性較大，河床內(nèi)無(wú)防滲處理措施，垂直滲漏嚴(yán)重，導(dǎo)致下游平原區(qū)生態(tài)用水短缺。生態(tài)植被必須通過(guò)人工補(bǔ)充灌溉才能維持生存，但灌區(qū)可利用的水資源有限，絕大部分用于農(nóng)林業(yè)灌溉，用于生態(tài)灌溉的水量較少，造成下游生態(tài)植被逐年萎縮，土質(zhì)沙化，生態(tài)環(huán)境逐步惡化。只有通過(guò)水利工程建設(shè)，防止洪水沖刷，減少生態(tài)水垂直滲漏，才能逐步改善生態(tài)環(huán)境。

(3)是當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展的需要。馳名中外的國(guó)家5A級(jí)旅游風(fēng)景區(qū)天山天池位于阜康市三工河流域，該流域與水磨河流域相鄰，景區(qū)年接待游客約84萬(wàn)人次，旅游事業(yè)興旺。水磨河流域河床岸邊有通往天山天池道路，每年游客來(lái)往頻繁。但該流域低山丘陵區(qū)及出山口平原區(qū)河床受洪水沖刷，植被少，景色差，對(duì)地區(qū)的旅游事業(yè)造成一定影響。為了地區(qū)旅游業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，水磨河河道內(nèi)防洪及景觀打造勢(shì)在必行。

4 防洪工程建設(shè)方案

4.1 治理方案分析

由于水磨河流域與國(guó)家5A級(jí)旅游風(fēng)景區(qū)天山天池相鄰，且位于阜康市市區(qū)上游，因此該流域的防洪工程治理時(shí)，應(yīng)按照滿足防洪兼景觀[4]打造的方案為宜。工程建成后不僅要能夠滿足防洪要求，還要為喜歡新疆優(yōu)美風(fēng)光的游客及附近居民提供一個(gè)休閑度假、散步納涼的良好環(huán)境。

4.2 總平面布置

根據(jù)調(diào)查，按照防洪的迫切性，紅山水庫(kù)下游約7.9 km的河道急需治理，通過(guò)基礎(chǔ)資料收集，結(jié)合現(xiàn)狀地形，該段河道可布置成8個(gè)景觀湖，景觀湖之間采用防洪渠道連接，平面布置方案見圖3和圖4。

圖3 景觀湖段河道治理平面布置圖

圖4 景觀湖段河道治理平面布置圖

4.3 景觀水源配置

水磨河河水通過(guò)上游的紅山水庫(kù)調(diào)節(jié)后，通過(guò)現(xiàn)狀引水干渠供給下游農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)利用，灌溉高峰期河道內(nèi)僅有少量生態(tài)用水，無(wú)多余水量進(jìn)入景觀湖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)狀輸水干渠段兩岸無(wú)耕地、無(wú)用水需求，灌溉水可從上游1號(hào)湖處引入，在下游5號(hào)湖和7號(hào)湖末端合適高程返回到輸水干渠供下游灌溉，7號(hào)湖上游可形成動(dòng)感水面，下游的8號(hào)湖部分，可在灌溉低峰期放入少量水形成靜止湖面。

4.4 縱斷面方案

現(xiàn)狀河道平均縱坡為0.0257，縱坡較大，治理時(shí)為了形成景觀水面效果，應(yīng)對(duì)現(xiàn)狀河道縱坡進(jìn)行調(diào)整，采用跌水過(guò)度，單個(gè)跌深1～4 m，跌坎處形成瀑布，形成景觀效果。根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速結(jié)合景觀水面要求，渠道段縱坡控制在0.003為宜，景觀湖段縱坡控制在0.001為宜，縱斷面方案設(shè)計(jì)示意，見圖5。

圖5 河床沿線跌水設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

4.5 橫斷面方案

現(xiàn)狀河床寬度26～80 m不等，根據(jù)平面布置，治理段主要為排洪渠和景觀湖，排洪渠可采用復(fù)式斷面，下部斷面滿足景觀要求，上部斷面滿足泄洪要求。下部斷面可采用矩形斷面，底寬取25 m，渠深0.6 m，渠道內(nèi)每隔50～70 m設(shè)置一個(gè)高0.3 m擋坎，形成景觀水面；上部斷面可采用梯形斷面，底寬31 m，邊坡1∶3.3，渠道總深2.5 m，每隔50 m設(shè)置臺(tái)階，排洪渠橫斷面設(shè)計(jì)見圖6。景觀湖也采用復(fù)式斷面型式，下部景觀斷面采用梯形斷面，設(shè)計(jì)最小底寬25 m，最大寬度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)河床地形條件確定，深度0.8 m，邊坡1∶4，每隔50～70 m設(shè)置一個(gè)高0.5 m擋坎，形成景觀水面；上部防洪斷面采用梯形斷面，最小底寬31 m，邊坡1∶4，全段采用臺(tái)階，湖總深2.5 m,景觀湖橫斷面設(shè)計(jì)見圖7。排洪渠及景觀湖底板及邊坡可采用較經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)澆混凝土板襯砌，河床沿線巖性主要為卵石混合土，下部景觀斷面應(yīng)采用土工膜做防滲處理[5]，上部的防洪斷面無(wú)需做防滲處理。

圖6 排洪渠設(shè)計(jì)斷面(單位：cm)

圖7 景觀湖設(shè)計(jì)斷面(單位：cm)

5 結(jié) 語(yǔ)

水磨河流域與馳名中外的5A級(jí)風(fēng)景區(qū)天山天池相鄰，流域在下游傾斜平原區(qū)縱穿阜康市市區(qū)，河道兩岸居民及重要基礎(chǔ)設(shè)施較多，為了保證兩岸居民及基礎(chǔ)設(shè)施的安全，河道治理勢(shì)在必行，應(yīng)越早越好。治理措施采用防洪、景觀結(jié)合的方案，不僅可解決河道防洪問(wèn)題，還可提高河道景觀效果，有利于當(dāng)?shù)芈糜问聵I(yè)的發(fā)展。河道治理具體實(shí)施時(shí)應(yīng)精確測(cè)量地形圖，進(jìn)行詳細(xì)的地勘工作、水文分析論證后進(jìn)行。

[1] 昌吉州方匯設(shè)計(jì)院.阜康市城市防洪規(guī)劃報(bào)告 [R]. 阜康:阜康市水利局,2005.

[2] 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院.阜康市城市總體規(guī)劃(2010—2030)[R].阜康:阜康市水利局,2010.

[3] 昌吉州方匯設(shè)計(jì)院.新疆阜康市水磨河城區(qū)暨景觀帶防洪規(guī)劃洪水水文分析計(jì)算[R]. 阜康:阜康市水利局,2013.

[4] 孫忠福,樸順玉.淺談水利工程防洪與景觀建設(shè) [J].中國(guó)西部科技，2011(12)：55-56.

[5] 束一鳴，吳海民，姜曉楨.中國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲技術(shù)進(jìn)展 [J].巖土工程學(xué)報(bào)，2016(3)：1-5.

高 天(1982-)，男，回族，寧夏固原人，工程師。主要從事農(nóng)業(yè)與水利工程研究。E-mail:570430220@qq.com。

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