塔里木河中游河勢(shì)演變分析

翟新博

(塔里木河流域干流管理局，新疆庫(kù)爾勒，841000)

塔里木河是我國(guó)第一大內(nèi)陸河，由于多泥沙、少束縛，河道變化較大。為了加強(qiáng)中游河道堤防工程建設(shè)，保障兩岸群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，便于河水下泄，需對(duì)塔里木河河勢(shì)變化進(jìn)行研究探討。

1 河道概況

塔里木河中游河段(英巴扎-恰拉)長(zhǎng)398km，河道彎曲，泥沙淤積，河床不斷抬升，致使中游洪水漫溢，無(wú)效耗水嚴(yán)重[1]。由于地理地質(zhì)環(huán)境的差異，使得塔里木河中游河性也有很大的差異。各河段河道特征見(jiàn)表1。

表1 塔里木河干流中游河道特性

2 河道歷史演變分析

2.1 分析方法

干流河道中游河勢(shì)變化主要依據(jù)以下幾組資料進(jìn)行分析。第一組資料是黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司編制完成的《塔里木河干流河道岸線利用管理規(guī)劃》(2008年)；第二組資料是2002年由新疆測(cè)繪局、新建生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)設(shè)計(jì)院、黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司測(cè)繪總隊(duì)等單位完成的全數(shù)字立體地形圖；第三組資料是由塔里木河流域管理局于2009年、2010年完成的河道橫斷面成果。三組資料各種地形、斷面資料詳細(xì)程度及相應(yīng)的流量并不相同，對(duì)資料的可比性產(chǎn)生一定的影響，但通過(guò)干流河段河道橫斷面與2002年的數(shù)字立體地形圖對(duì)照分析，套繪出中游河勢(shì)變化圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，對(duì)近期河道的變化進(jìn)行分析。

2.2 中游段歷史演變分析

中游河汊眾多，河曲發(fā)育，沼澤遍布，河流沖積物主要由細(xì)沙、粉沙和亞沙土組成，河床淤積嚴(yán)重。一旦河床沉積過(guò)高，洪水不能暢泄時(shí)，在凹岸或引水口決口，形成與主流大致平行的支流或全部水量?jī)A泄到支流形成一條新主流[2](見(jiàn)圖1)。

圖1 塔里木河中游河道演變

3 河勢(shì)變化分析

3.1 變化原因

塔里木河是著名的游蕩性河流，近200年來(lái)南北兩岸擺幅達(dá)80km～100km。北部受山前褶皺構(gòu)造抬升，而使沖積扇平原向南延伸，且從植被條件看北岸好于南岸，迫使塔里木河南移；南部沖積平原又受沖積物和風(fēng)積沙的堆高擠壓，從地質(zhì)條件分析南岸好于北岸，迫使河流北返，如此往返，造成塔里木河改道頻繁[3]。歷史上塔里木河改道的原因是多方面的，可以概括為五個(gè)字，即“淤”、“漫”、“竄”、“扒”和“截”，也就是自然和人為兩種。一方面是河床沖刷和泥沙淤積造成主流改道；另一方面是人類隨意扒口和堵壩，破壞原有河道形態(tài)和水流條件導(dǎo)致主流改道。比如中游段的烏斯?jié)M河，就是人為地扒口灌草沖刷而形成，造成塔里木河干流水量銳減，河道斷流。

3.2 中游河道河勢(shì)變化分析

英巴扎-恰拉為中游段，河寬50m～500m，灘槽高差1m～2m，屬?gòu)澢院拥?。河道平面形態(tài)由一系列正反相間的彎道和介乎其間的過(guò)渡段銜接而成，具有蜿蜒蠕動(dòng)的動(dòng)態(tài)特征。其中英巴扎-烏斯?jié)M河口為中游的上段，屬?gòu)澢院拥?。烏斯?jié)M河口-阿其河口為中游下段，屬岔流漫溢河道。河槽寬度50m～300m，河道過(guò)流能力小，洪水漫溢灘洼地積水成湖，水量損失嚴(yán)重。局部河床沖淤變化劇烈，河灣發(fā)展迅速。

阿其河口-恰拉為雙河道，北支為渭干河，南支為老塔里木河，兩河于恰拉匯合。該河段位于塔里木河、渭干河、老塔里木河、孔雀河等多條河流的交匯部位，河流改道、河水漫溢極為頻繁。該河段南臨塔克拉瑪干大沙漠，地勢(shì)相對(duì)較高，地形起伏較大，局部較低處形成海子；北岸為新、老塔里木河，渭干河形成的河漫灘、沼澤等。該段河道近河處植被(胡楊、紅柳等)稠密，至遠(yuǎn)處植被漸變稀疏。該河段的河彎由于地質(zhì)及植被的影響，河彎有限制性河灣和自由河灣兩種。限制性河灣受局部地質(zhì)、植被條件的限制，水流以接近90°的角度頂沖河岸，然后急劇改變方向，又折沖對(duì)岸，這樣的河彎不具備裁彎的條件，河彎蠕動(dòng)發(fā)展緩慢，如英額巴扎、沙吉里克和賽耐克吾斯坦均屬限制性河灣，這些河灣30年來(lái)變化緩慢。自由河灣發(fā)展不受限制，彎頂蠕動(dòng)發(fā)展，據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，彎頂年平均最大蠕動(dòng)速度為50m/a，凹岸的最大坍塌速率為35m/a。河段的最大擺幅為3.8km，最小擺幅為2.3km，平均擺幅為3.0km。

由于上游的耗水導(dǎo)致水量減少，河道寬度逐漸縮窄，沙子河口以下，水量進(jìn)一步減少，河寬進(jìn)一步縮窄，河段蜿蜒于密灌、胡楊林及塔克拉瑪干沙漠邊緣的沙丘之間，不存在發(fā)育的彎曲型河道的平面外形[4]。2001年以后英巴扎-恰拉河段修建連續(xù)輸水堤防，由于上游大部分河段沒(méi)有修建輸水堤防，汛期的大洪水仍然存在漫溢。因此，進(jìn)入該河段的水量多年變化不大。由于輸水堤防的作用，英巴扎-恰拉河段的沿程水量有所增加，為維護(hù)兩岸生態(tài)，英巴扎-恰拉河段沿河兩岸修建引水閘34座，引水量較大。

4 干流工程建設(shè)對(duì)河勢(shì)變化影響分析

4.1 橋梁建設(shè)對(duì)河勢(shì)變化影響分析

塔里木河干流共修建公路橋梁10座，橋梁修建后，受橋墩阻水的影響，橋位斷面的水流流態(tài)及沖淤變化有明顯的改變，如橋墩間水流流速增大，橋上游產(chǎn)生壅水，橋墩附近及下游沖刷劇烈等。大部分橋梁建設(shè)對(duì)河勢(shì)影響不大，但有個(gè)別橋梁及跨河建筑物，主河槽孔跨較小，阻水嚴(yán)重，造成部分河道淤積嚴(yán)重。

4.2 分水、攔河樞紐建設(shè)對(duì)河勢(shì)的影響分析

目前塔里木河干流修建有阿其河口分水樞紐、恰拉分水樞紐、烏斯?jié)M樞紐等，對(duì)樞紐上、下游河道沖淤及河勢(shì)變化均有一定影響。樞紐上游由于全斷面攔河，回水范圍內(nèi)將產(chǎn)生淤積，同時(shí)改變樞紐下游的來(lái)水來(lái)沙過(guò)程，造成下游河段淤積嚴(yán)重。

4.3 堤防工程對(duì)河勢(shì)的影響分析

英巴扎-恰拉段，在2001年以后，兩岸修建了輸水堤防，堤距為3.5km～1km。由于兩岸修建了眾多的引水閘，流量沿程遞減速率較大，據(jù)2000-2005年的實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，英巴扎多年平均為21.1億m3，到恰拉斷面為3.7億m3，水流對(duì)河床的造床作用沿程減弱。河勢(shì)變化對(duì)工程的影響主要是對(duì)堤防及引水閘(堰)的沖刷威脅，可根據(jù)來(lái)水來(lái)沙條件，及時(shí)觀測(cè)河勢(shì)的變化，對(duì)輸水堤防及引水閘(堰)及時(shí)進(jìn)行防護(hù)。

5 河勢(shì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

塔里木河岸線受河勢(shì)變化的影響，處于動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程。評(píng)價(jià)塔里木河中游岸線的穩(wěn)定性，主要評(píng)價(jià)水流與河床、河岸的穩(wěn)定性之間的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合兩岸工程現(xiàn)狀、河岸組成、兩岸的植被情況等，綜合評(píng)價(jià)岸線的穩(wěn)定程度。

5.1 沖積性河流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

沖積性河流的綜合穩(wěn)定性主要取決于河床的縱向穩(wěn)定和河岸的橫向穩(wěn)定性。若河床的縱、橫穩(wěn)定性小，則發(fā)展為游蕩型河段；反之，則發(fā)展為彎曲型河段。

5.1.1 縱向穩(wěn)定性系數(shù)

河床縱向穩(wěn)定性系數(shù)以洛赫金數(shù)表示：

式中：d為床沙中徑，mm；J為河道比降，‰；φ為河床穩(wěn)定系數(shù)，φ愈大，河床愈穩(wěn)定；反之，河床則不穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所取床沙的級(jí)配和現(xiàn)有斷面實(shí)測(cè)資料，可知河床縱向穩(wěn)定系數(shù)φ：塔里木河阿拉爾站φ=3.26；新其滿站φ=2.81；英巴扎站φ=4.59。顯然，這幾個(gè)典型斷面中，新其滿站河床縱向最不穩(wěn)定，阿拉爾站次之，英巴扎站河床縱向相對(duì)穩(wěn)定。

5.1.2 橫向穩(wěn)定系數(shù)

河床橫向穩(wěn)定系數(shù)可以用枯水河槽寬度b與平灘河寬B之比表示：

結(jié)合典型斷面實(shí)測(cè)資料可得斷面橫向穩(wěn)定系數(shù)ψ(見(jiàn)表2)，ψ越大越穩(wěn)定。由計(jì)算資料知，阿拉爾站ψ=0.18～0.25；新其滿站ψ=0.13～0.32；英巴扎ψ=0.35～0.53。所以塔里木河干流新其滿斷面和阿拉爾斷面在橫向上較不穩(wěn)定，英巴扎斷面則在橫向較穩(wěn)定。

表2 塔里木河干流典型斷面穩(wěn)定指標(biāo)

5.2 岸線穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

5.2.1 英巴扎-烏斯?jié)M河段

該河段為彎曲型河道，河流呈東西流向，有大小河彎46個(gè)，該河段在2001年以前屬無(wú)堤防河段，汛期洪水到來(lái)時(shí)在廣闊的河漫灘上無(wú)序漫溢，平面上漫溢可達(dá)20km～30km。該河段河勢(shì)變化主要受兩岸地質(zhì)條件和植被條件的限制，河彎的發(fā)展和蠕動(dòng)是河道平面演變的主要表現(xiàn)形式。該河段于2001-2003年陸續(xù)修建輸水堤防，堤防修建后河勢(shì)變化對(duì)工程的影響，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一是河勢(shì)變化對(duì)塔里木河干流兩岸修建閘(堰)的沖刷作用；其二是河勢(shì)變化對(duì)堤防沖刷的威脅。經(jīng)過(guò)幾年的輸水運(yùn)行，依據(jù)河勢(shì)的變化情況，該河段已修建護(hù)岸工程9處，保證了向下游輸水的順利進(jìn)行，對(duì)河勢(shì)起到了一定的控制作用。

該河段雖然局部主流線頂沖河岸，河床存在一定的擺動(dòng)、變化，但限制性河彎較多，對(duì)河勢(shì)有一定的控制作用，岸線沖刷、淤積程度較小。因此，該河段岸線為相對(duì)穩(wěn)定。

5.2.2 烏斯?jié)M—阿其河口

經(jīng)河勢(shì)變化分析，烏斯?jié)M—阿其河口河段由于河道過(guò)流量小，水流對(duì)河床的造床作用減弱，經(jīng)對(duì)歷次河道地形圖對(duì)比分析，河道基本沒(méi)有變化。因此，該河段岸線相對(duì)穩(wěn)定。

5.2.3 阿其河口—恰拉

阿其河口分水樞紐一般年份向北支渭干河分水0.3億m3～0.4億m3，剩余水量則通過(guò)南支老塔里木河向下游輸送，由于水量很小，所以河岸線基本穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)塔里木河干流中游河道特性及其演變分析可知，該段河岸線基本穩(wěn)定，河道多呈彎曲具有游蕩性特性，河床平面寬窄相間，窄段水流比較集中規(guī)順，寬處河道寬淺，沙灘較多，岔道交織，水流湍急散亂，河勢(shì)多變。為了給塔河的防洪整治提供一個(gè)安全的基礎(chǔ)條件，并有利于沿岸水利工程(主要為取水工程)良性運(yùn)用，應(yīng)對(duì)本段河道進(jìn)行河道整治(即中水整治)，以控制河床演變，穩(wěn)定河勢(shì)，提高河道的行洪能力，確保堤防安全。