烏拉斯臺(tái)河河道治理工程設(shè)計(jì)方案研究

秦志剛

（第九師聯(lián)拓勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，新疆 塔城 834601）

烏拉斯臺(tái)河作為新疆中部重要的內(nèi)陸河流，曾經(jīng)多次遭遇融雪型和暴雨型洪水災(zāi)害。烏拉斯臺(tái)河新疆兵團(tuán)第九師一六四團(tuán)段現(xiàn)有防洪設(shè)施以臨時(shí)性工程為主，工程簡(jiǎn)陋，使用周期短，洪災(zāi)嚴(yán)重威脅了沿河人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，科學(xué)開展烏拉斯臺(tái)河治理規(guī)劃，統(tǒng)籌開展治水工作，完成烏拉斯臺(tái)河防汛提升改造，是全面提升一六四團(tuán)城鎮(zhèn)化建設(shè)的保障，對(duì)于保障沿河經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，促進(jìn)新疆自治區(qū)長(zhǎng)治久安具有十分重要的作用。

1 流域概況

烏拉斯臺(tái)河發(fā)源于塔爾巴哈臺(tái)山南麓，是額敏河二級(jí)支流，全長(zhǎng)80.00 km，流域面積為477 km2，自北向南流入塔城市，經(jīng)過塔城市后會(huì)同塔城北郊泉水改名為葉爾蓋提河并流向額敏河，最后轉(zhuǎn)流至阿拉湖。烏拉斯臺(tái)河年徑流為4 359 萬m3，洪水期短，枯水期長(zhǎng)，每年5—6 月為洪水期，10—3月為枯水期，其余月份為過渡期。

烏拉斯臺(tái)河的洪水來源主要是河流發(fā)源地塔爾巴哈臺(tái)山區(qū)的積雪融水，同時(shí)，夏季暴雨也可引發(fā)洪水，并形成混合型洪水，洪水主要集中在5—6月，一次洪水過程的持續(xù)時(shí)間一般為3～10 d，由于洪水量大小主要取決于冬季積雪和夏季氣溫變化情況，因此，烏拉斯臺(tái)河洪水量級(jí)的年際變化較大。

2 工程布置

烏拉斯臺(tái)河河道治理工程主要是對(duì)烏拉斯臺(tái)河一六四團(tuán)段進(jìn)行河道治理，起點(diǎn)位于烏拉斯臺(tái)水庫(kù)壩址以下13.22 km 處，治理河段長(zhǎng)5.00 km。烏拉斯臺(tái)河多年以來一直為烏拉斯臺(tái)水庫(kù)泄洪通道，工程主要任務(wù)為防止水庫(kù)下泄洪水對(duì)河堤的沖刷及對(duì)兩岸淹沒。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形情況及保護(hù)范圍，結(jié)合河道平面位置變化情況，工程盡可能布置在河道沖刷嚴(yán)重及保護(hù)范圍的外圍，結(jié)合地形，將護(hù)岸建在地勢(shì)較高處，以便節(jié)省工程投資。順應(yīng)天然河勢(shì)的蜿蜒形和微彎形作為治導(dǎo)線布置的基本形式，各河段采用微彎或直線相接，充分利用長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定的主河槽[1]。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)資料查詢、歷史洪水走訪調(diào)查及河道洪痕調(diào)查綜合分析，選用《農(nóng)九師烏拉斯臺(tái)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初設(shè)報(bào)告》中對(duì)烏拉斯臺(tái)水庫(kù)壩址處不同頻率洪峰流量分析成果作為該工程洪水成果[2]，見表1。

表1 烏拉斯臺(tái)河治理段不同頻率洪峰流量成果表

3.2 防洪堤（護(hù)岸）導(dǎo)線設(shè)計(jì)

確定合理的河床寬度對(duì)保證兩岸安全及確定投資規(guī)模非常重要，河道整治寬度一般不宜太窄，避免因縮小水流斷面而加大流速，沖刷兩岸堤防，并且主要考慮河道整治后保證設(shè)計(jì)洪水要求，不能降低河道安全泄洪能力，對(duì)兩岸堤防要有緩沖區(qū)，力求接近河道穩(wěn)定寬度。穩(wěn)定河段水面寬度B（m）按照下式確定：

式中：Q為造床流量，m3/s，相當(dāng)于頻率P=（3.0～10.0）%的洪水流量，此次取10.0%的洪水流量，見表1；J為河床比降，%；A為系數(shù)，參照地區(qū)現(xiàn)有資料取0.9。各斷面河寬計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 穩(wěn)定河寬計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，烏拉斯臺(tái)河穩(wěn)定河寬為11.0～26.0 m，現(xiàn)狀洪溝寬度受人為因素影響（兩岸耕地、住宅建設(shè)占地、沙場(chǎng)開采），寬窄極其不規(guī)則，大部分地段遠(yuǎn)小于計(jì)算穩(wěn)定河寬。根據(jù)河道治理的要求，統(tǒng)一規(guī)劃與合理布局各河段河道防洪治導(dǎo)線，河道整治寬度應(yīng)與天然河道造床形成的主槽相適應(yīng)，按因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)的原則來確定。結(jié)合現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件，治理段河道采用兩岸沿現(xiàn)狀河岸布置，局部裁彎取直，護(hù)岸以現(xiàn)狀河岸為依靠，治理后底寬與原河道底寬接近。

3.3 水面線計(jì)算

治理河段呈多彎道的河道平面形式，天然河道橫斷面在多年洪水水流的影響下也很不規(guī)整，其水力計(jì)算應(yīng)用河道恒定非均勻流水面曲線計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。水面曲線的計(jì)算采用逐段試算法進(jìn)行能量試算，見式（2），從水流下游斷面向上游斷面逐段迭代試算。

式中：Z1，Z2為上下游代表斷面水位，m；Q為洪水流量，m3/s；△S為斷面間距，m；A1，A2為上下游斷面過水面積，m2；K1，K2為上下游斷面的流量模數(shù)；α1，α2為上下游斷面流速系數(shù)；ζ為河段平均局部水頭損失系數(shù)。

3.4 堤頂寬度

結(jié)合現(xiàn)狀地形、地質(zhì)條件采用梯形斷面防洪堤方案，堤頂作道路，一側(cè)堤頂寬4.5 m（考慮防洪搶險(xiǎn)交通要求），另一側(cè)堤頂寬3.0 m。根據(jù)河道左右岸現(xiàn)狀確定防洪搶險(xiǎn)交通道路的布置，軸線樁號(hào)47+900～50+300段兩岸堤頂布置防洪搶險(xiǎn)交通道路。

3.5 堤頂安全超高計(jì)算

護(hù)岸和堤防工程的頂部高程應(yīng)為設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高之和。堤頂超高Y包括設(shè)計(jì)波浪爬高R、設(shè)計(jì)風(fēng)雍水面高度e和安全加高A三部分，R和e分別按式（3）（4）計(jì)算。防洪堤（護(hù)岸）典型斷面頂高程計(jì)算成果見表3。

表3 防洪堤（護(hù)岸）典型斷面頂高程計(jì)算成果表 m

式中：K△為斜坡的混凝土糙率及滲透系數(shù)；KP為爬高累計(jì)頻率換算系數(shù)；Kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，m/s；m為斜坡坡率；hˉ為堤前波浪平均波高，m；l為堤前波浪波長(zhǎng)，m；K為綜合摩阻系數(shù)；V為設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s；F為等效風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；β為風(fēng)向與堤軸線法線的夾角，（°）；d為水域平均深度，m。

3.6 工程防護(hù)形式確定

護(hù)坡迎水面坡比為1∶1.75，背水面邊坡比為1∶2.0，設(shè)計(jì)河道底寬17.0～130.0 m，護(hù)岸高度為1.5～2.0 m，護(hù)岸頂寬4.5 m，結(jié)合河道地形條件，該工程襯砌材料采取了3 種形式進(jìn)行比較[3]。

1）雷諾護(hù)墊護(hù)坡方案。護(hù)坡采用23 cm 厚雷諾護(hù)墊襯砌，將雷諾護(hù)墊延伸至沖涮坑底部，基礎(chǔ)埋深1.0 m 和1.5 m，將開挖的土方采用原土回填至設(shè)計(jì)河床底高程。雷諾護(hù)墊網(wǎng)箱大小采用200 cm×100 cm×23 cm。網(wǎng)孔尺寸采用60.0 mm×80.0 mm，網(wǎng)絲直徑為2.5 mm，邊絲直徑為3.2 mm，厚度為23 cm。網(wǎng)箱和網(wǎng)箱之間采用?2.2 mm 扎絲聯(lián)接。

2）混凝土板護(hù)坡方案。護(hù)坡采用15 cm 厚混凝土板，河床底部不襯砌。將混凝土板護(hù)坡延伸至沖涮坑底部，基礎(chǔ)埋深1.0 m 和1.5 m，底部設(shè)阻滑墻，厚0.5 m、高0.5 m，將開挖的土方采用原土回填至設(shè)計(jì)河床底高程。每隔4.0 m 左右設(shè)1 道縱縫；伸縮縫縫寬2 cm，采用高壓閉孔板填縫。頂部設(shè)混凝土封頂板，寬30 cm、厚6 cm。

3）漿砌石護(hù)坡方案。護(hù)坡采用40 cm 厚漿砌石襯砌，河床底部不襯砌。將漿砌石護(hù)坡延伸至沖涮坑底部，基礎(chǔ)埋深1.0 m和1.5 m，底部設(shè)阻滑墻，厚0.5 m、高0.5 m，將開挖的土方采用原土回填至設(shè)計(jì)河床底高程。每隔5.0 m 設(shè)1 道縱縫；伸縮縫縫寬2 cm，采用高壓閉孔板填縫。頂部設(shè)砌石封頂板，寬50 cm、厚40 cm。

從工程量、投資規(guī)模、生態(tài)保護(hù)、施工條件、施工工藝對(duì)3 種方案進(jìn)行對(duì)比分析，見表4。

從表4 可以看出，從工程投資、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件、生態(tài)保護(hù)角度，雷諾護(hù)墊護(hù)坡均優(yōu)于其他兩個(gè)方案，因此，最終選定雷諾護(hù)墊護(hù)坡為推薦襯砌材料。堤防和護(hù)坡典型斷面設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 堤防和護(hù)坡典型斷面設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

4 結(jié)語

烏拉斯臺(tái)河河道治理工程的實(shí)施，將提高沿河區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)，大大減少洪水災(zāi)害造成的損失，使沿河區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命財(cái)產(chǎn)安全都具有可靠的保證，對(duì)邊境團(tuán)場(chǎng)“屯墾戍邊”的職能和促進(jìn)邊境地區(qū)的改革發(fā)展和穩(wěn)定具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，也為其他地區(qū)中小河流治理工程的開展提供了參考。