塔里木河干流裁弯工程原型河道观测结果分析

李 明，王艳洲，邓 刚，周光奎

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450003;2.黄委工程建设管理中心，河南郑州450003)

塔里木河干流裁弯工程原型河道观测结果分析

李 明1，王艳洲2，邓 刚1，周光奎1

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450003;2.黄委工程建设管理中心，河南郑州450003)

通过对塔河裁弯工程段河道原型段多次观测结果的分析与对比，从测量角度上探讨河道、河势变化规律，并对原型河道观测方案提出建议，为在塔河流域进行类似工作积累了经验。

塔河;原型观测;冲淤断面;观测分析

一、工程项目背景

塔里木河(以下简称塔河)干流位于新疆塔里木盆地北缘，起始于阿克苏河、叶尔羌河及和田河的交汇处(肖夹克)，归宿于台特玛湖，全长1321 km。河流北至天山南麓山前倾斜平原的边缘，南抵塔克拉玛干大沙漠，海拔760～1020 m，是我国最大的内陆河。

塔河中下游河段，纵比小，个别地段可达1∶20 000，历史上发生了多次改道。近期干流治理工程实施后，洪水归槽，输沙能力加大，对河岸的冲淘加剧，多处河道出现了“Ω”弯道，并加速向河岸冲刷，威胁到沿线堤防、生态引水工程安全。为此，笔者在典型的河段，开展了裁弯试验，并有针对性地对河道进行了原型观测，努力寻求河道变化规律，为疏导、稳定流路的效果分析研究工作提供基础资料，并为今后枢纽及生态闸工程的运行、管理提供必要的依据。

裁弯工程位于沙子河口—乌斯满的中段(如图1所示)。该段河弯向北发展，弯顶距输水堤仅70 m，向上下游扩展为典型的“Ω”河型。随着输水堤的修建运行，河湾淘刷速率明显增加，弯顶年平均淘刷速度为20 m。因此，为了保障输水堤的安全运行，对该处河弯进行裁弯取直，以平顺河道东西走向，减小对河湾淘刷速率［1］。

二、原型观测方案及实施

在裁弯工程上下游约8 km处分别布设了8个冲淤断面，以监测河道淤积，并对整个断面内的河道河势进行测量，断面布设如图2所示［1］。

图1 裁弯工程布置示意图

图2 冲淤断面布置示意图

在工程开始前，先期在工程区域内布设了一个高精度的空间基准网，并采用了GPS RTK技术进行了断面及河势的测量［1-2］。2006年4月进行了初次观测，确定了对比基准;在当年汛前进行了第2次测量，分析非汛期的变化;汛后又进行了第3次测量，即全线监测，检测出汛前后的变化，并监测了锁坝的变化;之后，在河道相对稳定后，2008年汛前进行了第4次测量，监测工程实施后的最后情况;2009年6月，通过商用卫星遥感影像，分析河道河势变化，整个观测项目结束，具体如表1所示。

表1 观测日期及流量统计表

在控制测量与河道断面及河势日常测量过程中，均严格按照设计要求实施，采用“似大地水准面精化”及GPS RTK测量技术，准确地反映河道现实情况，测量精度优秀，应用技术先进［2］。

三、原型观测结果对比分析

1.河势对比分析

(1)裁弯段河道稳定，达到了裁弯的目的

裁弯在试验观测期间，以及裁弯工程实施期间，均表现出良好的稳定性，特别是第4次观测表明，河道是按设计的导线改道发育，并保持稳定［6］。但河道在2006年汛期，洪峰较大，工程未竣工，出现从锁坝东端溢流现象，如图3所示。

图3 裁弯处河势变化示意图

(2)裁弯段上游河道稳定，未发现明显变化

工程上游河势变化较小，保持在初次河势两侧波动，由于量小，仍按既往的河势运行，但也表现出了向弯顶持续侵蚀的迹象。

(3)裁弯工程下游出现自然裁弯，自然裁弯后保持稳定

从裁弯工程实施的第一个汛期后，下游1.5 km处就出现了自然裁弯，由原来半径95 m、弯深达390 m的“n”字形弯道改变为半径357 m的圆弧形弯道;该段河道的长度则由原来的1.36 km变为现有的0.78 km，并在2007、2008年汛前后保持稳定。如图4、图5所示。

图4 2008年自然裁弯处河势示意图

图5 2009年6月裁弯处河势卫星影像图

2.冲淤断面观测结果分析

根据4次冲淤断面测量成果对比图(如图6所示)，从河床、滩唇、河底等几个方面，在空间数据方面，可以得出以下结论。

图6 淤积断面分析对比图

1)试验段在非汛期无淤积。通过前两次观测数据可以看出，每个断面中距离相当的断面点高程互差不超过±0.25 cm，这说明在非汛期，河道无淤积。而在河涯线附近，河坍塌位置差小于±0.1 m，高程小于±0.1 m，这说明河道主河槽未发生明显的移动。从水边高程可以看出，第2次观测时水流量已是非常小了，已进入断流期。符合试验段的水文情况。

2)2006年汛后，试验段在滩唇部分有明显淤积，河底高程变低。从断面比较图中可以看出(如图6所示)，在2006年汛后，试验段在滩唇部分有明显淤积，在0.25～44 cm之间。淤积段主要在2、5、6号断面上，均位于主河道左边滩唇。另外，在初次河滩低洼处也有一定淤积，反映在2号断面上，最多处有0.09 m淤积。同时，2、3、4、5、6、7号断面表明，主河道河底点高程在裁弯工程实施后明显变低了，最大变化是在3、4号断面上，河底高程变化达0.3～0.6 m。这表明裁弯挖槽后，水流速增加，输沙功能加强［4］。

3)试验段主河道均向“Ω”弯顶侵蚀。从对断面位置主河道河岸线坍塌变动情况的分析可知，各个断面均向弯顶侵蚀，而河槽整体断面形状未发生明显变化。侵蚀最多达50 m，最少为19 m。统计如表2所示。

表2 断面处弯顶侵蚀量统计表

4)试验段主河岸在试验期间无明显变化。

3.锁坝变化分析

2006年汛后对锁坝的监测表明，锁坝本身结构完成得好、设计合理、施工质量良好。但在锁坝下游侧河床内，由于洪水冲刷，出现了一条行洪通道，并有逐步加大的趋势。而在汛后期，河水流量变小，冲刷能力减弱，挟沙能力下降，在坝前主河道内出现了大量淤积［3］，形成一道“副坝”，对河道改道起到一定的积极作用。

四、原型观测分析结论

通过上面对比分析，可得出如下结论:

1)裁弯河道淤积不明显。

除滩唇部分外，河岸部分无明显淤积。主要是因为裁弯后，河道纵比加大，流速加大［3］;另一个原因则是下游卡尔曲尕大桥加长，过水断面急剧加大，过流能力显著提高，挟沙通过能力加大造成［5］。

2)河势改变显著，并保持稳定，特别是在下游出现了自动裁弯现象，达到了预期目的。

裁弯后，河势按设计导线发育，并保持稳定，表明设计基本合理［6］。在裁弯处下游，由于水流方向、河岸植被和地质条件共同作用，发生了自动裁弯，达到理顺河道的设计目的。

3)下游有产生新的“Ω”弯的趋势。

4)锁坝受洪水影响显著，特别是下游侧，出现决口，但在中水时期，则有利于坝前淤积。

受洪水及锁坝回水影响，在下游侧河滩内出现溢流拉沙，冲刷加深，从而形成行洪通道;在中水时间段内，水流受阻，在坝前形成回旋，加速了泥沙沉积，从而形成“副坝”。

五、针对塔河原型观测的建议

针对这几年的测量实践与测量结果，对塔河裁弯工程河道原型观测有如下建议:

1)加大河势观测频率，汛前后须及时测量，在洪水等特殊时期要加密观测，并且，加大淤积断面观测间隔，一年一次为宜。河势观测精度可适当降低，以±1.0 m为宜，而淤积断面精度则要加强，断面点相对于断面基点以±10 mm为宜，相当于五等水准观测精度。否则，难以反映出塔河微小的淤积量。

2)锁坝在下游侧要适当加固加长，防止决口，并要在中水期进行修复，适当引流，加快坝前淤积，巩固裁弯成果。

3)要认真结合水文、泥沙、地质、环境专业监测量资料，对试验段河道进行全面分析，从而探寻河道演变的规律，为塔河除害兴利提供借鉴。

［1］ 周建郑，周光奎，李明.塔里木河干流河道裁弯工程原形观测量实施方案研究［J］.测绘通报，2007(6):14-18，42.

［2］ 周光奎，郭雁军，王艳洲.GPS在塔里木河生态综合治理工程中的应用［J］.人民黄河，2005，27(2):49-50.

［3］ 钱宁，万兆惠.泥沙运动力学［M］.北京:科学出版社，1986.

［4］ 吉祖稳，胡春宏.黄河下游弯曲型河道挖河减淤机理的试验研究［J］.泥沙研究，2001(6):21-26.

［5］ 邵学军，王兴奎.河流动力学概论［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［6］ 熊绍隆.裁弯工程设计方法［C］∥第八届海岸工程学术讨论会论文集(下册).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，陕西绥德人，工程师，主要从事水利工程测量工作。