游荡型河道控导整治方案研究

王克强

(阿克苏塔河源勘测设计院有限公司，新疆 阿克苏 843000)

0 引言

河道控导整治是在总体规划下，调整局部河床形态和水流结构，以控制河床朝有利方向发展[1]。游荡型河道在水流顶冲的作用下经常出现畸形河湾，造成部分河段脱河或半脱河。出现此种情况除了工程不完善外，整治流量、工程间距、弯道半径等设计参数不合理均是导致工程对河势控制不力的主因[2]。因此，河道整治的根本任务是控导河势，其也是河道整治的出发点和回归点。

塔里木河属典型的游荡型河道，频繁变化的主流冲刷、顶冲河岸，造成岸上耕地、连队基础设施坍塌损失严重。通过控导治理，以有效控制主流游荡范围，尽量归顺河势，减轻塌岸引起的损失。在确定控导线位置时，尽可能与现实的河道平面形态相协调，且上下游结合，左右岸兼顾，使治导工程有河岸等可靠的依托，避免过分对原河道水流的干涉，而加剧河道的演变。

1 河道概况

塔里木河(简称塔河)流域位于西北干旱内陆盆地，新疆维吾尔自治区南部。流域包含塔里木盆地的九大水系和塔河干流、东部荒漠区和塔克拉玛干沙漠，流域总面积102.6万km2。塔河由阿克苏河、叶尔羌河及和田河三条支流汇合而成，干流长1321 km，包括支流塔河全长2179 km，尾部注入台特马湖。塔河上游两岸主要分布着第一师最大的灌区——塔里木灌区和阿拉尔市。塔里木灌区、阿拉尔市城区傍河而建，由于塔河河床及河岸土质以粉砂为主，抗冲刷能力差、河水含沙量大，最大冲刷坑常达11.2 m，游荡型特性表现为汛期河道主流摆动冲顶河岸，导致两岸高滩随处坍塌，严重威胁阿拉尔市及沿河团场的生产经营活动、人民群众的正常生活和生命安全。塔里木河流域水系分布见图1。

图1 塔里木河流域水系图

2 控导整治方案

按照以河道现行流路为基础、中水整治、因势利导、以弯导流的原则绘制治导线。河道整治的核心和前提是科学确定治导线，其关系到整治方案的合理性、防洪效益是否显著。治导线以两条曲直相连的平行线落地，在规划过程中，应深入研究设计造床流量、设计河宽、河湾要素和排洪河槽宽度等核心参数。

2.1 设计造床流量

设计造床流量深刻影响着洪水对河湾形态的塑造，也是河道整治过程中的重要指标之一。造床流量目前还没有严格的理论推导公式，通常采用马卡维也夫法或平摊流量法，对于泥沙含量大的河流也可采用输沙能力法计算。受水文观测资料制约，塔河阿拉尔段拟采用马卡维耶夫法计算造床流量，结合汛期平均流量法复核，力求造床流量的选用科学合理。

2.1.1 马卡维也夫法

按照同一数量级将计算河段观测的历年流量分为不同的流量级，并绘制Q-QmJP关系曲线图，见图2。在图中查询Q-QmJP的最大值相对应的最大流量Q值即为造床流量。其中Q表示所划分各等级流量的均值，J为各级流量下相应的比降。

根据观测，塔河阿拉尔段洪水波峰沿着河道向下游传递的附加比降极小，加之河床涨冲落淤的水位变化抵消了附加比降影响，所以，洪水期各级流量的比降变化不大，统一按照1/4600取值。根据马卡维也夫法计算出阿拉尔造床流量为1200 m3/s。

图2 塔里木河阿拉尔站Q-QmJP关系曲线图

2.1.2 汛期平均流量法

根据相关文献表述[3]，在塑造河湾形态过程中，较平摊流量更小的流量其主要作用。采用长科院罗敏逊法计算年平均流量或者最大洪峰月份的平均流量，以复核造床流量。

Q造=5.7Q汛0.878

根据河段阿拉尔水文站历年汛期的平均流量资料计算出阿拉尔造床流量1097 m3/s。

2.1.3 造床流量确定

根据马卡维也夫法和汛期平均流量法核算出的造床流量成果见表1。

表1 塔里木河阿拉尔站断面造床流量计算成果表

因此，通过上述综合分析比较，本次设计采用Q=1000 m3/s作为设计造床流量较为合适。

2.2 直河段设计河宽B

鉴于微湾型河道的整治工程通常仅单岸布设，在大中型洪水时直河段和弯曲可以自由漫滩，造成河宽有较大变幅，因此设计河宽通常是一个虚拟值。采用关系式(1)计算设计河宽：

(1)

式中：A1为经验系数，取15.6；X1为经验指数，取0.39；Q为造床流量，为1000 m3/s；B为造床流量时的河段平均宽度m；J为河床纵比降，为1/4600；D为床沙中值粒径，为0.0001 m；则根据上式计算出B=608 m。

为使设计河宽参数更加合理化，结合阿拉尔水文站历年中与造床流量较为接近的洪水流量，实测其水面宽度，得到平槽河宽在260 m～980 m范围内变化，结合实测资料，本次塔里木河上游段直河段设计河宽B取600 m。

2.3 排洪河槽宽度B洪的确定

以防塌岸为主要目的的河道整治，在确定新建工程位置时，左右岸之间的最小垂直距离必须满足排洪要求，也就是两岸工程之间必须预留足够的宽度，以便在大洪水时，河槽能宣泄大部分洪水，这个宽度称为排洪河槽宽度，以B洪表示。

黄河下游河道整治过程中，确定排洪河槽宽度主要考虑满足洪水通过要求、稳定河势要求及满足冲淤调节能力等。在后期布设工程时，要求两岸工程间的防洪宽度不得小于排洪河槽宽，且洪水不得引起河势明显变化。考虑本工程河段的实际情况，通过统计阿拉尔水文站测流断面历年过大洪水时的实测水面宽度并参考黄河下游河道整治经验，确定塔河上游段排洪河槽宽度B洪≥1500 m。

2.4 河弯要素的确定

河湾要素主要由中心角φ、弯曲半径R、河弯间距L、直河段长l、河弯跨度T及弯曲幅度P组成，参数大小是设计河宽的函数。

依据护岸工程主流位置及河势稳定性，可判别河湾要素是否为较好的整治流路。参照黄河下游游荡型河段的整治经验，河湾要素按照如下关系确定：直河段长l=(1～3)B；弯曲半径R=(3～5)B；河弯间距L=(5～8)B；河弯跨度T=(9～15)B；弯曲幅度P=(2～4)B；为了方便控制河势，转弯半径取直河段河宽的3～5倍。

2.5 治导线拟定

确定设计河宽及各河弯要素变化范围后，即可拟定治导线。从整治河段进口开始逐段逐湾拟定，直至整治河段的末端。

整治河段治导线拟定后，通过对比分析天然河湾个数、弯曲系数、河湾形态、导流能力、已有工程利用程度等论证治导线的合理性，进而依照治导线确定工程位置线及长度，计算工程量。由两条曲直相间的平行线组成的治导线，其直河段设计河宽、设计造床流量、河湾要素及排洪河槽宽度等参见图3、图4。经分析和计算，本工程河道整治流路主要设计参数见表2。

图3 排洪河槽宽度示意

图4 河湾要素示意图

表2 塔里木河上游段河道整治流路主要设计参数

3 结语

塔河在对治导线设计的核心参数(设计流量、设计水位、设计河宽、河槽过洪宽度以及河湾形态参数等)进行计算后，在各整治段工程位置线绘制时除参照上述原则和参数外，还应考虑结合河段的边界条件、已有工程情况和社会经济因素综合分析，统筹兼顾，尽量处理好继承与发展的关系，来确定出经济合理的治导线。各整治段工程位置线与已有工程衔接后，根据“上平下缓中间陡”的形式在河道凹岸处布设成连续弯道，整治工程位置线与大洪水主流线大致平行，弯曲半径基本控制在1500 m～3000 m之间。本文深入分析了满足河床演变规律下塔河游荡性河道的整治参数，同时对游荡性河道控导线设计提出了考量因素，结果为后续进一步布设防洪护岸工程奠定了基础。