新疆昭苏县大洪纳海河综合治理方案的探索

2021-07-15陈小林李玉江邢巍巍

陕西水利 2021年6期

陈小林，李玉江，邢巍巍

(中工武大设计研究有限公司，湖北武汉 430072)

1 工程概况

大洪纳海河是发源于昭苏县北部乌孙山南坡的一条山溪性河流，河源山区无永久性积雪或冰川分布，属季节性融雪、降水、地下水补给的混合型河流，河源海拔高程3000 m，出山口处河长22 km，集水面积186.7 km2。其中有长3.5 km河道穿过昭苏县城。

昭苏县大洪纳海河综合治理工程主要任务：通过修建防洪护岸及滨河景观，提高河道防洪能力，疏导洪水，改善项目区的生态环境状况，防治项目区水土流失，提升昭苏县城市形象和品质。工程主要保护对象是昭苏县昭苏镇两岸乡镇人口4.10万人及9.79万亩耕地。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型，防洪标准为20 a一遇，设计洪峰流量为74.6 m3/s。防洪堤、泄洪道、跌水景观坝等主要建筑物为4级，次要建筑物和临时建筑物为5级。

工程治理河段长3.5 km，采用清、洪分开布置方案，洪水来临时泄洪道开闸泄洪，清水道尽量不下泄洪水，非汛期泄洪道下闸止水，河道水流从清水道下泄。工程主要有防洪堤、清水道、景观跌水坝、泄洪道等部分组成。

2 工程地质条件

工程治理区段地质条件较简单，主要为全新统冲积堆积堆积层，第四系冲洪积平原区地貌。该段岩性地表为(Q4)冲积砂卵砾石，棕褐色，稍密～中密，磨圆度较好，层状结构，分布连续，探坑揭露厚度大于5 m，本次未揭穿。卵石含量约37.3%～43.9%，漂石多见，最大粒径35 cm，主要成分为花岗岩。砂砾占43.2%～70.9%，含泥量少，不均匀系数Cu=33.291～39.051，Cc=1.153～2.554，界限粒径d60=17.728～24.106，中间粒径d30=3.190～6.202，有效粒径d10=0.498～0.685，属不良～良好级配圆砾，允许承载力取250 kPa，渗透系数3.5×10-2cm/s，强透水性。

3 河道防洪方案

大洪纳海河洪水成因可分为融雪型洪水、暴雨和融雪混合型洪水和暴雨洪水。

区域内春季持续的升温天气极易引发融雪洪水，一般发生在3月～5月。区域内高山丘陵耸立、地形起伏较大，导致区域内气温变化频繁，地域、昼夜及季节性温差悬殊。受其影响，使得大气运动的冷、暖峰流交替加剧，气团的抬升和水汽的聚积加快，从而使降水天气频发，形成暴雨洪水。此类洪水多发生在6月～8月，暴雨洪水过程尖瘦或陡涨陡落，涨水历时短，涨率大，洪峰流量大，落水历时比较长，洪水历时较短，洪量小，是该河流比较主要的、危害较大的洪水类型之一。暴雨和融雪混合型洪水是该区域各河流(沟)洪水的主要类型，一般多发生在4月～6月。设计洪峰流量为74.6 m3/s。大洪纳海河多年平均年输沙量之和为1.33万t。

根据以上洪水成因及时间段分析，每年3月～8月大洪纳海河均有洪水发生，但是4月～6月发生的暴雨和融雪混合型洪水产生的河流泥沙对河道水土流失、工程景观效果影响较大，而且会造成清水道泥沙淤积。为保证洪水期治理河段景观效果不受影响，本次防洪方案采用“清”“洪”分开的治理原则。

工程在河道左岸布置清水道，河道右岸平行布置泄洪道，洪水期用泄洪道将含泥沙较大的洪水泄入下游河道，保证清水道内清水依旧。遇到超标准洪水时清水道、泄洪道联合泄洪。工程布置见图1。

图1 工程布置图(左向右依次是左岸防洪堤、清水道、右岸防洪堤、泄洪道)

3.1 左岸防洪堤

左岸防洪堤采用砂砾石填筑堤身，堤身临水面边坡1∶2.0；护坡采用C20F200现浇混凝土错缝护坡，护坡厚度为15 cm。堤顶为防洪抢险通道路，堤顶宽度4.0 m，护坡与堤顶相交处设置宽度0.30 m，厚度0.4 m的C20砼封顶板。防洪堤正常蓄水位+0.1 m高程以上至顶部边坡型式采用100 mm厚植生砖，下设无纺布。

3.2 右岸防洪堤与泄洪道

河道右岸防洪堤与泄洪渠左侧渠堤共用，河道右岸防洪堤清水道一侧迎水面防洪堤护坡在正常蓄水位+0.1 m高程以下采用C20F200W4现浇砼护坡；正常蓄水位+0.1 m高程以上至顶部边坡型式采用100 mm厚植生砖，下设无纺布。

泄洪道采用梯形和矩形两种断面形式，因占地、景观广场布置等原因，有500 m长泄洪道为矩形断面暗渠；剩余断面采用梯形断面形式，梯形断面采用150 mm厚C20F200W4现浇砼边坡，超高部分采用300 mm厚C20F200W4砼砌筑卵石边坡，达到一定的景观效果。泄洪道每50 m设置一道隔墙，隔墙采用C20F200W4砼，墙深800 mm，墙宽500 mm。

3.3 清水道底部防渗

清水道由河道左、右岸防洪堤、景观坝及河道底部防渗层组成。河道底部砂卵砾石层渗透系数3.5×10-2cm/s，属强透水性。为保证景观水面水体不渗漏，河道底部采用两布一膜防渗。原河床基础平整压实后，铺设两布一膜，膜上敷设粗砂垫层及厚砂砾石层。

4 滨河景观方案

工程在泄洪道与跌水景观坝相交处设置节制闸，洪水来临时开闸泄洪，减少清水道内的泥沙淤积，尽量不让含泥沙较大的洪水进入清水道，保证各清水道内景观坝之间形成清澈的水面景观。非汛期泄洪道下闸蓄水，泄洪道与跌水坝蓄水形成一片统一的景观水面。

清水道上沿河由上游向下游布设15道景观跌水坝，可在清水道内形成连续的景观水面，跌水坝采用不同的造型和结构；两岸合适的位置设亲水平台和临水平台，临水平台设栏杆；亲水平台以下采用混凝土衬砌，亲水平台用生态植生块或植物措施防护。

清水道景观跌水坝有混凝土、胶凝砂砾石、混凝土砌石三种材质。工程中部分景观跌水坝采用胶凝砂砾石结构，在充分利用当地河道砂砾石作为建筑材料的同时，又将河道整治开挖料尽可能用于工程建设，节约投资。景观跌水坝结构设计获得实用新型专利证书，专利号第11896224，实用新型：一种河道景观坝结构。景观跌水坝之一(台阶式)见图2。

图2 景观跌水坝之一(台阶式)

5 生态护岸

5.1 气候条件分析

昭苏县为中亚内陆腹地一个群山环抱的高位山间盆地，海拔在1323 m～6995 m之间，属于大陆性温带山区半干旱半湿润冷凉气候类型，年均降雨量达511.8 mm，为全新疆之冠。按季节进行比较，夏季雨水量最多，冬季最少，春、夏、秋、冬各季降水量占年降水量的比例依次为28.6%、49.6%、17.6%和4.2%，从降水量的集中程度分析，连续最大四个月降水量一般出现在5月～8月，占年降水量的66%；年最大月降水量一般出现在6月、7月；年最小月降水量一般出现在1月，仅占年降水量的1.3%。根据以上气候特征和植物生长特性，只要不是特别干旱的年份，天然降水量可以满足昭苏县许多当地植物的生长需水量。因此工程设计了两种生态护岸：植生砖生态护岸和植物生态护岸。

5.2 植生砖生态护岸

在清水道两岸的防洪堤正常水位以上采用混凝土植生砖，做成生态护岸，利用适合在昭苏县自然生长的植物和水土条件营造自然的特色景观。

5.3 植物生态护岸

在河流纵坡缓，水流流速小的河段利用当地各种野花野草做成植物生态护岸、天然降水浇灌，生态效果明显，见图3。

图3 生态护岸

6 工程与民族、历史文化结合方案

美丽的昭苏草原上生活着哈萨克、汉、蒙古、维吾尔、回、柯尔克孜、塔塔尔、乌孜别克、锡伯、俄罗斯、塔吉克等21个民族。因此在设计中将昭苏县主要的16个民族图腾造型雕刻到泄洪渠闸室景观墙上，将水利工程和民族文化融合在一起，民族图腾符号：1号闸，龙(汉族)和天鹅(哈萨克族)；2号闸，马(锡伯族)和海东青(满族)；3号闸，鹿(柯尔克孜族)和盘羊(回族)；4号闸，金雕(乌孜别克族)和山羊(东乡族)；5号闸，绵羊(塔塔尔族)和鼓(土家族)；6号闸，青蛙(壮族)和蝴蝶(苗族)；7号闸，百灵鸟(维吾尔族)和蒙古包(蒙古族)；8号闸，鹰(俄罗斯族)和布达拉宫(藏族)等。

昭苏县是汉武大帝歌赋中所盛赞“腾昆仑，历西极”的天马的故乡，自古就以盛产良马著称，马文化历史悠久，有进行各种传统和现代马术运动的得天独厚的优越条件。工程设计方案考虑这一历史文化因素，在河岸边选择一处凸岸布置天马岛，从空中俯视天马岛的造型像一匹奔腾的骏马，并在岛上做昭苏县有关马文化、马历史、赛马等文案展览，把昭苏的天马历史与文化都体现在工程中，让工程既满足防洪景观要求、又彰显出当地民族文化和人文历史。