基于生态视角的喀什噶尔河流域洪水治理体系研究

谢 蕾，哈斯也提·热合曼，陈 思，阿达来提·吐尔迪

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000;2.新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

喀什噶尔河流域为典型的内陆河流域，也是我国的边境流域之一，国内流域边界总长1157km，其中涉及边境线长度约为651km。在克孜勒苏河与伽师河汇合后的英阿瓦提渠首处始称喀什噶尔河，历史上该河是塔里木河重要源流之一，但随着上游灌区引水的增加[1]，从20世纪60年代后，喀什噶尔河剩余水量主要被拦蓄在西克尔水库和邦克尔水库，下游河道演变为灌区或排水通道，与塔里木河失去地表水力联系[2]。

主源克孜勒苏河和其他五条主要较大支流均发源于克州山区，出山口后流入喀什地区平原，流域面积6.9万km2，其中2/3为山区，且96%都在克州境内；1/3的平原区有90%都在喀什地区。如图1所示，年径流量约52.3亿m3[3]，为两地州九县(市)及第三师的6个团场的主要水源。

图1 喀什噶尔河流域水系图

喀什噶尔河流域洪水灾害频发，其中克孜勒苏河最为严重，举世闻名的千年古城“喀什噶尔高台名居”就是因此而建。目前流域虽然已建6座有防洪任务的水库，但以拦、排为主的防洪体系仍不完善，永久性堤防少，约一半堤防标准不足5年一遇，主要河流下游河道渠系化及挤占现象较为严重，下游泄洪通道不畅，洪灾隐患仍然突出，亟需从流域洪水整体治理的角度，提出流域防洪治理战略部署和体系，为流域防汛决策及防洪工程建设提供依据和参考。

1 设计洪水计算

1.1 流域洪水特点

1.1.1各河流多发洪水且类型不一

克孜勒苏河、盖孜河、库山河均发源地海拔超过5400m，源头永久性冰川发育，易形成融雪型洪水，加之持续高强度降雨，则形成暴雨洪水及混合型洪水。布谷孜河、恰克玛克河、依格孜牙河发源于4300～4600m的中低山区，冰川补给相对较少，易形成暴雨洪水及混合型洪水。此外克孜勒苏河、盖孜河还存在山洪泥石流阻塞河道形成的堰塞湖溃坝而导致的溃坝型洪水；库山河存在冬季冰凌堆积堵塞河道后溃决形成的冰凌洪水。

1.1.2洪峰集中在夏季且陡涨陡落

流域河流洪峰主要集中在6—8月，年内分配极不均匀[4]，其中融雪型洪水过程平缓，如克孜河上游牙师水文站最大洪峰6月发生频次最高，历时短则10d、长则25d，峰型多为复式，每日一峰一谷；暴雨型洪水峰高量小，陡涨陡落，洪水一般3d，如布谷孜河、吐曼河；混合型洪水在5—8月均有发生，如克孜河卡拉贝利水文站主汛期为6—8月，且量大，多峰叠置。

1.2 洪水灾害统计

据资料统计:①克孜勒苏河历史上曾在1948、1966、1998、1999年出现过泥石流溃坝性洪水，最大为1999年，重现期超过150年一遇。洪水汹涌造成堤岸溃决，大量房屋倒塌，淹没村庄和农田，冲走牲畜无数，交通断绝月余，沿岸民众受灾严重[5]。近期洪灾较严重的为2002、2011、2016年，每年因防洪投入大量的人力、物力和财力，地方人民政府防洪负担重。②库山河上游缺乏控制性工程，且堤防工程长度不足，洪水来势迅猛，冲毁耕地、渠道和渡槽等，下游疏勒县和英吉沙县经常受灾，其中2002、2011年均洪灾损失较重。③盖孜河2012年建成山区布仑口水电站，最近一次较大洪灾发生于2016年，主要是盖孜河干流与支流维他克河洪水遭遇在出山口塔什米里克断面造成灾害损失。④布谷孜河春季至秋季常有均有暴雨洪水发生，近期洪灾较大的是2010年，尽管上游(1997年建成)阿湖水库，但水库下游有较大支流汇入，加之暴雨形成山洪，使得阿图什市城区遭受洪灾，冲毁房屋和干渠等。⑤恰克马克河洪灾主要发生在渠首以下，由于沿线村庄农田分布距离河道较近，洪水的漫溢冲刷，河岸坍塌、破坏耕地。⑥吐曼河以泉水补给为主，接纳沿途发电退水、农田排水及污水等，一般流量稳定，但长历时降雨形成暴雨洪水，淤塞引水渠，加之下游喀什市城区段河道被挤占，排洪不畅产生洪灾。

1.3 设计洪水计算

自20世纪60年代以来，由自治区水文局(原水利厅水文总站)、喀什和克州水文局(原喀什水文分站)牵头，多次组织喀管处(局)等单位，先后对主要河流进行调查，其成果对溃坝型洪水研究、河流洪水类型划分、设计洪水计算提供了科学依据。

对有水文站控制的河流，根据实测加历史洪水组成不连续洪水系列，采用P-Ⅲ频率曲线进行分析计算；没有水文站的采用洪峰流量模数法、地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法等计算，主要控制断面的设计洪水依据参证站成果考虑沿程衰减得到，有分水比例的按比例分析计算各汊流设计洪水。每条河计算时均按天然和设计两种工况考虑，其中设计工况是考虑已建的卡拉贝利水利枢纽、布仑口-公格尔水电站、阿湖水库、在建托帕水库及规划库尔干水利枢纽等水利工程对洪水的调节作用。各主要水文站断面的设计洪水见表1。

表1 主要水文站设计洪水参数选取及成果表

2 流域防洪现状及问题

新中国建成后，特别是改革开放以来，国家投入了大量人力物力和财力兴建了一批水利工程，对抗御水旱灾害、保护生命财产安全发挥了重要作用，但目前流域防洪仍存在标准低、战线长、工程隐患多的问题，流域防洪问题突出，治理工作任重道远。

2.1 防洪工程现状

2.1.1水库情况

目前，流域已建、在建山区和平原水库共41座，总库容15.3亿m3，具备防洪任务的有6座，其中克孜河卡拉贝利水利枢纽[6](2017年建成)和盖孜河布仑口水电站[7]与堤防工程联合运用，克孜河和盖孜河下游的防洪能力由10年一遇分别提高到50年一遇和20年一遇；库山河上沙汗水库具有防洪任务，但该中型平原水库现状淤积严重，严重影响调洪能力的发挥；恰克玛克河2017年开工建设的托帕中型水库，防洪库容270万m3，计划2022年6月完成主体工程建设；布谷孜河具备防洪任务的为阿湖中型水库，其余2座中型水库托卡依水库与托克拉克水库虽然没有防洪任务，但可以发挥一定的削峰滞洪作用，通过3座水库联合调蓄将50年一遇洪水消减到10年一遇。喀什噶尔河流域现状已建、在建水库详见表2。

表2 喀什噶尔河流域现状已建、在建水库一览表 单位：亿m3

2.1.2堤防情况

喀什噶尔河流域已建堤防和护岸工程592.8km，其中防洪标准50年一遇的工程仅占总长度的7%，10年一遇和不足5年的临时工程及土堤占87%，已建防洪工程标准低；按河流统计，约1/3长度分布在克孜勒苏河，盖孜河和布谷孜河均占18%，只对险工险段进行局部治理的现状未能得到有效改变，流域防洪治理欠账较多，详见表3。

表3 现状流域防洪工程特性统计表 单位：km

2.2 防洪的问题及原因分析

一是以控制性工程不足，调蓄洪水的能力弱。目前，流域已建在建具有防洪任务的水库工程仅6座，防洪库容1.47亿m3，占流域41座水库总库容的9.6%。由于克孜河泥沙含量较大，卡拉贝利水利枢纽的设计汛限水位为死水位，汛期保持在死水位以下运行，造成水电机组振动摆度大，拟提高汛限水位，据分析调整后对7204万m3的防洪库容的影响有限，但会加快库内泥沙淤积速度。沙罕水库运行50年来已有大量泥沙淤积，为了弥补减少的有效库容，提高蓄水位运行，大坝部分护坡损坏，水库调洪能力越来越弱；阿湖水库虽然经过除险加固，但目前运行中仍出现渗漏、淤积问题。其余35座水库主要任务为灌溉，对洪水的调控作用不强。

二是已建防洪工程规模不足，标准低，防洪能力薄弱。喀什噶尔河为新疆列入全国内陆河实施方案的11条河流之一，但由于当地财政困难，防洪建设投入不足，从2013年以来至2020年之间内陆河治理工程仅投入资金2.4亿元，其中中央资金1.4亿元，共建设永久性防洪工程长度22.91km，占已建永久性堤防长度336.9km的6.8%，只对局部险工险段进行治理；梢木土石方、铅丝石笼护岸等临时工程占总长度的43%，其中克孜河、盖孜河和布谷孜河已建临时工程占比更高达到56%，工程标准低，使用周期短，抗洪能力弱。

三是人为束窄河道造成行洪障碍。流域内涉河桥梁多，如五里桥、帕哈太克里桥和七里桥等跨度小从180～130m不等，造成河道萎缩，过洪能力不足；河道内肆意弃渣，盲目围垦河滩，违章建筑挤占河床，造成行洪障碍，如克孜河干流喀什城区五里桥至七里桥河段，人为束窄河道，平均行洪宽度200m，最窄处仅80m，两岸围垦渔塘、违章建筑等非法侵占河道管理范围阻碍行洪，导致河道泄洪能力严重不足。

四是防洪非工程措施落后。各河流预警预报系统研究投入不足，部分管理单位缺乏管理资金来源，经费不足，造成数据采集手段落后，数据采集不规范，设备陈旧数据传输受限，系统整体响应迟缓，达不到国家防总规定的半小时以内传送水情信息的要求，对流域防洪调度和抢险指挥造成了极其严重的影响，防洪指挥系统处于被动局面。

3 防洪体系研究

3.1 防洪总体部署

喀什噶尔河流域的防洪建设任务十分艰巨，重点搞好千年古城喀什城区防洪应急工程和重要县、城镇的防洪工程达标建设，以城市防洪为突破口，逐步实施防洪工程建设。上游山区河段以建设防洪控制性水库为主，既削减洪峰、减轻下游防洪压力，又提高洪水资源化利用程度，中下游平原区河道以整治河道为主，筑堤护岸，疏浚河道，提高河道安全泄洪能力的同时，有利于河道恢复自然生态[8]。其中克孜勒苏河、盖孜河、库山河、恰克玛克河、布谷孜河以“库堤结合，以蓄为主，蓄泄兼施”为防洪方针；依格孜牙河、吐曼河以分洪工程与堤防工程和疏浚相结合，提高河道安全泄洪能力[9]。

3.2 防洪标准

重要防洪城市大喀什城区(包括喀什市及疏附县与疏勒县城区)现状保护人口为48万人，作为面向南亚、中亚、西亚的区域性经济中心、商贸中心和文化中心，国家历史文化名城，因此近期防洪标准为50年一遇，远期大喀什战略地位将进一步提升，防洪标准取100年一遇；阿图什市城区现状保护人口约10万人，规划人口达到27万人，政治与经济战略地位重要，防洪标准取50年一遇。喀什地区的3县，克州的2县及兵团第三师6个团(场)的县城中心区，按其护常住人口或当量经济规模指标确定其防洪标准为20年一遇，流域其他乡镇与要灌区的防洪标准为10年一遇。

3.3 洪水出路总体安排

通过山区水库和分滞洪工程，提高对大洪水与特大洪水控制能力，尽最大能力减小洪灾损失，通过堤防与灌区引蓄工程，提高对中常洪水的造床输沙、水资源利用、生态保护等综合利用能力，科学合理安排洪水出路。

克孜勒苏河近期通过卡拉贝利水库将50年一遇出库流量控制在500m3/s，远期通过上游的玛尔坎恰提、卡拉贝利的联合调节，进一步削减洪水量级，两个容泄区可承接至少5亿m3水量，下游的防洪能力将提高到100年一遇；盖孜河通过布仑口水电站调节，不超过20年一遇的洪水控制下泄流量150m3/s，大洪水排入两个容泄区；库山河通过库尔干大型水利枢纽的调节，将20年一遇洪水控泄流量不超过157m3/s，最终汇入塔克扎日特洼地；恰克玛克河通过新建托帕水库控制水库出库流量，10年一遇洪峰流量不超过247.4m3/s，确保下游防洪标准从5年一遇提高到10年一遇；布谷孜河通过三库联合调洪，可实现削减布谷孜河大桥断面10～50年一遇洪水洪峰流量277～822m3/s，下游西克尔水库以东设置的容泄区可承接多余洪水；依格孜牙河因缺乏防洪控制性水利枢纽，主要依靠下游河道泄洪为主，下游奥达姆容泄区承接洪水为辅；吐曼河主要依靠河道泄洪与分洪闸分洪为主，50年一遇洪水时从喀什市三级电站处退水至克孜勒苏河300m3/s，在色满乡砖厂桥处再分洪至克孜勒苏河21m3/s，喀什市市区河道行洪流量为61m3/s。建库前后下游防洪能力及各河流主要断面设计洪水成果对比情况详见表4。

表4 建库前后下游防洪能力及主要断面设计洪水成果对比表 单位：m3/s

4 防洪治理措施

结合流域洪水分析成果、防洪标准及洪水总体布局，提出建设水库、堤防与护岸、容泄区为主，河道清障与疏浚为辅的工程措施及非工程措施。

4.1 治理措施

4.1.1水库工程

为了防洪和抗旱的需要，规划建设库尔干、玛尔坎恰提大型水利枢纽，与卡拉贝利水利枢纽、布仑口水电站及堤防工程联合运用，逐步建成喀什噶尔河流域库堤结合的防洪工程体系，进一步提高大喀什的防洪能力。同时已建成的部分水库由于建设年代久远，受当时经济、技术条件约束，加之长时间运行，部分平原水库已存在安全隐患及泥沙淤积，如沙罕水库、托克拉克水库等，水库管理机构需严格按照水库管理运行制度，对安全隐患较大的水库及时进行安全鉴定，并及时消除隐患。重要水库主要特征值详见表5。

表5 流域已建、在建和规划重要山区水库主要特征统计表 单位：万m3

4.1.2堤防与护岸工程

本次流域规划建设堤防与护岸共计149宗，总长938.22km，其中克孜河规划长度占44%，与吐曼河工程均分布在平原区，喀什市、疏附县、疏勒县；兵团防洪工程长度为84.7km，占9%，详见表6。上中游一般采用砌石混凝土面板堤防，下游采用格宾石笼堤防；护岸型式主要有混凝土板、浆砌石和格宾石笼等。

表6 规划堤防、护岸工程特性统计表

4.1.3河道整治工程

针对平原区河渠水网密集、错综复杂、两岸侵占严重河段，根据各河道的整治标准及泄洪任务，在明确河道边界、管理范围及保护范围的基础上，对部分河道进行河道清障、疏浚、拓宽等，打通下游与容泄区的通道，埋设界桩，为河道清障提供法律依据，保障河道安全宣泄设计标准洪水及超标准洪水。如克孜河，重点对天南维其克渠首—巴依托喀依渠首河段进行清障，拆除两岸老堤及阻水建筑物，原河岸与规划堤防间不允许修筑任何永久性建筑；对帕哈太克里桥—七里桥河段进行疏浚。

4.2 超标准洪水安排

4.2.1建立预警预报系统

流域山区河流洪水峰高量大，易形成泥石流，且中低山区山洪沟治理也滞后，完全依靠工程手段防洪减灾，既不经济也无可能。因此，在建设流域防洪工程体系的同时，必须不断地加强非工程措施[10]，尽量减少洪灾损失，建设以流域管理机构为中心、辐射全流域的流域防汛指挥系统[11]。完善水雨情监测站网、预警设施设备，建立县级监测预警平台及信息数据开放共享机制，为流域数字化孪生和数字孪生工程建设提供基础支撑。

4.2.2容泄区

为应对流域发生超标准洪水需建设容泄区，以减轻洪水对下游的威胁，结合流域地形条件设置了7个容泄区，考虑到通往容泄区的泄洪通道大多淤积堵塞严重，需对泄洪通道疏通整治，保证洪水安全泄入。根据初步估算，计算各容泄区的面积和容积，详见表7。从北向南依次为布谷孜河下游西克尔水库以东的容泄区约0.2亿m3、克孜勒苏河下游南部的艾西库里洼地约1.8亿m3和哈达堆洼地约3.4亿m3、盖孜河下游的艾西曼库都洼地约1.3亿m3和夏马勒库勒容泄区约5.9亿m3、库山河下游的塔克扎日特洼地约3.8亿m3以及依格孜牙河下游的奥达姆容泄区容积约1亿m3。

表7 流域容泄区防洪工程表

5 建议

(1)研究水库群联合调度运行。随着流域内山区控制性水库座数的增加，在保障流域经济社会用水需求的同时[12]，一是建议开展上游山区水库替代平原水库研究，如玛尔坎恰提水利枢纽替代西克尔水库等；二是如何调水调沙对下游最有利，尤其是研究流域洪水调控方案[13]，使得洪水资源调控效益最大和生态洪水泄水效率最高。如总库容为2.34亿m3的卡拉贝利泥沙淤积30年后剩余库容为1.11亿m3，兴利调节库容从1.687亿m3减少为1.1亿m3，建议加强泥沙监测并保持泄洪排沙洞不被淤堵，确保水库安全。

(2)开展河道廊道修复研究。如何使已经人工化、渠道化的河流廊道恢复原有的自然特征，是提升两岸人居环境和舒适度的重要举措，也是推动高质量发展的重要保障。建议结合蜿蜒型、游荡型等河道特点，根据河道纵坡，因地制宜的采取铺设大卵石、河滨带植被重建、控导结构物等对渠道化河流进行综合治理；在断面型式上，可在行洪安全的前提下，尽可能采取接近自然河道的几何非对称深潭断面，或者复式断面，选择适宜宽深比，防止淤积或冲刷，优化配置水生植物和乔灌草结合的岸坡植物，形成更为自然化的景观。利用更多的河滨带空间布置绿化带和休闲场所，布置亲水平台和栈道等亲水设施。

(3)加强河道岸线管理。严格执行《喀什噶尔河流域防洪规划》，结合国土空间“一张图”的水生态空间，严禁在水域岸线保护红线范围内违建，依托河长制平台，推进河道整治工作。同时在疏浚下游蓄滞洪区附近、有条件分洪河段时，考虑占地问题，如伽师总场所在的二五闸以下到邦克尔水库河段现状最窄处仅为50m，整治河宽要达到300m，按该宽度涉及移民征地等问题，且大部分为基本农田，考虑伽师总场为兵团南进的重点团场，建议进一步研究从上游的布哈拉渠首处将洪水引入哈达堆洼地容泄区的可行性，减少下泄洪水的同时减少下游征地压力。