塔里木河干流裁彎工程原型河道觀測結果分析

李 明，王艷洲，鄧 剛，周光奎

(1.黃河勘測規劃設計有限公司，河南鄭州450003;2.黃委工程建設管理中心，河南鄭州450003)

塔里木河干流裁彎工程原型河道觀測結果分析

李 明1，王艷洲2，鄧 剛1，周光奎1

(1.黃河勘測規劃設計有限公司，河南鄭州450003;2.黃委工程建設管理中心，河南鄭州450003)

通過對塔河裁彎工程段河道原型段多次觀測結果的分析與對比，從測量角度上探討河道、河勢變化規律，并對原型河道觀測方案提出建議，為在塔河流域進行類似工作積累了經驗。

塔河;原型觀測;沖淤斷面;觀測分析

一、工程項目背景

塔里木河(以下簡稱塔河)干流位于新疆塔里木盆地北緣，起始于阿克蘇河、葉爾羌河及和田河的交匯處(肖夾克)，歸宿于臺特瑪湖，全長1321 km。河流北至天山南麓山前傾斜平原的邊緣，南抵塔克拉瑪干大沙漠，海拔760～1020 m，是我國最大的內陸河。

塔河中下游河段，縱比小，個別地段可達1∶20 000，歷史上發生了多次改道。近期干流治理工程實施后，洪水歸槽，輸沙能力加大，對河岸的沖淘加劇，多處河道出現了“Ω”彎道，并加速向河岸沖刷，威脅到沿線堤防、生態引水工程安全。為此，筆者在典型的河段，開展了裁彎試驗，并有針對性地對河道進行了原型觀測，努力尋求河道變化規律，為疏導、穩定流路的效果分析研究工作提供基礎資料，并為今后樞紐及生態閘工程的運行、管理提供必要的依據。

裁彎工程位于沙子河口—烏斯滿的中段(如圖1所示)。該段河彎向北發展，彎頂距輸水堤僅70 m，向上下游擴展為典型的“Ω”河型。隨著輸水堤的修建運行，河灣淘刷速率明顯增加，彎頂年平均淘刷速度為20 m。因此，為了保障輸水堤的安全運行，對該處河彎進行裁彎取直，以平順河道東西走向，減小對河灣淘刷速率［1］。

二、原型觀測方案及實施

在裁彎工程上下游約8 km處分別布設了8個沖淤斷面，以監測河道淤積，并對整個斷面內的河道河勢進行測量，斷面布設如圖2所示［1］。

圖1 裁彎工程布置示意圖

圖2 沖淤斷面布置示意圖

在工程開始前，先期在工程區域內布設了一個高精度的空間基準網，并采用了GPS RTK技術進行了斷面及河勢的測量［1-2］。2006年4月進行了初次觀測，確定了對比基準;在當年汛前進行了第2次測量，分析非汛期的變化;汛后又進行了第3次測量，即全線監測，檢測出汛前后的變化，并監測了鎖壩的變化;之后，在河道相對穩定后，2008年汛前進行了第4次測量，監測工程實施后的最后情況;2009年6月，通過商用衛星遙感影像，分析河道河勢變化，整個觀測項目結束，具體如表1所示。

表1 觀測日期及流量統計表

在控制測量與河道斷面及河勢日常測量過程中，均嚴格按照設計要求實施，采用“似大地水準面精化”及GPS RTK測量技術，準確地反映河道現實情況，測量精度優秀，應用技術先進［2］。

三、原型觀測結果對比分析

1.河勢對比分析

(1)裁彎段河道穩定，達到了裁彎的目的

裁彎在試驗觀測期間，以及裁彎工程實施期間，均表現出良好的穩定性，特別是第4次觀測表明，河道是按設計的導線改道發育，并保持穩定［6］。但河道在2006年汛期，洪峰較大，工程未竣工，出現從鎖壩東端溢流現象，如圖3所示。

圖3 裁彎處河勢變化示意圖

(2)裁彎段上游河道穩定，未發現明顯變化

工程上游河勢變化較小，保持在初次河勢兩側波動，由于量小，仍按既往的河勢運行，但也表現出了向彎頂持續侵蝕的跡象。

(3)裁彎工程下游出現自然裁彎，自然裁彎后保持穩定

從裁彎工程實施的第一個汛期后，下游1.5 km處就出現了自然裁彎，由原來半徑95 m、彎深達390 m的“n”字形彎道改變為半徑357 m的圓弧形彎道;該段河道的長度則由原來的1.36 km變為現有的0.78 km，并在2007、2008年汛前后保持穩定。如圖4、圖5所示。

圖4 2008年自然裁彎處河勢示意圖

圖5 2009年6月裁彎處河勢衛星影像圖

2.沖淤斷面觀測結果分析

根據4次沖淤斷面測量成果對比圖(如圖6所示)，從河床、灘唇、河底等幾個方面，在空間數據方面，可以得出以下結論。

圖6 淤積斷面分析對比圖

1)試驗段在非汛期無淤積。通過前兩次觀測數據可以看出，每個斷面中距離相當的斷面點高程互差不超過±0.25 cm，這說明在非汛期，河道無淤積。而在河涯線附近，河坍塌位置差小于±0.1 m，高程小于±0.1 m，這說明河道主河槽未發生明顯的移動。從水邊高程可以看出，第2次觀測時水流量已是非常小了，已進入斷流期。符合試驗段的水文情況。

2)2006年汛后，試驗段在灘唇部分有明顯淤積，河底高程變低。從斷面比較圖中可以看出(如圖6所示)，在2006年汛后，試驗段在灘唇部分有明顯淤積，在0.25～44 cm之間。淤積段主要在2、5、6號斷面上，均位于主河道左邊灘唇。另外，在初次河灘低洼處也有一定淤積，反映在2號斷面上，最多處有0.09 m淤積。同時，2、3、4、5、6、7號斷面表明，主河道河底點高程在裁彎工程實施后明顯變低了，最大變化是在3、4號斷面上，河底高程變化達0.3～0.6 m。這表明裁彎挖槽后，水流速增加，輸沙功能加強［4］。

3)試驗段主河道均向“Ω”彎頂侵蝕。從對斷面位置主河道河岸線坍塌變動情況的分析可知，各個斷面均向彎頂侵蝕，而河槽整體斷面形狀未發生明顯變化。侵蝕最多達50 m，最少為19 m。統計如表2所示。

表2 斷面處彎頂侵蝕量統計表

4)試驗段主河岸在試驗期間無明顯變化。

3.鎖壩變化分析

2006年汛后對鎖壩的監測表明，鎖壩本身結構完成得好、設計合理、施工質量良好。但在鎖壩下游側河床內，由于洪水沖刷，出現了一條行洪通道，并有逐步加大的趨勢。而在汛后期，河水流量變小，沖刷能力減弱，挾沙能力下降，在壩前主河道內出現了大量淤積［3］，形成一道“副壩”，對河道改道起到一定的積極作用。

四、原型觀測分析結論

通過上面對比分析，可得出如下結論:

1)裁彎河道淤積不明顯。

除灘唇部分外，河岸部分無明顯淤積。主要是因為裁彎后，河道縱比加大，流速加大［3］;另一個原因則是下游卡爾曲尕大橋加長，過水斷面急劇加大，過流能力顯著提高，挾沙通過能力加大造成［5］。

2)河勢改變顯著，并保持穩定，特別是在下游出現了自動裁彎現象，達到了預期目的。

裁彎后，河勢按設計導線發育，并保持穩定，表明設計基本合理［6］。在裁彎處下游，由于水流方向、河岸植被和地質條件共同作用，發生了自動裁彎，達到理順河道的設計目的。

3)下游有產生新的“Ω”彎的趨勢。

4)鎖壩受洪水影響顯著，特別是下游側，出現決口，但在中水時期，則有利于壩前淤積。

受洪水及鎖壩回水影響，在下游側河灘內出現溢流拉沙，沖刷加深，從而形成行洪通道;在中水時間段內，水流受阻，在壩前形成回旋，加速了泥沙沉積，從而形成“副壩”。

五、針對塔河原型觀測的建議

針對這幾年的測量實踐與測量結果，對塔河裁彎工程河道原型觀測有如下建議:

1)加大河勢觀測頻率，汛前后須及時測量，在洪水等特殊時期要加密觀測，并且，加大淤積斷面觀測間隔，一年一次為宜。河勢觀測精度可適當降低，以±1.0 m為宜，而淤積斷面精度則要加強，斷面點相對于斷面基點以±10 mm為宜，相當于五等水準觀測精度。否則，難以反映出塔河微小的淤積量。

2)鎖壩在下游側要適當加固加長，防止決口，并要在中水期進行修復，適當引流，加快壩前淤積，鞏固裁彎成果。

3)要認真結合水文、泥沙、地質、環境專業監測量資料，對試驗段河道進行全面分析，從而探尋河道演變的規律，為塔河除害興利提供借鑒。

［1］ 周建鄭，周光奎，李明.塔里木河干流河道裁彎工程原形觀測量實施方案研究［J］.測繪通報，2007(6):14-18，42.

［2］ 周光奎，郭雁軍，王艷洲.GPS在塔里木河生態綜合治理工程中的應用［J］.人民黃河，2005，27(2):49-50.

［3］ 錢寧，萬兆惠.泥沙運動力學［M］.北京:科學出版社，1986.

［4］ 吉祖穩，胡春宏.黃河下游彎曲型河道挖河減淤機理的試驗研究［J］.泥沙研究，2001(6):21-26.

［5］ 邵學軍，王興奎.河流動力學概論［M］.北京:清華大學出版社，2005.

［6］ 熊紹隆.裁彎工程設計方法［C］∥第八屆海岸工程學術討論會論文集(下冊).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，陜西綏德人，工程師，主要從事水利工程測量工作。