塔里木河河道整治工程設(shè)計造床流量的確定

宋良群

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)一師勘測設(shè)計院，新疆阿克蘇843000)

塔里木河為寬淺式游蕩性河流，河床、河岸以粉細砂為主，抗沖能力差，加之河道坡度緩、河水含沙量大、沖刷強度大(最大沖深達11.2 m)，受汛期主流擺動頂沖河岸，致使河道兩岸、高灘大量坍塌，嚴重威脅著沿河流域灌區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)營和職工群眾的生命財產(chǎn)安全。塌岸問題已成為制約塔里木河流域灌區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展最嚴重，最緊迫的問題。

1 設(shè)計流量(設(shè)計造床流量)

設(shè)計造床流量是整治河道的重要指標之一，這一量級洪水對河灣形態(tài)的塑造所起作用最大。造床流量的選定目前在理論上尚不夠成熟，一般宜采用馬卡維也夫法、平灘流量法計算，多沙河流也可采用輸沙能力法計算造床流量。本工程受觀測資料的制約，未采用輸沙能力法計算造床流量，主要采用馬卡維也夫法、平灘流量法計算造床流量，并且又參考采用長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計算復(fù)核造床流量，經(jīng)過多種方法計算后力求使造床流量的選用比較科學(xué)合理。

1.1 馬卡維也夫法

本次將計算河段歷年所觀測的流量分成若干相等的流量級，并通過繪制Q～QmJP關(guān)系曲線圖，詳見表1及圖1，從圖中查出QmJP的最大值，相應(yīng)于此最大值的流量Q即為造床流量。其中:

Q為所劃分的各級流量平均值;J為各級流量的相應(yīng)比降;本河道洪水波峰高度不大，沿河道向下傳遞所產(chǎn)生的附加比降影響甚微，加上河床漲沖落淤時水位變化抵消了附加比降所產(chǎn)生的影響，河道汛期實測同流量情況下，落洪水位低于漲洪水位，水位流量關(guān)系曲線呈順時針方向繩套形狀。所以，洪水期各級流量的比降變化不大，可統(tǒng)一取1/4600。

P為各級流量出現(xiàn)的頻率;M為平原河流一般可取2。

圖1 塔里木河阿拉爾站Q～Qm JP關(guān)系曲線圖

表1 Qm JP值計算表

根據(jù)馬卡維也夫法計算出阿拉爾造床流量為1 200 m3/s。

1.2 平灘流量法

本次收集到塔里木河阿拉爾站2010年8月2日、2011年9月3日汛期實測大斷面，見圖2、圖3，確定出平灘水位，計算出該高程下河道斷面水力要素后，根據(jù)下式計算出相應(yīng)平灘流量。

式中:n為河道的粗糙系數(shù)，阿拉爾站根據(jù)多年實測經(jīng)驗推薦取0.020;A為平灘水位時過洪斷面面積;R為平灘水位時斷面水力半徑;J為實測水面縱坡，為1/4600;Q為洪峰流量。

圖2 塔里木河阿拉爾站實測大斷面圖(2010年8月2日)

圖3 塔里木河阿拉爾站實測大斷面圖(2011年9月3日)

經(jīng)計算，根據(jù)阿拉爾站2010年8月2日汛期實測大斷面計算出的平灘流量為1 030 m3/s，根據(jù)阿拉爾站2011年9月3日汛期實測大斷面計算出的平灘流量為1 260 m3/s。

另外，2007年10月，黃河勘測規(guī)劃設(shè)計公司和塔里木河流域管理局采用大量的實測調(diào)查資料，對塔河干流阿拉爾水文站測流斷面主槽過流能力進行了綜合分析計算，主槽過流能力在700～1 200 m3/s，可以用來作為判定控制造床流量變化范圍的尺度。

同時根據(jù)農(nóng)一師設(shè)計院崔兆充編寫的《塔里木河上游段河道形態(tài)初步分析》對阿拉爾水文站多年汛期測流斷面的水位～流量關(guān)系進行分析后也可以總結(jié)出，河道漲洪時的平灘流量約為1 000 m3/s左右，河道落洪時的平灘流量為1 200～1 300 m3/s。

1.3 長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)

我國20世紀50年代在引進人工彎道式引水渠首時，采用蘇聯(lián)阿爾圖寧的經(jīng)驗公式計算穩(wěn)定河寬，其設(shè)計造床流量，建議按50% ～100%頻率的洪水流量計算，并且在1 a內(nèi)的歷時，不應(yīng)＜20～30 d。同時根據(jù)《黃河下游游蕩性河段河勢演變規(guī)律及機理研究》中所述，“采用平灘流量和年最大流量的多年平均值來和河灣形態(tài)建立聯(lián)系并不是最合理的，對于河灣形態(tài)的塑造來說，起作用更大的應(yīng)該是較平攤流量為小的流量。以采用年平均流量或出現(xiàn)最大洪峰月份的月平均流量時相關(guān)最好”。因此，本次參考采用長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計算復(fù)核造床流量。

根據(jù)阿拉爾水文站1957—2009年汛期(7—9月)平均流量資料(缺1972年、2001—2004年資料)，計算出阿拉爾造床流量為1 097 m3/s，見表2。

表2 阿拉爾水文站汛期(7—9月)平均流量統(tǒng)計表

根據(jù)馬卡維也夫法、平灘流量法、長江科學(xué)院羅敏遜法(汛期平均流量法)計算出的造床流量成果匯總見表3。

表3 塔里木河阿拉爾站斷面造床流量計算成果表

因此，通過上述綜合分析比較，本次設(shè)計采用Q=1000 m3/s作為設(shè)計造床流量較為合適。

2 結(jié)論

本次通過理論計算求得了河道整治流路主要設(shè)計參數(shù)，根據(jù)設(shè)計參數(shù)即可進行河道整治工程的布置。

［1］水利水電規(guī)劃化設(shè)計總院.GB50286—98《堤防工程設(shè)計規(guī)范》［S］.北京:中國計劃出版社，1998.

［2］水利水電規(guī)劃化設(shè)計總院.GB50201—94《防洪標準》［S］北京:中國水利水電出版社，1995.

［3］阿克蘇.塔里木河新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)一師阿拉爾段(25+000～108+000段)河道治理工程可行性研究報告［R］.阿克蘇:新疆農(nóng)師勘測設(shè)計院，2012.