庫爾楚河塔什店8號溝河道演變分析

魏 娟

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000）

1 概況

庫爾楚河塔什店8號溝位于巴州庫爾勒市塔什店鎮(zhèn)境內(nèi)，流域海拔在1300 m～1050 m之間，地勢為西北高東南低，山洪溝多為枝狀和梳狀溝谷，是一條以降雨水為補(bǔ)給來源的季節(jié)性山洪溝，從河源至山洪溝泄洪洼地河長11.8 km，其中，218國道以北各洪溝匯集口以上河長9.5 km。整個8號溝流域面積達(dá)28.99 km2，其中，218國道以北各洪溝匯集口以上集水面積達(dá)28.24 km2、山洪溝泄洪洼地面積達(dá)0.75 km2。

2001~2003年期間，塔什店鎮(zhèn)政府通過防洪改造，在8號溝西支溝口修建攔洪堤，將西支洪溝的洪水通過攔洪堤和泄洪渠疏導(dǎo)至下游，與東支山洪溝匯合，匯合后的洪水沿8號溝河道流至孔雀河北岸的泄洪洼地。經(jīng)實(shí)地勘察，2009年新建磚廠在8號溝東支溝口和溝口以上300 m處修建攔洪堤，將東支的洪水通過攔洪堤和泄洪渠，疏導(dǎo)至西支洪溝的泄洪渠中。現(xiàn)東、西兩支山洪溝的匯合口在原匯合口上游1.5 km處。現(xiàn)規(guī)劃在 8 號溝右岸 （K0+000～K0+27.3）、（K0+339～K1+376.4）段修建1.065 km堤防，設(shè)計整治河寬為現(xiàn)狀河寬，寬31～55 m。右岸（K0+27.3～K0+339)、(K1+376.4～K2+392)段長 1.3273 km。為加固、擴(kuò)建堤防工程，堤線沿現(xiàn)狀老堤布置，設(shè)計整治河寬22～37 m。為確保工程順利建設(shè)，需對該段河道進(jìn)行演變分析。

2 塔什店8號溝水文特性

2.1 降水、蒸發(fā)特征

塔什店鎮(zhèn)屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，多年平均氣溫11.2℃，多年平均降水量74.8 mm，降水量年際變化大，年最大降水量達(dá)165.6 mm，年最小降水量為17.0 mm，多年一日最大降水量42.6 mm。流域內(nèi)降水量的垂直地帶性變化不大，山區(qū)降水量略大于平原區(qū)。年平均蒸發(fā)量2070 mm（20 cm蒸發(fā)器觀測值），蒸發(fā)的時空變化規(guī)律與氣溫相同，最大年蒸發(fā)量與最小年蒸發(fā)量之比為2.2。

2.2 洪水特性

塔什店鎮(zhèn)8號溝山體較低，流域最高海拔僅有1260 m，沒有永久性冰川和積雪。流域區(qū)地下水位低，不能補(bǔ)給洪溝。當(dāng)降雨強(qiáng)度小時，降水全部滲入地下，因此，8號溝大多時段干枯無水，只有在降雨強(qiáng)度較大時溝內(nèi)才會有洪水匯集，所以塔什店鎮(zhèn)8號溝洪水類型屬于典型的暴雨型洪水。

3 塔什店鎮(zhèn)洪水分析

3.1 洪水調(diào)查成果

塔什店鎮(zhèn)8號溝屬無水文資料區(qū)。2017年4月對塔什店鎮(zhèn)8號溝2016年8月發(fā)生的歷史最大洪水進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查位置分別位于8-1、8-2、8-3和8-8號溝出山口附近。各調(diào)查河段的左、右岸為土戈壁砂礫石河岸，河床均由砂、石組成，河床中遍布直徑約2～10 cm左右的卵石。調(diào)查河段洪峰流量計算采用曼寧公式計算，8號溝出山口處洪水調(diào)查成果一覽表1。

3.2 洪水調(diào)查成果分析

本次調(diào)查河段均盡可能選取橫比降較小的順直段，大斷面及洪痕采用毫米級RTK測量，高程為北京54平面坐標(biāo)系高程。為保證洪痕判斷的準(zhǔn)確性，均以具有漂浮物殘存或清晰水蝕岸坎為依據(jù)，在左右兩岸選取1~2個洪痕位置進(jìn)行測量。因本次調(diào)查洪水發(fā)生日期為2013年8月23日，距洪水調(diào)查日期較近，洪痕清晰可見，河段內(nèi)洪水水面線侵蝕岸坎上下游連續(xù)，有跡可循，故洪調(diào)成果比較可靠。

表1 8號溝出山口處洪水調(diào)查成果一覽表

3.3 8號防洪工程處設(shè)計洪峰計算

受資料條件之限，采用“洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法”，推求工程處設(shè)計洪峰流量，公式如下：

式中：QP為設(shè)計洪峰流量，m3/s；KP為設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量，m3/s；Kd為調(diào)查洪峰流量模比系數(shù)。

分別選用大山口、黃水溝、克爾古提、迪那河水文站作為模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法的參證站。采用以上參證站的實(shí)測洪峰流量樣本，按照連續(xù)系列，編制洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線，據(jù)此求得不同頻率下的KP值。根據(jù)2003年發(fā)生洪水的重現(xiàn)期（23年），選用8號溝東、西支出溝口和洼地前端泄洪渠上2003年洪水調(diào)查值 (分別為10.1 m3/s、14.8 m3/s和18.0 m3/s)，2003年洪水的洪峰模比系數(shù)Kp值（3.32）是通過重現(xiàn)期和洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線上反查出來，來推求8號溝東、西支出溝口和洼地前端泄洪渠上設(shè)計洪峰流量，見表2。

表2 根據(jù)2003年洪水重現(xiàn)期計算工程處的設(shè)計洪峰流量

4 泥沙特性分析

4.1 參證站泥沙特征

塔什店鎮(zhèn)8號溝流域無實(shí)測泥沙資料。河流泥沙主要來自暴雨洪水對表面土壤的侵蝕以及河槽本身的沖刷。因迪那河與塔什店鎮(zhèn)8號溝同發(fā)源于天山南坡，流域的氣候、水資源特征、地質(zhì)地貌、植被、流向等相類似，本次采用迪那河水文站作為8號溝泥沙分析的參證站。

迪那河站以上流域，植被覆蓋程度較底，山勢崎嶇陡峻，匯流坡降大。尤其在中低山帶流域地表光禿，巖石分化嚴(yán)重。為暴雨及融雪洪水提供了充分的物質(zhì)條件和動力條件，成為產(chǎn)沙能力較大的河流。其集水面積1615 km2，多年平均徑流量 3.484×108m3，多年平均輸沙量 275×104t，多年平均侵蝕模數(shù)1718 t/km2，最大年輸沙量766×104t，最小年輸沙量 101×104t。

4.2 塔什店鎮(zhèn)8號溝出山口多年平均輸沙量計算

塔什店鎮(zhèn)8號溝是一條間歇性的山洪溝，只在降暴雨的情況下才會發(fā)生洪水，且洪水持續(xù)時間不超過一天。由于塔什店鎮(zhèn)8號溝無實(shí)測泥沙資料，在估算輸沙量時，采用參證站迪那河水文站1971～1993年最大一日平均輸沙率資料推算。用迪那河歷年最大一日平均輸沙率資料進(jìn)行頻率計算，推求迪那河2.00%與5.00%的設(shè)計最大一日平均輸沙率及其輸沙模數(shù)，頻率曲線和設(shè)計成果，見圖1、表3。

圖1 迪那河站最大一日平均輸沙率頻率曲線

表3 迪那河站設(shè)計最大一日輸沙率成果表

根據(jù)迪那河2.0%與5.0%的設(shè)計最大一日平均輸沙率，計算得其對應(yīng)的設(shè)計最大一日輸沙模數(shù)分別為2894 t/km2和2012 t/km2，直接移用迪那河設(shè)計最大一日輸沙模數(shù)作為塔什店鎮(zhèn)8號溝的設(shè)計輸沙模數(shù)，將選用參數(shù)代入公式：

式中：Ws為設(shè)計最大一日懸移質(zhì)輸沙量，t；F為8號溝集水面積，km2；Ms為參證站設(shè)計最大一日懸移質(zhì)輸沙模數(shù)，t/km2。

推算得塔什店鎮(zhèn)8號溝東、西支2.00%的設(shè)計最大一日懸移質(zhì)輸沙量分別為 2.859×104t和 4.022×104t；與5.00%的設(shè)計最大一日懸移質(zhì)輸沙量分別為1.988×104t和 2.797×104t。

4.3 流域輸沙量沿程變化

塔什店鎮(zhèn)8號溝平時無水，河道中的泥沙主要來自于洪水。由于塔什店鎮(zhèn)8號溝流域匯流坡降與河道坡降較大，流域匯流時沖刷能力強(qiáng)，在水動力條件充沛時，洪水中的泥沙含量較大。根據(jù)洪水調(diào)查時實(shí)地踏勘，塔什店鎮(zhèn)8號溝東、西支出溝口處河床質(zhì)多由砂石組成，且出山口處的沖刷明顯。在出溝口以下河段，河床質(zhì)多由戈壁砂石組成，工程區(qū)域內(nèi)又是人工泄洪渠，水流較集中，水流挾沙能力較大。

5 規(guī)劃河段河床演變

造成河道改道、河床沖淤變化的主要原因是洪水對河床的沖刷和洪水中泥沙的淤積，根據(jù)塔什店鎮(zhèn)8號溝不同年代洪水調(diào)查資料，和各次洪水調(diào)查時河段實(shí)地踏勘情況記錄，以及搜集的近期衛(wèi)星圖片，對河段河床歷史演變情況進(jìn)行對比分析。

5.1 塔什店鎮(zhèn)8號溝西支出山口至東、西支匯合口河段

根據(jù)不同時期洪水調(diào)查資料對比分析，和實(shí)地踏勘情況來看，該工程河段的河道受地形的約束，形成下切的河溝，河床寬度在40～50 m之間，多為順直的矩形河槽，兩邊河岸高1.5～3 m，河床底部平坦，局部最大沖刷深度達(dá)0.5m，局部淤積高度達(dá)0.3 m。每次洪水前后河道內(nèi)沖淤變化不明顯，從河床總的變化趨勢來看，呈逐漸下切的趨勢，出山口附近沒有形成階地，河床深切洪積扇沉積層中。

5.2 塔什店鎮(zhèn)8號溝東、西支匯合口以下河段

此段河道，水流沿山前洪積扇向下流動，在東、西支匯合口以下下切的河溝，受人類活動影響較大，河床寬度在30～40 m之間，多為順直的矩形河槽，兩邊河岸高2～4 m，河床底部平坦，局部最大沖刷深度達(dá)0.2 m。河道中無明顯的泥沙堆積。

6 結(jié)語

由于無水文監(jiān)測資料，使得塔什店鎮(zhèn)8號溝防洪工程處的河道情況不明。文章通過分析河道分文特性，采用洪水調(diào)查法和和模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，求得工程處不同頻率下的洪水。采用參證站，求得工程處輸沙情況。經(jīng)過對各方面綜合情況進(jìn)行分析，洪水對河床變化情況影響不大。東西支匯合口河段處于下切的趨勢，東西支匯合口以下河段河道穩(wěn)定。不會對防洪工程建設(shè)造成影響。