庫山河洪災成因及防洪工程治理方案研究

2022-06-22 05:54:36王斌

水利科技與經濟 2022年6期

王斌

(新疆疆南水利勘測設計研究院有限責任公司，新疆喀什 844000)

1 概述

洪水是影響城鎮發展建設的常見的自然災害，危害較大。為了提高河道防洪能力，保障沿線居民安全，采用防洪治理工程建設是十分必要的[1-4]。

庫山河是喀什噶爾河水系的第三大河，全長157 km，其中山區河段長108 km。流域水系呈羽狀，控制流域面積為2 169.0 km2。

2 流域洪災成因及影響

2.1 洪災成因

冰川融水、汛期暴雨是導致庫山河洪水的主要原因。庫山河流域洪水主要分為融雪型、暴雨型以及混合型。在冬季，庫山河流域常見冰凌洪水。

導致庫山河流域洪水的因素眾多，且不同因素影響程度也不盡相同。庫山河上游在持續的高溫天氣下，冰川、冰雪消融，從而形成融雪型洪水。在冬季，庫山河常見冰凌洪水，洪水歷時不長，洪峰流量不大。冰凌洪水是冰壩潰決后造成的，其形成和運移復雜。據沙曼站實測資料，1981年12月曾發生105 m3/s的冰凌洪水。

2.2 洪災影響

1999年洪水是一場全流域性洪水，其中庫山河沙曼洪水流量達689 m3/s，是1999年以前歷史最大洪峰流量的兩倍，洪水持續12 h，接近100年一遇。此次洪水沖毀木華里防洪壩2 km，勝利大渠防洪壩2 km，英吉沙縣縣級水利工程設施勝利大渠5 km，木華里引水2 km及勝利大渠過洪渡槽3座，直接損失2 814.6萬元，阿克陶縣和疏勒縣的防洪堤多次出現決口，水毀皮拉勒防洪堤2 km，苗圃大橋再次被沖毀，水淹耕地193.333 hm2、民房受損29間，造成16間民房成危房。

3 河道演變及整治寬度確定

3.1 河道演變過程

庫山河自木華里出山口以后，特別是流經奧吐魯克以后，河床兩岸無束縛，河床加寬，縱坡減緩。出山口至奧吐魯克為第一段，全長11 km。地貌上屬庫山河沖洪積扇的中上部，兩岸發育有高階地，地下水埋深在3.5～4.5 m之間。河道自奧吐魯克至巴仁鄉伊郎伽依大橋為第二段，全長17 km。地貌上為庫山河沖洪積扇的中下部，地形變化較大，高階地逐漸消失，兩岸發育著Ⅰ～Ⅲ級階地，河道呈沖刷下切趨勢，主流不穩定，左右擺動，河彎處沖刷河岸嚴重。河道從巴仁鄉伊郎伽依大橋至阿克陶大橋約6 km，此段河岸逐漸開闊。阿克陶大橋至庫木克薩閘以下河道基本上渠道化，庫山河在該段流向東，河床蜿蜒曲折，地形起伏，階地不明顯，沿河兩岸耕地和荒地相間分布，個別地段被風成沙所掩蓋，形成了沙丘地貌。

依據1999年洪水調查所看到的情況認為：庫山河出山口以后河床變化很大，特別是從木華里渠首以下0.5 km至奧圖魯克閘口一段，河槽寬在500～1 000 m左右，有些河段超過1 000 m，河段彎曲蜿蜒，河床系卵石組成，粒徑在30～50 cm之間，有分流、串溝、灘地，河床系游蕩型。大洪水時(如1999年洪水)左岸為主流，沖刷、淤積都比較大。奧圖魯克閘口以下，左岸采用鉛絲籠護壩束窄了河床，1999年大洪水時，在奧吐魯克以下2 km河段，左岸護堤被沖毀，洪水直向左岸巴仁鄉流去。庫山河到阿克陶縣依浪加依橋，河床已開始變窄，河床質已看不到卵石，系粗沙組成，河槽較穩定。從皮拉里鄉1村開始，至下游庫木克薩閘口，長達10 km以上，與上游相比，庫山河已面目全非，完全變成另外模樣；兩岸為土堤，U形或梯形河槽，像人工渠道一樣，河道縱坡，水面比降都變緩，河床系砂泥組成，河面寬約30 m，沖淤變化不大。

庫山河在康帕干渠至奧吐魯克引洪樞紐段匯入處的河段岸線變化較大，左側河道岸線向河槽推進 50～450 m 之間，其余河段岸線呈平穩發展。工程防洪段為庫山河的末端，通過調查，庫木克薩閘口上游約5 km段為自西向東基本順直的河段，多年基本無變化，故本次工程段河床的演變和發展趨勢為繼續保持現狀。

3.2 穩定河寬確定

采用阿爾圖寧公式計算穩定河寬，計算方法如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B為穩定河段水面寬度，m；A為穩定河寬系數；Q為造床流量，m3/s；J為河床比降。

針對庫山河的實際情況，結合《喀什噶爾河流域防洪規劃》中穩定河寬系數A的取值(木華里至伊朗加依大橋河段，系數A取3.5；伊朗加依大橋至庫木克薩閘河段系數A選取3.2)，本次工程位于庫山河末端，取系數A為3.2(與喀什噶爾河流域防洪規劃中取值一致)。

造床流量取值：天造床流量按49 m3/s進行計算。

河床比降：本次工程0+000～1+215段平均比降為0.001 34。

依據式(1)，帶入相關參數后，本次工程所在河段穩定河寬成果見表1。

表1 庫山河末端1.215 km段穩定河寬

庫山河末端1.215 km段現狀河寬為20～35 m。根據2002～2021年的衛星歷史影像，庫山河末端1.215 km即本次工程0+000～1+215段的河道寬度從2002～2021年基本無變化，河寬為20～35 m。

4 河道防洪方案比選

4.1 堤頂高程

工程場址處的10年一遇洪峰流量為78 m3/s，河床糙率n=0.035。根據動能公式，水面線計算結果見表2。

表2 設計水面線成果表(P=10%)

根據本次工程設計洪水水面線成果，可知堤頂高程：首端0+000處堤頂為1 291.93 m，末端1+215處堤頂為1 290.30 m。

4.2 沖刷粒徑

在水流作用下，防護工程護坡、護腳卵石保持穩定的抗沖粒徑(折算粒徑)可按下式計算：

(2)

(3)

式中：d為折算粒徑，m；W為石塊重量，kN；V為流速，m/s，1.78 m/s；g為重力加速度，m/s2；C為石塊運動系數；rs、r為石塊、水的容重，kN/m3。

經計算，d=0.246 m。

W=0.121 kN，為12.33 kg

本工程護坡采用雷諾護墊、底部采用雷諾護墊，厚度均為0.3 m，滿足要求。

4.3 方案比選

根據防洪段實際情況，擬定以下兩種方案進行比較：

方案一：左右岸雷諾護墊護坡+雷諾護墊底部的防護型式，斷面為梯形，高度3.9 m，堤頂寬度4.0 m。全段迎水面邊坡為1∶3，背水面邊坡為1∶2.5，背水面為素土夯實；迎水面采用厚30 cm雷諾護墊防護。每隔100 m橫向設置一道格賓石籠隔墻，隔墻寬60 cm，厚60 cm。方案一左右岸護岸各長1.215 km，共長2.43 km，單公里建筑工程投資422.63萬元。見圖1。

圖1 方案一橫斷面圖

方案二：左右岸現澆砼板護坡+現澆砼板鋪底的防護型式，斷面為梯形，高度3.9 m，堤頂寬度4.0 m。全段迎水面邊坡為1∶2.5，背水面邊坡為1∶2.5，背水面為素土夯實；迎水面采用厚15 cm的梯形全斷面現澆砼板防護，下設厚400 mm砂礫石墊層。每隔100 m橫向設置一道現澆砼隔墻，隔墻寬60 cm，厚60 cm。方案二左右岸護岸各長1.215 km，共長2.43 km，單公里建筑工程投資484.13萬元。見圖2。