新疆中小河流岸线边界划定方法研究

谢 蕾，刘生云，2，毛远辉

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆乌鲁木齐 830000；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450000)

1 概述

随着自治区城市化进程的加快，沿河湖开发活动和临水建筑物日益增多，特别是河湖长制的全面推行[1]，部分地州对河流(湖泊)岸线利用的需求及河道管理的要求逐步提高[2，3]，需要统筹协调经济社会发展和相关行业部门对岸线保护利用的要求与需求，划定岸线各功能区。新疆对河道岸线利用的主要探索成果有轧文倩，赵健等(2008)提出了对河道岸线的利用管理建议[4]；徐仁(2010)研究了巴州开都河岸线功能区[5]、吴雪枫(2019)研究昌吉市三屯河流域各区段的岸线管理范围[6]等。以上成果均是对岸线开发利用现状、管理经验和存在问题进行总结，对河流(湖泊)岸线功能进行了分析，但对岸线边界线如何划定没有详细研究。

2019年3月按照水利部办公厅关于河湖岸线保护与利用规划编制指南(办河湖函〔2019〕394号，以下简称“编制指南”)明确了岸线保护与利用规划编制的核心工作是确定岸线边界线。根据目前新疆河道岸线规划编制情况看，初步成果普遍未能很好结合各河道特点，对岸线划定的关键不能较好把握，较多河流岸线规划成果不尽合理，具体表现在缺乏对河势演变特性、岸线稳定性等分析；对临水边界线划定采用的造床流量的概念理解不深，多是直接采用某一频率(如五年一遇)洪峰流量，有的甚至简单认为是设防流量的一半；普遍缺少设计洪水水面线计算成果，较多采用很早前完成的防洪规划确定的稳定河宽计算成果……，这些问题导致划定的岸线控制线成果不合理，地方政府有关部门对岸线控制线提出较多意见，将直接影响下一步河道管理范围的确权划界工作。

因此根据新疆中小河流特点，按照“编制指南”和有关规范要求，研究提出新疆中小河流岸线边界线确定的方法，对加快岸线保护与利用规划编制，推进河道确权划界，保障岸线保护与利用管理工作顺利开展十分必要。

2 新疆河流基本情况

2.1 河流概况

新疆境内河流众多，据不完全统计全疆共有大小河流3355条，县级以上管辖的河流共有1955条。其中巴州、和田两地河流条数占全疆县以上管辖条数的49%。伊犁州、阿勒泰、克州和喀什四地河流条数仅占20%，但径流量占54%，由此可见流量相对较大的河流分布在新疆西北部，东南部则多小河。

除额尔齐斯河外，新疆的河流均为内陆河，河流大多散失于灌区或荒漠，少数在低洼地形成湖泊；河道形态“虎头蛇尾”，即上游山区段，峡谷深切，支流众多，水量充盈；出山口后河道摆动幅度大，加之经济社会用水增加，河流水量急剧减少，变成涓涓细流甚至断流变成季节性河流。大多数河流径流年内分布极不均匀，夏季径流集中下泄，冬季河道结冰断流。洪水类型多为融雪型洪水和冰川融水，洪水主要集中在夏季，洪水峰高量小，来势猛。特别是南疆河流大多含沙量大，加上河道比降大，造成的洪水泥沙灾害主要表现为滩岸冲刷，局部存在洪水淹没。因此新疆中小河流河道整治主要以防洪、控制河势为主，兼有灌溉、供水、生态保护等要求。充分认识新疆中小河流洪水特性及河道特点，针对性收集设计洪水、河道平面与横断面图，为岸线划定奠定基础。

2.2 中小河流治理情况

新疆中小河流特别是城市河段，如天山北坡中段诸河、艾比湖水系、和田河流域等人口稠密、土地资源紧缺地区，河道两侧和湖泊周边岸线的利用程度较高。由于河流(湖泊)岸线范围不明，功能界定不清，河道管理缺乏依据，部分河段岸线开发无序或过度开发，对河道(湖泊)行洪蓄洪带来不利影响，同时河流生态环境遭到破坏。2009年以来，随着全国中小河流治理的开展，新疆实施了重点地区中小河流近期治理，编制了330条流域面积200～3000km2的河流，及叶尔羌河、阿克苏河、和田河等13条流域面积3000km2以上河流的防洪规划或综合治理规划及防洪整体可研等。截止到2019年6月，共完成200余条流域面积200～3000km2的中小河流治理项目406个，治理河长6500km；除提孜那甫河外，流域面积3000km2以上河流已完成项目治理183个，修建堤防(护岸)719km。已完成的防洪规划、流域综合规划以及已实施的各类防洪治理工程，为岸线划定提供了依据。

3 计算方法

岸线边界线划定是岸线规划工作中的重点内容。岸线边界线分为临水边界线和外缘边界线，其中临水边界线是根据稳定河势、保障河道行洪安全和维护河流湖泊生态等基本要求，在河流沿岸临水一侧顺水流方向或湖泊(水库)沿岸周边临水一侧划定的岸线带区内边界线。临水边界线划定涉及因素多，技术难度大，是岸线规划工作的关键。

按照“编制指南”，结合新疆河流的特点，临水边界线划定有三种方法，分别是①以治导线或整治方案线(一般为中水整治线)为划分依据；②平原河道以造床流量或平滩流量对应的水位与陆域的交线或滩槽分界线为依据；③山区性河道以防洪设计洪水位与陆域的交线为依据。因此临水边界线划定主要涉及设计洪水位计算、造床流量和治导线确定等内容。

3.1 设计洪水位计算方法

3.1.1水力学计算方法

设计水面线推求采用水力学法，可按照忽略局部水头损失的伯努利方程[7]，先采用曼宁公式推求水面线的起始水位，再采用逐段试算法，自河道最下游断面逐个向上游推算，计算方程如下：

(1)

式中，Z上、Z下—上、下游断面的水位，m；V上、V下—上、下游断面的流速，m/s；α—动能修正系数，取1；hy—沿程水头损失，m。

其中，

(2)

其中，

Q=AR2/3J1/2/n

(3)

式中，J—水面比降；其它参数同前。

3.1.2水面线计算需考虑的因素

在计算河道的设计水面线时，应采用实测的地形断面(断面形态、河底高程)。结合河道地形特点，河床及岸壁组成、河道两岸植被生长情况、河道治理情况，综合考虑选取河道糙率。对于南疆部分淤积严重的河流(段)，还要考虑泥沙淤积对设计水位的影响。

对近年来防洪规划得到批复的河流，设计洪水位可直接采用规划成果。考虑到新疆较多河流防洪规划编制时间已久，随着近年来上中游防洪工程实施，需要对设计洪水开展必要的复核工作，分析研究设计洪水位变化情况。如和田河东支玉龙喀什河需要考虑玉龙喀什水利枢纽建设后河段洪峰流量的变化情况。

3.2 造床流量计算方法

按照有关规范，结合新疆融雪型河流特点[8]，造床流量采用平滩流量法、马卡维也夫法计算。平滩流量是指某一断面的水位与滩唇齐平时该断面所通过的流量，可以通过水位流量关系确定，平滩流量随来水来沙条件和断面形态的变化而变化。

马卡维也夫法通过造床强度和历时进行计算。造床强度与水流输沙率有关，而输沙率与Qm及比降J的乘积成正比，历时可用流量出现的频率P表示。因此，当Qm·J·P值最大时对应流量即为造床流量，即Q造为Max(Qm·J·P)对应的Q值。其中Q为各级流量的平均值，m3/s；J为各级流量相应的比降；P为各级流量出现的频率；m为经验值，一般取2。

根据水文站汛期实测流量及相应河道比降，分析点绘Q-Qm·J·P相关关系，即可得到相应水文站断面造床流量。为验证按照上述公式计算结果的合理性，通常采用其他公式进行验证，如长江科学院罗敏逊法等[9]。

3.3 治导线及整治河宽计算公式

新疆中小河流治理规划普遍采用阿尔图宁公式确定治导线，岸线规划编制时整治河宽可采用该方法计算复核。阿尔图宁公式如下：

B=AQ0.5/J0.2

(4)

式中，B—稳定水流宽度，m；A—系数；Q—造床流量，m3/s；J—河道平均纵坡。

系数A与滩岸或河岸土质有关，根据不同河流弯曲或游荡特征，参考国内有关河流治理经验及新疆和田玉龙喀什河实测资料，系数A在1～5范围内选取。

在上述计算成果的基础上，按照规范要求，进行治导线绘制，并根据治导线绘制成果，结合河势变化情况，初定临水线。

4 应用实例

新疆河流的特点是上游为山区河道，中下游出山口以下为平原河道，因此设计洪水位和造床流量或平滩流量的计算是临水线划定基础和关键的工作。以和田河为例，选取两个典型断面进行分析，分别是断面1-玉龙喀什河与喀拉喀什河汇合口断面，断面2-肖塔断面附近断面，距离上游断面1大约268km，并采用马卡维也夫法和平滩流量法计算干流河段造床流量。

4.1 水面线计算成果

利用水力学法计算由和田河干流下游往上游推算，根据断面情况，受篇幅限制，曼宁公式糙率取0.015，计算和田河干流河道平均比降为0.0006。计算沿程各断面水位并绘制水面线，水力学计算成果详见表1。

表1 玉龙喀什水利枢纽建成后和田河典型断面水面线成果表

4.2 临水线确定

4.2.1造床流量的确定

(1)马卡维也夫法。断面1以和田河艾格利亚水文站、吐直鲁克水文站2006—2014年逐日平均流量，断面2以肖塔水文站2006—2014年逐日平均流量作为计算基础系列，并以每50m3/s对出现频次进行分级统计[10]，两个典型断面频率统计成果见表2。

流量指数m的确定。参考玉龙喀什河同古孜洛克水文站径流、泥沙均相对较大的1978年、1980年和2005年逐日流量、输沙率系列，绘制流量-输沙率双对数关系曲线，取斜率m为2.38。

依据前述确定的各参数，计算各分级平均流量下的QmPJ值，并分别绘布和田河上、下游代表断面的Q-QmPJ关系曲线，QmPJ值的最大值对应的流量，即为和田间上、下游代表断面处的造床流量。和田河干流断面1、2处的造床流量分别为475m3/s、425m3/s。

(2)平滩流量法

结合实测大断面选取河道平均糙率为0.015，河道比降为0.0006，采用曼宁公式法计算断面1、断面2处的平滩流量，并计算其相应的水位，其中断面1以1205.66m为平滩水位，相应平滩流量为458m3/s；断面2以1036.64m为平滩水位，计算得平滩流量为413m3/s，断面1和断面2大断面图和平滩流量对应水位关系如图1所示。

(3)方案推荐

对比分析马卡维耶夫法、平滩流量法计算造床流量结果，两者差别不大。由于和田河下游河床宽度200～2500m之间不等，滩槽不明显，确定平滩水位有较多不确定影响因素，特别是人为因素，且水位流量关系急陡(如图2断面2)，流量对水位变化的敏感度极高，相对误差较大；马卡维也夫法相对采用资料准确，考虑了多种因素，因此综合分析，推荐采用马卡维也夫法的计算成果，即断面1-上游两河汇合口断面处造床流量为475m3/s，下游断面2-肖塔断面处造床流量为425m3/s。

表2 和田河干流断面1和断面2分级平均流量及对应频率成果表

图1 断面1和断面2实测横断面及平滩流量图

4.2.2初步划定临水边界线

(1)以治导线为标准

对已完成防洪规划制定治导线或有整治方案(一般为中水整治线)的河流，按照“编制指南”规定，以治导线或整治方案线作为临水边界线的划分依据。但考虑新疆部分中小河流防洪规划编制时间较早，在新一轮岸线规划工作中需要结合GB 50707—2011《河道整治设计规范》，对治导线或整治方案成果进行复核；另有部分河流出山口以下平原河道没有制订治导线，则应计算造床流量，采用水力学计算法确定其对应水位及整治河宽为依据，并采用阿尔图宁公式进行复核，划定临水线，如公式4。

图2 同古孜洛克站、肖塔水文站不同年份横断面套绘图

以和田河为例，阿尔图宁公式中，A为稳定河宽系数，越大河岸越不稳定，游荡型河道A=2.23～5.41，考虑和田河干流属于游荡河流的实际情况，取A=5.41。结合上节造床流量等参数，计算得断面1稳定河宽为520m，断面2稳定河宽为492m。

(2)平原河道以造床流量或平滩流量对应整治河宽确定

“编制指南”提出平原河道以造床流量或平滩流量对应的水位与陆域的交线或滩槽分界线初定临水边界线。新疆境内一些中小河流出山后进入平原，河道冲淤变化不大，滩槽不明显，宜采用造床流量水位与陆域交线确定，造床流量[11]及其对应水位的计算方法同上。对于有明显滩槽界限的中小河流，可直接采用滩槽分界线初定临水边界线。

4.2.3利用河道演变分析复核临水边界线

除山区性河道采用设计洪水位与陆域的交线确定临水线外，依据4.2.3节治导线或造床流量、平滩流量对应的水位与陆域交线作为临水线的情况，可能存在宽度偏于保守的问题，因此需要根据河道演变特性与河势稳定性分析，在判断岸线的稳定性[12]基础上才能最终划定临水线，因此上述确定的临水线只是初定的结果。

河道演变及河势稳定性分析，主要是根据以往大断面测量、建设项目洪水影响评价、近年来中小河流治理成果等，收集历年河道大断面图、历年河势图，并开展必要的大断面测量，把横断面图、河势图进行套绘，分析河道深泓线、滩岸的平面变化，如图2玉龙喀什河同古孜洛克水文站、和田河肖塔站等横断面套绘图，可以看出平原河段比山区河段淤积变化明显，但河势平面摆动变化不大。结合河道地质资料，在对河床边界条件进行分析的同时，分析河岸的稳定性，考虑已建、拟建河道整治工程情况，及数学模型计算成果，预估今后的河势变化趋势[13-14]，然后按照临水线初定结果，综合分析划定临水线。

新疆中小河流河道演变分析大多可以简化。对于出山口以上山区性河道，河床相对稳定，可根据收集的河道地形图、历年卫星影像等简单分析；对于塔里木河干流[15-16]以及阿克苏河、叶尔羌河部分河势摆动冲淤变化较大的河流、河段，河道断面、地形资料相对丰富，可在大断面套绘、主流线套绘图分析基础上，必要时结合数学模型计算，分析河床演变特点，预测河势变化趋势。

4.3 外缘线划定

外缘控制线是根据河流湖泊岸线管理保护、维护河流功能等管控要求，在河流沿岸陆域一侧或湖泊(水库)沿岸周边陆域一侧划定的岸线带区外边界线。按照“编制指南”，对有堤防工程的河段，可采用已划定的堤防工程管理范围的外缘线，其中管理范围根据堤防级别，按照相关规范确定。

新疆较多中小河流出山口后特别是尾闾河段一般无堤防工程，按照“编制指南”，对这些河段，除根据设计洪水位与岸边的交界线划定外，也可以结合河流具体情况，根据已核定的历史最高洪水位划定。

对目前无堤防但已规划修建防洪工程、水资源利用与保护工程、生态环境保护工程的河段，根据工程建设规划要求[17]，结合工程所在地实际情况，适当预留工程建设用地，在此基础上划定外缘线。

5 建议

本次主要是基于对“编制指南”的理解并结合和田河岸线划定实例提出岸线划定方法，但考虑各河流特点及其治理前期工作情况不一，具体工作中还需完善。

(1)加强河道演变分析。新疆河流大多缺乏多年河势套绘图、主流线套绘图等，造成河道演变分析内容单薄，对于塔里木河、伊犁河、叶尔羌河等较大河流，影响岸线划定成果的合理性。建议结合近年来河道治理等成果，收集不同年代的遥感资料、工程设计资料及修建桥梁等涉河建筑物设计施工资料等，加强河道演变分析工作。

(2)结合河道地形特点，注意分段分析。“编制指南”分类提出了不同情况下岸线边界线确定方法，在实际工作中应根据河流具体特点灵活运用，根据山区段、出山口段、平原段(尾闾段)河道不同特征，分段分析。

(3)本次实例中和田河采用马卡维耶夫公式计算造床流量进而确定河整治河宽，对于滩槽比较明显、平滩水位比较容易确定的，采用平滩流量法确定整治河宽更为简捷。