胜金口石窟寺防洪工程建设方案分析

沙特尔·买买提

（吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院,新疆 吐鲁番 838000）

1 概况

胜金口石窟寺遗址为国家Ⅰ级文物保护单位。木头沟出口东岸的胜金口石窟寺和佛寺遗址群河岸直线总长度约1362 m，中间最宽处约136.3 m，在洪水及水流的正常冲刷作用下，两岸已形成相对固定的河床沟渠，平常水流基本沿河床沟渠流动。石窟寺遭受洪水侵蚀是由来已久的问题。因河水切割，石窟寺前沿已形成高度不等的断崖。由于河水连年侵蚀，在石窟寺的周缘造成了一定的水土流失，同时还侵吞了河滩、次生林等植被保护措施，严重破坏了石窟寺原有的自然生态平衡，其西岸距离石窟寺最近处只有3 m左右的距离，严重影响到石窟寺的安全，亟需进行防洪堤防建设。

2 防洪设施存在问题及原因

2.1 防洪设施现状及存在问题

项目区河床中上游西岸修建有防洪堤50 m，对河岸及石窟寺遗址免遭洪水侵蚀起到了很好的保护作用。但是由于当时资金不足以及其他各方面的原因，所修建防洪设施存在建设标准低，且不完整，不连贯等问题，而且自运行几十年以来，几乎未对其进行正常的检测及维护。现整个石窟寺沿线河床均处于被洪水不断淘刷状态，部分独断河床两岸切割到了石窟寺边缘，对石窟寺遗址造成了潜在的危害。

在山前冲沟所冲下的暴雨洪水及泥石流的长期冲刷淹埋作用下，对河岸边的文物古迹形成了不断下切及淹埋现象，部分古迹廊道被严重堵塞，部分石窟寺墙壁被冲成深沟，对文物古迹的长期保存极为不利。

2.2 洪灾成因

造成胜金口石窟寺遗址防洪威胁的原因：一是流域防洪缺乏统一规划，无明确的治导线；二是上、中游缺乏调洪水库，使下游抵御大洪水和特大洪水的能力低；三是由于资金不足，现有防洪设施建设标准低，且不完整，而且已经使用了十几年，部分堤坝出现了开裂现象；四是部分河段存在当地农民私自采砂的现象，使得河道主流摆动，在平水期部分河段也存在掏刷问题。

2.3 防洪治理的必要性和紧迫性

2.3.1 统一规划，综合治理是石窟寺遗址保护的重要原则与方针

石窟寺遗址位于吐鲁番市以东大约40 km的木头沟出山口处，南北走向，长约1.36 km，河床最宽处约136.3 m，最窄处有50 m。因河水切割，石窟寺保护范围内形成高度0.5 m～8 m不等的断崖。由于除了仅有50 m长的浆砌石防洪堤之外，整个河床未修建任何防洪设施。因此，修建完整的石窟寺防洪工程的任务已变得十分迫切。

2.3.2 保护生态平衡，防止水土流失

木头沟上游来的洪水连年侵蚀石窟寺的周缘，造成了一定的水土流失，同时还侵吞了河滩、次生林及人工林，严重破坏了石窟寺现有的自然生态平衡。木头沟上游的胜金台水库在下游实施了水土保持项目后，两岸切割迅速的状况很快得到了控制，取得了良好效果。防洪工程的实施，将有效地保护两岸不受洪水侵蚀，减少水土流失，促进生态良性循环，在改善周边环境的同时，提高天然土体的边坡稳定性。

3 堤防建设方案

3.1 防洪标准及工程等级分析

在充分考虑木头沟洪水规律和上下游、左右岸的关系，及石窟寺遗址对防洪的要求，按照《中华人民共和国防洪法》和《吐鲁番市“五河”流域规划》、石窟寺遗址保护规划、《吐鲁番市防洪规划报告》等有关规定，确定防洪治理原则：全面规划、综合治理、统筹兼顾、确保重点、分期实施。依据上述要求，综合确定胜金口石窟寺防洪工程主体工程等级为Ⅰ级，设计防洪标准按100 年一遇设计。根据防洪计算分析知，木头沟上游汇合处一百年一遇的相应洪峰流量为303.4 m3/s。根据《堤防工程设计规范》（GB 50286 -98）确定防洪堤工程的级别为Ⅰ级。

3.2 河道治导线的确定

治导线选择合理与否，对防洪安全和防汛抢险影响很大，本次设计治理段从石窟寺遗址北端废弃公路桥桥墩开始，直到遗址南端最后一个保护对象末端结束。其中，为了防止山前暴雨及泥石流对文物本体的冲刷淹埋破坏，在文物外围进行加固墙体，以便将山前暴雨洪水绕过文物点排向河床。所设计防洪堤分别位于木头沟东岸及西岸，总长约1.715 km，其中河床东岸为1.275 km，西岸为0.44 km，保护文物挡土墙0.380 km。

3.3 工程方案选择

项目区所在的木头沟位于吐鲁番市黒沟河流域下游，河床内有大量的天然卵石，储量很可观，从工程的主要材料来源、工程造价、防洪堤整体的稳定性及结构抵抗洪水冲刷能力等方面考虑，筑堤材料选用浆砌卵石。从堤线所选处的地理位置、结构稳定性、筑堤材料、施工条件、工程造价、植被破坏程度及工程永久占地等多方面考虑，初步拟定了以下三种堤型方案进行比较分析。

3.3.1 方案1：（斜坡式堤型）

优点：（1）材料用量少，工程造价低。由于有了河道岸坡做为部分的基础，斜坡式堤型土方开挖及土方回填量相对其它堤型都小，堤身的厚度较重力式堤型薄，工程量小，工程造价低；

（2）施工难度小。由于此种堤型工程占地面积大，施工作业方便，施工难度相对较小；

（3）对植被的破坏程度小。此类堤型开挖断面的宽度小，开挖时对河岸的植被破坏较少，而且堤身可以把较大的树木包裹在内，因此这类堤型在施工时对植被破坏程度较小。

缺点：（1）对地形的要求较高。当天然河道的岸坡太陡或太缓时都不适用，此种堤型的堤身背靠着河道的岸坡，堤身边坡系数与河道相同，当河道岸坡较缓时，堤身的斜长也相对较长，造成工程量太大不经济。但是如果河岸太陡，堤身又不稳定，一般来说适用于河道边坡在1∶0.8～1∶2之间。

（2）结构稳定性低。由于此类堤型堤基在河床底部，堤身背靠着河道的岸坡，河道底部和岸坡的密实度不相同，其基础容易产生不均匀沉降，因此结构稳定性低。

（3）工程永久占地面积大。

3.3.2 方案2：（重力式堤型）

优点：（1）稳定性好。重力式堤型自身的体积大，基础宽度较宽，适应基础不均匀沉陷能力较强，稳定性较好；

（2）对地形的适应性广。重力式堤型的稳定性不依赖与河道的岸坡，因此可以适用与多种型式的河道边坡；

（3）工程占地面积小。

缺点：（1）材料用量大，工程造价高。重力式堤型自身的体积庞大，耗费的工程材料多，工程造价相对较高；

（2）对植被的破坏程度大。此类堤型开挖断面的宽度大，开挖时对河岸的植被破坏较多。

3.3.3 方案3：（斜坡式和重力式结合的堤型）

此类堤型俗称斜坡和重力复合式堤型，它集中了以上两种堤型的优点，对它们的缺点进行互补，能适应多种天然河道的岸坡地形，工程造价低，对植被的破坏程度小，材料用量及占地面积适中。

在对三个方案的工程量及投资进行对比时，选取了100 m长地形段，该段内有两种地形，一种是河道岸坡较陡的地形，一种是河道岸坡较缓的地形。为了对比的准确性更高，两种地形各取了50 m长。工程量及投资见表1。

表1 不同方案工程量及投资对比表

三种方案的优缺点对比见表2。

表2 工程方案对比表

根据胜金口石窟寺防洪工程的实际地形条件，通过从技术、经济、施工等多方面比较，最终确定本工程堤型采用斜坡式堤型。

3.4 工程布置方案

胜金口石窟寺文物遗址保护防洪堤工程修建防洪堤总长1715 m，防洪堤由两个部分组成。其中，一部分沿着石窟寺东岸的周缘布置，全长1275 m；另一部分沿着石窟寺西岸岸坡局部周缘布置，全长440 m。防洪工程布置上，为了有效保护河床东岸的文物古迹，避免河岸在洪水的淘刷作用下继续坍塌破坏，东岸布置了全线堤防形式，防洪堤断面均为贴坡式断面形式，筑堤材料选用浆砌卵石。河床东岸以上，为了防止山前暴雨洪水及泥石流淹埋文物本体，在每一个单项文物保护对象的三面进行挡土墙式保护，挡土墙采用梯形断面，筑堤材料选用浆砌卵石，挡土墙的布置将有效减少山前暴雨洪水及泥石流对文物的破坏。文物保护挡土墙布置总长度380 m。由于本次防洪工程是以保护文物为主的，而且河床两岸均有不同位置的文物古迹存在，因此在石窟寺河床两侧冲沟边缘均需布置防洪堤，堤线选择在冲沟边坡的坡脚处，筑堤材料选用浆砌卵石。胜金口石窟寺文物遗址保护对象及木头沟堤防走向见图1。

河床西岸由于没有重点保护的文物对象，工程布置上，根据河床东岸防洪堤的布置形式及洪水的水流方向的改变，在洪水直冲的部分区域布置了防洪工程，布置总长度为440 m。

图1 胜金口石窟寺文物遗址保护对象及木头沟堤防走向

4 结论及建议

胜金口石窟寺文物遗址保护工程位于吐鲁番市境内，距吐鲁番市40 km。石窟寺防洪工程全长1.715 km，其中东岸防洪堤为1.275 km，西岸防洪堤为0.44 km，文物本体保护挡土墙为0.38 km。防洪堤全断面采用斜坡式防洪堤断面形式，防洪堤采用浆砌石砌筑，造价低廉，施工方便。挡土墙采用重力式结构，采用浆砌石砌筑。石窟寺遗址现为国家级文物保护单位，保证石窟寺的洪水安全显得愈发重要，尽快实施本工程是极为必要的。工程建设条件相对优越，经过论证分析，工程建设方案在技术上是可行的，在经济上是合理的。因此，建议上级部门审查批准，尽快实施，早日发挥作用。