库山河洪灾成因及防洪工程治理方案研究

王 斌

(新疆疆南水利勘测设计研究院有限责任公司，新疆 喀什 844000)

1 概 述

洪水是影响城镇发展建设的常见的自然灾害，危害较大。为了提高河道防洪能力，保障沿线居民安全，采用防洪治理工程建设是十分必要的[1-4]。

库山河是喀什噶尔河水系的第三大河，全长157 km，其中山区河段长108 km。流域水系呈羽状，控制流域面积为2 169.0 km2。

2 流域洪灾成因及影响

2.1 洪灾成因

冰川融水、汛期暴雨是导致库山河洪水的主要原因。库山河流域洪水主要分为融雪型、暴雨型以及混合型。在冬季，库山河流域常见冰凌洪水。

导致库山河流域洪水的因素众多，且不同因素影响程度也不尽相同。库山河上游在持续的高温天气下，冰川、冰雪消融，从而形成融雪型洪水。在冬季，库山河常见冰凌洪水，洪水历时不长，洪峰流量不大。冰凌洪水是冰坝溃决后造成的，其形成和运移复杂。据沙曼站实测资料，1981年12月曾发生105 m3/s的冰凌洪水。

2.2 洪灾影响

1999年洪水是一场全流域性洪水，其中库山河沙曼洪水流量达689 m3/s，是1999年以前历史最大洪峰流量的两倍，洪水持续12 h，接近100年一遇。此次洪水冲毁木华里防洪坝2 km，胜利大渠防洪坝2 km，英吉沙县县级水利工程设施胜利大渠5 km，木华里引水2 km及胜利大渠过洪渡槽3座，直接损失2 814.6万元，阿克陶县和疏勒县的防洪堤多次出现决口，水毁皮拉勒防洪堤2 km，苗圃大桥再次被冲毁，水淹耕地193.333 hm2、民房受损29间，造成16间民房成危房。

3 河道演变及整治宽度确定

3.1 河道演变过程

库山河自木华里出山口以后，特别是流经奥吐鲁克以后，河床两岸无束缚，河床加宽，纵坡减缓。出山口至奥吐鲁克为第一段，全长11 km。地貌上属库山河冲洪积扇的中上部，两岸发育有高阶地，地下水埋深在3.5～4.5 m之间。河道自奥吐鲁克至巴仁乡伊郎伽依大桥为第二段，全长17 km。地貌上为库山河冲洪积扇的中下部，地形变化较大，高阶地逐渐消失，两岸发育着Ⅰ～Ⅲ级阶地，河道呈冲刷下切趋势，主流不稳定，左右摆动，河弯处冲刷河岸严重。河道从巴仁乡伊郎伽依大桥至阿克陶大桥约6 km，此段河岸逐渐开阔。阿克陶大桥至库木克萨闸以下河道基本上渠道化，库山河在该段流向东，河床蜿蜒曲折，地形起伏，阶地不明显，沿河两岸耕地和荒地相间分布，个别地段被风成沙所掩盖，形成了沙丘地貌。

依据1999年洪水调查所看到的情况认为：库山河出山口以后河床变化很大，特别是从木华里渠首以下0.5 km至奥图鲁克闸口一段，河槽宽在500～1 000 m左右，有些河段超过1 000 m，河段弯曲蜿蜒，河床系卵石组成，粒径在30～50 cm之间，有分流、串沟、滩地，河床系游荡型。大洪水时(如1999年洪水)左岸为主流，冲刷、淤积都比较大。奥图鲁克闸口以下，左岸采用铅丝笼护坝束窄了河床，1999年大洪水时，在奥吐鲁克以下2 km河段，左岸护堤被冲毁，洪水直向左岸巴仁乡流去。库山河到阿克陶县依浪加依桥，河床已开始变窄，河床质已看不到卵石，系粗沙组成，河槽较稳定。从皮拉里乡1村开始，至下游库木克萨闸口，长达10 km以上，与上游相比，库山河已面目全非，完全变成另外模样；两岸为土堤，U形或梯形河槽，像人工渠道一样，河道纵坡，水面比降都变缓，河床系砂泥组成，河面宽约30 m，冲淤变化不大。

库山河在康帕干渠至奥吐鲁克引洪枢纽段汇入处的河段岸线变化较大，左侧河道岸线向河槽推进 50～450 m 之间，其余河段岸线呈平稳发展。工程防洪段为库山河的末端，通过调查，库木克萨闸口上游约5 km段为自西向东基本顺直的河段，多年基本无变化，故本次工程段河床的演变和发展趋势为继续保持现状。

3.2 稳定河宽确定

采用阿尔图宁公式计算稳定河宽，计算方法如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B为稳定河段水面宽度，m；A为稳定河宽系数；Q为造床流量，m3/s；J为河床比降。

针对库山河的实际情况，结合《喀什噶尔河流域防洪规划》中稳定河宽系数A的取值(木华里至伊朗加依大桥河段，系数A取3.5；伊朗加依大桥至库木克萨闸河段系数A选取3.2)，本次工程位于库山河末端，取系数A为3.2(与喀什噶尔河流域防洪规划中取值一致)。

造床流量取值：天造床流量按49 m3/s进行计算。

河床比降：本次工程0+000～1+215段平均比降为0.001 34。

依据式(1)，带入相关参数后，本次工程所在河段稳定河宽成果见表1。

表1 库山河末端1.215 km段稳定河宽

库山河末端1.215 km段现状河宽为20～35 m。根据2002～2021年的卫星历史影像，库山河末端1.215 km即本次工程0+000～1+215段的河道宽度从2002～2021年基本无变化，河宽为20～35 m。

4 河道防洪方案比选

4.1 堤顶高程

工程场址处的10年一遇洪峰流量为78 m3/s，河床糙率n=0.035。根据动能公式，水面线计算结果见表2。

表2 设计水面线成果表(P=10%)

根据本次工程设计洪水水面线成果，可知堤顶高程：首端0+000处堤顶为1 291.93 m，末端1+215处堤顶为1 290.30 m。

4.2 冲刷粒径

在水流作用下，防护工程护坡、护脚卵石保持稳定的抗冲粒径(折算粒径)可按下式计算：

(2)

(3)

式中：d为折算粒径，m；W为石块重量，kN；V为流速，m/s，1.78 m/s；g为重力加速度，m/s2；C为石块运动系数；rs、r为石块、水的容重，kN/m3。

经计算，d=0.246 m。

W=0.121 kN，为12.33 kg

本工程护坡采用雷诺护垫、底部采用雷诺护垫，厚度均为0.3 m，满足要求。

4.3 方案比选

根据防洪段实际情况，拟定以下两种方案进行比较：

方案一：左右岸雷诺护垫护坡+雷诺护垫底部的防护型式，断面为梯形，高度3.9 m，堤顶宽度4.0 m。全段迎水面边坡为1∶3，背水面边坡为1∶2.5，背水面为素土夯实；迎水面采用厚30 cm雷诺护垫防护。每隔100 m横向设置一道格宾石笼隔墙，隔墙宽60 cm，厚60 cm。方案一左右岸护岸各长1.215 km，共长2.43 km，单公里建筑工程投资422.63万元。见图1。

图1 方案一横断面图

方案二：左右岸现浇砼板护坡+现浇砼板铺底的防护型式，断面为梯形，高度3.9 m，堤顶宽度4.0 m。全段迎水面边坡为1∶2.5，背水面边坡为1∶2.5，背水面为素土夯实；迎水面采用厚15 cm的梯形全断面现浇砼板防护，下设厚400 mm砂砾石垫层。每隔100 m横向设置一道现浇砼隔墙，隔墙宽60 cm，厚60 cm。方案二左右岸护岸各长1.215 km，共长2.43 km，单公里建筑工程投资484.13万元。见图2。

图2 方案二横断面图

通过两个方案比选，方案一合理、经济实用，在施工工期有保证的情况下，耐久性较好。

5 结 论

结合库山河流域防洪治理段实际情况，分析了流域洪灾成因及影响范围，认为采取防洪治理工程是十分必要的。根据区域实际情况确定库山河治理河宽，经方案比选，最终确定采用雷诺护垫护坡+雷诺护垫底部的防护型式，经济、工期等效果良好。