新疆多泥沙河流河床演變規律及其整治初探

梁云娥

（農七師奎屯河流域水利工程灌溉管理處 奎屯 833200）

1 引言

新疆河流均為沖積扇河流，全疆絕大部分灌區、村莊、主要城鎮均處于各河道沖積扇上。新疆奎屯市、烏蘇市,新疆生產建設兵團農七師10個農牧團場均位于奎屯河流域下游沖積扇；奎屯河流域由奎屯河、古爾圖河、四棵樹河及九條自然小河溝組成，年均徑流量14.36億m3。其中古爾圖河是北疆山溪季節性多泥沙河流具有代表性的河流之一，汛期暴雨、泥石流導致上游河床嚴重淤積、水利工程損毀較嚴重，險情不斷。下游自然環境因河床演變和人為因素破壞，導致部分國家級保護植物野生胡楊、紅柳、白梭梭等自然植被枯死，農業需水量得不到滿足，給流域內的人民帶來了沉重的負擔，制約了農業經濟的發展。因此，了解和掌握河床演變規律，對整治泥沙淤積、防洪抗旱具有重要意義，同時也是保護自然環境、實現水資源可持續發展的重要途徑之一。

2 古爾圖河河床演變基本規律

2.1 古爾圖河概況

古爾圖河發源于天山北麓的博羅科努山高山古冰川區，由五條支流匯合而成，源頭海拔3160m，位于新疆烏蘇市古爾圖鎮境內，地理位置為東經 83°54′、北緯 44°31′；上游河床平均縱坡23‰，水流湍急，多石灘跌水，山口以下河道坡度變緩，中游河床平均縱坡16‰，形成沖積扇，河流在沖積扇中迂回擺動，下切為深槽，形成兩岸多級臺地地形，沖溝十分發育，前山地帶被砂礫石、卵石所覆蓋，植被條件極差，汛期泥石流災害發生較頻繁，屬于典型的山區季節性多泥沙河流。

古爾圖河經哈拉及拉山流出，由南至北流經古爾圖牧場，在甘家湖牧場與奎屯河、四棵樹河匯合后注入艾比湖，全長115km，集水面積1973km2，流域面積1193km2；古爾圖河自1959年開始開發利用，多年平均徑流量3.49億m3，最大年徑流量4.37億m3,泉水年涌水量2.61億m3，汛期最大瞬時洪峰流量110m3/s；多年平均降水量157.6mm，多年平均氣溫7.1℃，多年平均輸砂率3.63kg/s，多年均輸砂量9.6萬t。

2.2 古爾圖河河流的形態和水沙運動的特征

2.2.1河流的形態特征

古爾圖河河流位于山高坡陡、地質構造復雜的山區，其河床斷面呈“V”形與“U”形相間，斷面窄深，河流的寬深比較小，中水河床與洪水河床沒有明顯的分界線。河流受地質構造和巖性變化的影響，形成峽谷和寬河谷相間的河道平面形態；峽谷河段岸坡陡峭、巖基外露，兩岸山峰矗立、水流湍急；寬河谷河面開闊、岸坡平緩、階地發育，存在河漫灘等卵石、泥沙堆積物。

2.2.2 河流水沙運動的特征

a.古爾圖河水情特征。古爾圖河屬于山區季節性多泥沙河流，河道枯水期（流量10m3/s以下）有5個月，即1月、2月、3月、4月、5月上旬、12月中下旬；平水期（流量10m3～30m3/s）有 4.5個月，即 5月中下旬、6月上旬、9月、10月、11月、12月上旬；洪水期(流量30 m3/s以上)有2.5個月；水量隨氣溫、降雨變化較穩定，且時間、空間分布規律較明顯。

b.古爾圖河泥沙特征。河流泥沙主要來自汛期暴雨對水土的侵蝕，全年來沙量幾乎集中在汛期的幾此洪峰過程中，且水流泥沙以推移質為主，推移質主要由卵石、礫石和中粗砂組成，泥沙粒徑分布范圍廣泛，河床內堆積的卵石一般在較大洪水時才能移動，河床上游卵石、礫石和中粗砂堆積物較多，下游以中粗砂、面砂為主。

2.3 影響古爾圖河河床演變的主要因素

a.河段進口水沙條件的影響。主要是河源來水量及其在時間、空間上的分布情況，河源來水攜帶推、懸移質含量汛期較飽和，平枯期含量不飽和。

b.河段出口水流條件的影響。即下游水位流量關系，主要是下游沖淤基準點的影響，一般在7月下旬、8月上中旬沖刷、淤積變化劇烈，其余時間變化較緩慢。

c.河段周界條件的影響。主要是河道的斷面形態、比降、河床物質組成和人工修建建筑物等地勢、地貌因素的影響。在渠首上游整治段處，由于常年累月沖淤變化，河灘較開闊，卵石等堆積物較多，河道縱比降較小，具有寬、淺、散、亂的平面形態和運動特征，汛期遇到特殊情況很容易導致主河槽抬高，形成淤積、漫流。

此三項因素決定了該河段河床演變的趨勢和過程。其中來水來沙條件是決定性的影響因素，人類活動也對河床演變產生重要影響。

2.4 古爾圖河河床演變的原因及其特性

2.4.1河床演變的原因

根本原因是水流攜沙的不平衡。如果上游來沙量與本河段水流攜沙能力不相適應，則水流處于不平蘅狀態，河床將發生沖淤變化。當上游來沙量大于本河段水流攜沙能力時，水流無力把全部來沙帶走，部分泥沙將淤積河床上；當上游來沙量小于本河段水流攜沙能力時，水流會從床面上獲取泥沙，使水流攜沙能力趨于飽和，造成河床沖刷。根據多年實踐經驗，古爾圖河上游河床一般河源來水量45m3/s以上、水沙比小于55/1時，易造成上游河床淤積、主河槽不明顯、水流狀態散亂，同時對引水工程及水工建筑物構成嚴重威脅，導致引水排沙兩難的境地；當河源來水量45m3/s以下、水沙比大于60/1時，主河槽明顯，水流狀態穩定，上游河床被沖刷、下切，主河槽被拓寬并拉深，此時有利于引水和水利工程安全，是安全引水的黃金時段。

2.4.2 河床演變的特性

a.河流比降較大，水流具有較強的攜沙能力，輸沙常處于不飽和狀態，所以古爾圖河河流的河床演變是以縱向沖刷下切、橫向侵蝕拓寬為主的發展趨勢。但是由于組成河流邊界的巖石抗沖刷能力強，因此在演變過程中，無論是平面擺動展寬，還是縱向侵蝕下切都十分緩慢，河床在短期內變化很小。

b.在特殊邊界條件和水文條件的局部河段，發生顯著的河床變形。如在溪溝流入河口處形成的溪口灘，汛期受干流壅水的影響，比降和流速減小，造成大量卵石推移質淤積；汛后水位回落，溪口灘上比降和流速增大，淤積的泥沙被沖刷下移，形成周期性的沖淤變化。筆者1996年到古爾圖工作，一直從事水利工作，10余年間河道上游部分河段河床抬高1.3m。

c.河流受外部強烈突變因素的影響，使河床發生顯著的變形。如山洪暴發形成的泥石流等自然災害，在很短時間內改變河道形態，造成河道堵塞、流態改變、引水工程水毀等嚴重災害。古爾圖河1993年、1998年、2006年發生過3次特大暴雨引發的泥石流災害，泥石流下泄50余萬m3，導致道路、引水工程、通訊設施損毀嚴重，造成直接經濟損失280萬元。

3 古爾圖河河道的整治作用

a.強化河床邊界條件，提高河岸的抗沖刷能力。

b.達到防洪標準要求,確保下游人民群眾生命和財產不受損失。

c.確保梯級電站發電、下游灌區用水及人畜飲用水，延長已建水利工程使用壽命。

4 古爾圖河河道的整治原則

古爾圖河開發以引水灌溉為主，兼顧水電與防洪，在滿足灌區工農業用水及人畜飲用水的情況下,應嚴格執行防洪標準要求。因此河道的整治原則應從下幾個方面考慮：

a.全面規劃，綜合治理。即要有全局觀念，上下游兼顧，采取各種整治措施進行治理，使整體效益最大化。如修建堤壩、裁彎取直、堵支強干等。

b.因勢利導，重點整治。即根據河勢的變化趨勢，運用工程手段由點到線，有步驟、有階段地引導河勢向有利的方向發展，限制和消除其不利的一面；按輕重緩急有重點地對控制性河段、關鍵性工程首先實施整治。

c.因地制宜，開發新材。即根據工程所在地現場情況，采取相應的整治措施，選擇相宜的建筑物結構和布置形式，盡量采用新型、高效材料或就地取材，以達到節約工程投資、延長工程壽命和便于工程管理的目的。

5 古爾圖河河道的整治工程

古爾圖河河道整治工程在1968～2009年的40余年間，在上游1+200～17+750河上段共修建了丁壩36座、導流暗蝸牛15座、防洪順堤17km，并在上游1+414～10+078段修建了6座過泥石流涵洞，在東岸臺地、沖溝易發生泥石流災害的地段修建了30km多級截泥堤。這些水工建筑物的建成，有效扼制了泥石流、泥沙淤積沖刷所帶來的危害，延長了引水渠系工程的使用壽命，在整治河道上取得了豐富的經驗，獲得了良好的經濟效益。

6 結語

河床的演變過程，實質上就是在水流作用下，河床邊界的泥沙被沖刷、搬運和沉積的過程。因此，研究河床演變規律、了解河流泥沙的來源及其特性，是整治泥沙危害變害為利的首要任務，同時也是保護自然環境、實現水資源可持續發展的重要途徑之一。