勝金口石窟寺防洪工程建設方案分析

沙特爾·買買提

（吐魯番地區水利水電勘測設計研究院,新疆 吐魯番 838000）

1 概況

勝金口石窟寺遺址為國家Ⅰ級文物保護單位。木頭溝出口東岸的勝金口石窟寺和佛寺遺址群河岸直線總長度約1362 m，中間最寬處約136.3 m，在洪水及水流的正常沖刷作用下，兩岸已形成相對固定的河床溝渠，平常水流基本沿河床溝渠流動。石窟寺遭受洪水侵蝕是由來已久的問題。因河水切割，石窟寺前沿已形成高度不等的斷崖。由于河水連年侵蝕，在石窟寺的周緣造成了一定的水土流失，同時還侵吞了河灘、次生林等植被保護措施，嚴重破壞了石窟寺原有的自然生態平衡，其西岸距離石窟寺最近處只有3 m左右的距離，嚴重影響到石窟寺的安全，亟需進行防洪堤防建設。

2 防洪設施存在問題及原因

2.1 防洪設施現狀及存在問題

項目區河床中上游西岸修建有防洪堤50 m，對河岸及石窟寺遺址免遭洪水侵蝕起到了很好的保護作用。但是由于當時資金不足以及其他各方面的原因，所修建防洪設施存在建設標準低，且不完整，不連貫等問題，而且自運行幾十年以來，幾乎未對其進行正常的檢測及維護。現整個石窟寺沿線河床均處于被洪水不斷淘刷狀態，部分獨斷河床兩岸切割到了石窟寺邊緣，對石窟寺遺址造成了潛在的危害。

在山前沖溝所沖下的暴雨洪水及泥石流的長期沖刷淹埋作用下，對河岸邊的文物古跡形成了不斷下切及淹埋現象，部分古跡廊道被嚴重堵塞，部分石窟寺墻壁被沖成深溝，對文物古跡的長期保存極為不利。

2.2 洪災成因

造成勝金口石窟寺遺址防洪威脅的原因：一是流域防洪缺乏統一規劃，無明確的治導線；二是上、中游缺乏調洪水庫，使下游抵御大洪水和特大洪水的能力低；三是由于資金不足，現有防洪設施建設標準低，且不完整，而且已經使用了十幾年，部分堤壩出現了開裂現象；四是部分河段存在當地農民私自采砂的現象，使得河道主流擺動，在平水期部分河段也存在掏刷問題。

2.3 防洪治理的必要性和緊迫性

2.3.1 統一規劃，綜合治理是石窟寺遺址保護的重要原則與方針

石窟寺遺址位于吐魯番市以東大約40 km的木頭溝出山口處，南北走向，長約1.36 km，河床最寬處約136.3 m，最窄處有50 m。因河水切割，石窟寺保護范圍內形成高度0.5 m～8 m不等的斷崖。由于除了僅有50 m長的漿砌石防洪堤之外，整個河床未修建任何防洪設施。因此，修建完整的石窟寺防洪工程的任務已變得十分迫切。

2.3.2 保護生態平衡，防止水土流失

木頭溝上游來的洪水連年侵蝕石窟寺的周緣，造成了一定的水土流失，同時還侵吞了河灘、次生林及人工林，嚴重破壞了石窟寺現有的自然生態平衡。木頭溝上游的勝金臺水庫在下游實施了水土保持項目后，兩岸切割迅速的狀況很快得到了控制，取得了良好效果。防洪工程的實施，將有效地保護兩岸不受洪水侵蝕，減少水土流失，促進生態良性循環，在改善周邊環境的同時，提高天然土體的邊坡穩定性。

3 堤防建設方案

3.1 防洪標準及工程等級分析

在充分考慮木頭溝洪水規律和上下游、左右岸的關系，及石窟寺遺址對防洪的要求，按照《中華人民共和國防洪法》和《吐魯番市“五河”流域規劃》、石窟寺遺址保護規劃、《吐魯番市防洪規劃報告》等有關規定，確定防洪治理原則：全面規劃、綜合治理、統籌兼顧、確保重點、分期實施。依據上述要求，綜合確定勝金口石窟寺防洪工程主體工程等級為Ⅰ級，設計防洪標準按100 年一遇設計。根據防洪計算分析知，木頭溝上游匯合處一百年一遇的相應洪峰流量為303.4 m3/s。根據《堤防工程設計規范》（GB 50286 -98）確定防洪堤工程的級別為Ⅰ級。

3.2 河道治導線的確定

治導線選擇合理與否，對防洪安全和防汛搶險影響很大，本次設計治理段從石窟寺遺址北端廢棄公路橋橋墩開始，直到遺址南端最后一個保護對象末端結束。其中，為了防止山前暴雨及泥石流對文物本體的沖刷淹埋破壞，在文物外圍進行加固墻體，以便將山前暴雨洪水繞過文物點排向河床。所設計防洪堤分別位于木頭溝東岸及西岸，總長約1.715 km，其中河床東岸為1.275 km，西岸為0.44 km，保護文物擋土墻0.380 km。

3.3 工程方案選擇

項目區所在的木頭溝位于吐魯番市黒溝河流域下游，河床內有大量的天然卵石，儲量很可觀，從工程的主要材料來源、工程造價、防洪堤整體的穩定性及結構抵抗洪水沖刷能力等方面考慮，筑堤材料選用漿砌卵石。從堤線所選處的地理位置、結構穩定性、筑堤材料、施工條件、工程造價、植被破壞程度及工程永久占地等多方面考慮，初步擬定了以下三種堤型方案進行比較分析。

3.3.1 方案1：（斜坡式堤型）

優點：（1）材料用量少，工程造價低。由于有了河道岸坡做為部分的基礎，斜坡式堤型土方開挖及土方回填量相對其它堤型都小，堤身的厚度較重力式堤型薄，工程量小，工程造價低；

（2）施工難度小。由于此種堤型工程占地面積大，施工作業方便，施工難度相對較小；

（3）對植被的破壞程度小。此類堤型開挖斷面的寬度小，開挖時對河岸的植被破壞較少，而且堤身可以把較大的樹木包裹在內，因此這類堤型在施工時對植被破壞程度較小。

缺點：（1）對地形的要求較高。當天然河道的岸坡太陡或太緩時都不適用，此種堤型的堤身背靠著河道的岸坡，堤身邊坡系數與河道相同，當河道岸坡較緩時，堤身的斜長也相對較長，造成工程量太大不經濟。但是如果河岸太陡，堤身又不穩定，一般來說適用于河道邊坡在1∶0.8～1∶2之間。

（2）結構穩定性低。由于此類堤型堤基在河床底部，堤身背靠著河道的岸坡，河道底部和岸坡的密實度不相同，其基礎容易產生不均勻沉降，因此結構穩定性低。

（3）工程永久占地面積大。

3.3.2 方案2：（重力式堤型）

優點：（1）穩定性好。重力式堤型自身的體積大，基礎寬度較寬，適應基礎不均勻沉陷能力較強，穩定性較好；

（2）對地形的適應性廣。重力式堤型的穩定性不依賴與河道的岸坡，因此可以適用與多種型式的河道邊坡；

（3）工程占地面積小。

缺點：（1）材料用量大，工程造價高。重力式堤型自身的體積龐大，耗費的工程材料多，工程造價相對較高；

（2）對植被的破壞程度大。此類堤型開挖斷面的寬度大，開挖時對河岸的植被破壞較多。

3.3.3 方案3：（斜坡式和重力式結合的堤型）

此類堤型俗稱斜坡和重力復合式堤型，它集中了以上兩種堤型的優點，對它們的缺點進行互補，能適應多種天然河道的岸坡地形，工程造價低，對植被的破壞程度小，材料用量及占地面積適中。

在對三個方案的工程量及投資進行對比時，選取了100 m長地形段，該段內有兩種地形，一種是河道岸坡較陡的地形，一種是河道岸坡較緩的地形。為了對比的準確性更高，兩種地形各取了50 m長。工程量及投資見表1。

表1 不同方案工程量及投資對比表

三種方案的優缺點對比見表2。

表2 工程方案對比表

根據勝金口石窟寺防洪工程的實際地形條件，通過從技術、經濟、施工等多方面比較，最終確定本工程堤型采用斜坡式堤型。

3.4 工程布置方案

勝金口石窟寺文物遺址保護防洪堤工程修建防洪堤總長1715 m，防洪堤由兩個部分組成。其中，一部分沿著石窟寺東岸的周緣布置，全長1275 m；另一部分沿著石窟寺西岸岸坡局部周緣布置，全長440 m。防洪工程布置上，為了有效保護河床東岸的文物古跡，避免河岸在洪水的淘刷作用下繼續坍塌破壞，東岸布置了全線堤防形式，防洪堤斷面均為貼坡式斷面形式，筑堤材料選用漿砌卵石。河床東岸以上，為了防止山前暴雨洪水及泥石流淹埋文物本體，在每一個單項文物保護對象的三面進行擋土墻式保護，擋土墻采用梯形斷面，筑堤材料選用漿砌卵石，擋土墻的布置將有效減少山前暴雨洪水及泥石流對文物的破壞。文物保護擋土墻布置總長度380 m。由于本次防洪工程是以保護文物為主的，而且河床兩岸均有不同位置的文物古跡存在，因此在石窟寺河床兩側沖溝邊緣均需布置防洪堤，堤線選擇在沖溝邊坡的坡腳處，筑堤材料選用漿砌卵石。勝金口石窟寺文物遺址保護對象及木頭溝堤防走向見圖1。

河床西岸由于沒有重點保護的文物對象，工程布置上，根據河床東岸防洪堤的布置形式及洪水的水流方向的改變，在洪水直沖的部分區域布置了防洪工程，布置總長度為440 m。

圖1 勝金口石窟寺文物遺址保護對象及木頭溝堤防走向

4 結論及建議

勝金口石窟寺文物遺址保護工程位于吐魯番市境內，距吐魯番市40 km。石窟寺防洪工程全長1.715 km，其中東岸防洪堤為1.275 km，西岸防洪堤為0.44 km，文物本體保護擋土墻為0.38 km。防洪堤全斷面采用斜坡式防洪堤斷面形式，防洪堤采用漿砌石砌筑，造價低廉，施工方便。擋土墻采用重力式結構，采用漿砌石砌筑。石窟寺遺址現為國家級文物保護單位，保證石窟寺的洪水安全顯得愈發重要，盡快實施本工程是極為必要的。工程建設條件相對優越，經過論證分析，工程建設方案在技術上是可行的，在經濟上是合理的。因此，建議上級部門審查批準，盡快實施，早日發揮作用。