甘肅省黃河防洪治理工程特征及措施

余侃柱

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州730000）

甘肅省黃河防洪治理工程特征及措施

余侃柱

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州730000）

通過深入分析甘肅省黃河防洪治理工程水文、氣象、洪水、工程地質(zhì)條件的特征，防洪治理現(xiàn)狀和存在問題，提出防洪治理段的防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程措施及斷面型式。

黃河；防洪治理；堤防及護(hù)岸

引 言

黃河流經(jīng)甘肅省境內(nèi)河道總長913km，沿線匯入一級(jí)支流有隆務(wù)河、大夏河、洮河、湟水、莊浪河、宛川河、祖厲河。從上游至下游，較大地貌單元有基巖峽谷區(qū)和河谷盆地區(qū)，基巖峽谷區(qū)陸續(xù)建有多座水電站，如劉家峽、鹽鍋峽、八盤峽、小峽、大峽等，峽谷區(qū)內(nèi)耕地和居民村鎮(zhèn)相對(duì)稀少，河谷盆地區(qū)的河漫灘、一級(jí)、二級(jí)階地沿岸分布大片農(nóng)田、蔬菜園、果園、牧草地、村鎮(zhèn)、公路等建筑設(shè)施，是黃河沿岸人民世代生活和發(fā)展的基礎(chǔ)。歷史上黃河洪水頻繁泛濫，洪災(zāi)損失慘重，黃河洪水威脅成為中華民族的心腹之患。為了抵御洪水，歷史上不同時(shí)期曾修建砂礫石土堤、干砌石堤防、漿砌石護(hù)岸、拋石拜、拋石及干砌石丁壩，部分段洪水時(shí)搶險(xiǎn)加固培厚。新中國成立后，在干流上修建一系列水電站進(jìn)行調(diào)控和防洪，減輕電站下游保護(hù)區(qū)抵御洪水的壓力。由于種種原因，目前還沒有形成完整防洪體系。2012年7月，黃河上游發(fā)生1986年以來的最大洪水，7月至8月中旬，黃河蘭州以上地區(qū)降雨量120～340mm，為1956年有實(shí)測資料以來歷史最大，7月30日10時(shí)18分，蘭州站流量3860m3/s，8月23日22時(shí)40分，蘭州站流量3620m3/s。從7月23日，黃河蘭州站超過2000m3/s流量已經(jīng)持續(xù)38天，受持續(xù)行洪影響，白銀、蘭州、臨夏3個(gè)市（州）10個(gè)縣（區(qū)）38個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)6.6萬畝耕地和河灘農(nóng)田被淹，有106處32.3km堤防和護(hù)岸坍塌受損，51處58.9km堤防滲水，229座泵房、水渠、水廠等水利設(shè)施水毀和損壞，初步估算直接經(jīng)濟(jì)損失3.7億元。本文以甘肅省境內(nèi)黃河防洪治理工程資料為基礎(chǔ)，深入分析研究治理段堤防及護(hù)岸特征及工程條件，提出防洪治理段的防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程措施及斷面型式。

1 水文氣象洪水特征

甘肅省黃河流域受高空西風(fēng)氣流的控制，遠(yuǎn)離海洋，屬典型的大陸氣候，冬季寒冷干燥，夏季涼爽，雨量集中，春、秋季短且多風(fēng)，日、年溫差大，無霜期短，雨量少，蒸發(fā)大，空氣濕度低。降雨量在年內(nèi)、年際和地區(qū)分布上極不均勻。從年內(nèi)分配分析，冬、春較為干旱，夏、秋則常有暴雨和連陰雨產(chǎn)生。從年際分配，降雨量差異也較大。在地區(qū)分布上，降雨中心主要位于黃河上游吉邁～瑪曲～唐乃亥區(qū)間和支流大夏河、洮河、湟水等地區(qū)。吉邁～瑪曲區(qū)間的降雨量最大，最大年降雨量可達(dá)800mm，唐乃亥～循化區(qū)間年降雨量為250～300mm，上詮～青銅峽區(qū)間多年平均年降雨量一般在300mm以下。甘肅省黃河治理段各氣象站主要?dú)庀笠亟y(tǒng)計(jì)見表1。

黃河上游已建多座多級(jí)水電站，其中具有年調(diào)節(jié)性能的水庫有龍羊峽水庫（總庫容247億m3）和劉家峽水庫（總庫容57億m3），這兩座水庫的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，使該段河川徑流發(fā)生了很大變化，改變了河川徑流的天然狀態(tài)，汛期洪峰流量和徑流量明顯減少，非汛期徑流增大，使年際、年內(nèi)變化趨于均勻，對(duì)下游灌溉、防洪、防凌、發(fā)電作用明顯，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

表1 甘肅省黃河治理段各氣象站主要?dú)庀笠?/p>

黃河上游徑流主要為流域內(nèi)降水形成，以雨水補(bǔ)給為主，融雪補(bǔ)給為輔，由于有天然湖泊、沼澤的調(diào)蓄，徑流變化相對(duì)穩(wěn)定。徑流年內(nèi)變化受環(huán)流形勢、降水、氣溫和下墊面等因素的影響，汛期6月～9月徑流量約占年總徑流量的60%。年際變化不大，但存在連豐、連枯交替現(xiàn)象，出現(xiàn)了連續(xù)11年枯水段一次和5年以上的連續(xù)枯水段三次。包括豐、平、枯在內(nèi)的一個(gè)比較完整的水文周期大概為50年～80年。黃河上游枯水期為12月～翌年3月，主汛期為6月～10月，非汛期為11月～翌年5月。

黃河上游洪水主要由大面積長歷時(shí)暴雨形成，降水水氣主要來自印度洋孟加拉灣。洪水發(fā)生時(shí)間大多在7月和9月，8月發(fā)生的機(jī)會(huì)較少，個(gè)別年份出現(xiàn)6月份和10月份上中旬。黃河上游洪水漲落較緩，歷時(shí)較長，洪次較少，間隔較長。一次洪水過程平均40天左右，洪水峰量關(guān)系較好，大小洪水年周期交替現(xiàn)象比較明顯，洪水一般為單峰型洪水，但還有7月份和9月份各出現(xiàn)一次洪峰的雙峰型洪水。歷史上有實(shí)測資料及考證調(diào)查成果的洪峰流量，蘭州水文站，1904年7月為8500m3/s，1981年9月為5900m3/s。安寧渡水文站，1904年7月為8640m3/s，1981年9月為7100m3/s。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)甘肅省黃河沿岸保護(hù)對(duì)象重要性不同，除永靖縣城段為4級(jí)堤防，蘭州市城區(qū)段為1級(jí)堤防外，其余段均為5級(jí)堤防。各段防洪標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)流量如下:

瑪曲縣鄉(xiāng)村及草場防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%， 10年一遇），相應(yīng)流量2290～2950m3/s。積石山縣鄉(xiāng)村及農(nóng)田防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%，10年一遇），相應(yīng)流量3730m3/s。臨夏縣及東鄉(xiāng)縣鄉(xiāng)村及農(nóng)田防護(hù)段，防洪標(biāo)準(zhǔn)受劉家峽庫區(qū)庫水位變幅控制。永靖縣城段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=5%，20年一遇），相應(yīng)流量4290m3/s，永靖縣鄉(xiāng)村及農(nóng)田防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%，10年一遇），相應(yīng)流量4290m3/s，湟水匯入以下段，防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%，10年一遇），相應(yīng)流量5640m3/s。蘭州市城區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=1%，100年一遇），相應(yīng)流量6500m3/s。蘭州市西固區(qū)、皋蘭縣、榆中縣青城鎮(zhèn)、白銀市白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣（祖厲河匯入以上段）鄉(xiāng)村及農(nóng)田防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%，10年一遇），相應(yīng)流量5640m3/s。祖厲河匯入以下段，靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)、景泰縣鄉(xiāng)村及農(nóng)田防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)（P=10%，10年一遇），相應(yīng)流量5870m3/s。

3 堤防及護(hù)岸段工程地質(zhì)條件

3.1 甘南州瑪曲縣農(nóng)防段

該段屬甘南高原，青藏高原東部邊緣的一部分，屬南秦嶺印支褶皺帶、南祁連褶皺帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為沿古構(gòu)造線繼承性活動(dòng)?，斍菰?，工程區(qū)海拔3300～3620m，寬廣的河谷平原（沼澤濕地），黃河河道呈現(xiàn)寬淺的過渡及游蕩型，多“S”河灣，汊河較多，無固定河槽，河床谷寬0.5～4km不等，平均縱坡坡降1～1.5‰，一、二級(jí)階地及河漫灘發(fā)育，階面起伏不平。凹岸多形成沖刷岸，凸岸淤積現(xiàn)象明顯，岸坡坍岸及岸坡再造破壞嚴(yán)重，蠶食牧場。工程區(qū)屬高原大陸性高寒濕潤氣候。齊哈馬黃河大橋—唐克鄉(xiāng)段地震動(dòng)峰值加速度值0.05g，地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好，其余段地震動(dòng)峰值加速度值0.10g～0.15g，地震基本烈度為Ⅶ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.40s～0.45s。治理段以護(hù)岸和護(hù)坡為主，位于漫灘及一級(jí)階地，地基巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂壤土、砂礫石、含礫砂、中細(xì)砂、沼澤相泥炭質(zhì)粉質(zhì)壤土。

3.2 臨夏州（積石山縣、臨夏縣、東鄉(xiāng)縣、永靖縣）農(nóng)防段

該段地處隴西黃土高原向青藏高原過渡帶，屬秦嶺祁連東昆侖地槽系中祁連山加里東褶皺系，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動(dòng)為主，形成了多級(jí)階地地貌形態(tài)，工程區(qū)海拔2650～1560m。劉家峽、鹽鍋峽、八盤峽庫區(qū)治理段，天然黃河河道已被淹沒在庫下，庫區(qū)現(xiàn)狀護(hù)岸為黃河三級(jí)～五級(jí)階地，受水庫運(yùn)行水位控制，庫岸坍岸和再造較嚴(yán)重。庫尾段護(hù)岸位于漫灘及一級(jí)階地前緣，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值0.10～0.15g，地震基本烈度為Ⅶ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。治理段位于庫岸，主要為護(hù)岸及護(hù)坡，地基巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石、細(xì)砂、粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)土，部分段為白堊系、新近系的泥質(zhì)砂巖、泥巖。

3.3 蘭州市農(nóng)防段及城區(qū)段

該段地處隴西黃土高原的西北部，青藏高原向黃土高原的過渡地區(qū)，屬祁連山加里東褶皺系中祁連隆起帶東延部分，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動(dòng)為主，形成了多級(jí)階地地貌形態(tài)。工程區(qū)海拔1600～1450m。蘭州城區(qū)段受北西西向和北北西活動(dòng)斷裂控制，形成蘭州斷陷盆地，盆地內(nèi)有金城關(guān)斷層、雷壇河斷層等，黃河由西向東穿城而過，在城區(qū)形成新城-河口、西固-七里河和城關(guān)-雁灘三個(gè)串珠狀河谷盆地，各盆地內(nèi)均發(fā)育有多級(jí)階地，致使蘭州市發(fā)展成為一個(gè)東西長、南北窄、沿河兩岸分布的帶狀城市，主要市區(qū)座落于黃河河谷盆地兩岸階地之上。蘭州城區(qū)段受城市建設(shè)發(fā)展，天然黃河河道兩側(cè)密集分布城市綠化、路堤、市政設(shè)施、泵站、橋梁、公路等，河道行洪斷面受到制約。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45s。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。堤防及護(hù)岸主要位于漫灘、一級(jí)階地前緣，地基巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石、細(xì)砂，白堊系及新近系的泥質(zhì)砂巖、泥巖、砂礫巖。

3.4 白銀市（白銀區(qū)、平川區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、景泰縣）農(nóng)防段

該段地處隴西黃土高原北部邊緣地帶，騰格里沙漠和祁連山余脈與黃土高原的過渡地帶，屬祁連山加里東褶皺系北祁連褶皺帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動(dòng)為主，工程區(qū)大峽、烏金峽、紅山峽、黑山峽峽谷基巖隆起，治理段為河谷盆地，兩岸河漫灘、一級(jí)及二級(jí)階地段為防洪重點(diǎn)段，工程區(qū)海拔1460～1270m，河谷較寬闊，沖溝發(fā)育，多為季節(jié)性洪水排泄沖溝，直接匯入黃河，平時(shí)無水干涸，溝口基本無泥石流暴發(fā)堆積物。水川鎮(zhèn)地震動(dòng)峰值加速度值0.15g，基本烈度為Ⅶ度區(qū)，四龍鎮(zhèn)、靖遠(yuǎn)縣及景泰縣地震動(dòng)峰值加速度值0.20g，平川區(qū)段地震動(dòng)峰值加速度值0.30g，基本烈度為Ⅷ度區(qū)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期均為0.45s，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。堤防及護(hù)岸主要位于河漫灘、一級(jí)及二級(jí)階地前緣，地基巖性主要為第四系全新統(tǒng)砂卵礫石、碎石土、細(xì)砂、粉質(zhì)壤土和淤泥質(zhì)，局部段為新近系泥質(zhì)砂巖、泥巖、砂礫巖等。

3.5 總體工程地質(zhì)條件特征

黃河水水質(zhì)一般對(duì)普通混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。治理段沿岸部分沖溝地表水及地下水對(duì)普通混凝土具硫酸鹽型中等或強(qiáng)腐蝕，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋具弱或中等腐蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱或中等腐蝕性。堤基表層砂壤土、粉質(zhì)壤土對(duì)普通混凝土微腐蝕性。

堤防地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)呈單層或雙層結(jié)構(gòu)，以單一結(jié)構(gòu)（I）類型為主，巖性為砂卵礫石層，地下水埋深相對(duì)稍深，下伏白堊系或新近系基巖，工程地質(zhì)條件較好，堤基工程地質(zhì)條件分類為B類。雙層結(jié)構(gòu)（I I）主要分布一級(jí)階地，局部河漫灘，表層主要為洪積粉質(zhì)壤土、砂壤土、細(xì)砂，人工填筑堤防、路基，局部池塘、蘆葦塘分布淤泥質(zhì)砂，下部為砂卵礫石層，地下水埋深較淺，工程地質(zhì)條件較差或差，堤基工程地質(zhì)條件分類為C類及D類。

護(hù)岸地層結(jié)構(gòu)表層多為砂壤土、粉質(zhì)壤土、細(xì)砂、人工填筑，下部為砂卵礫石或基巖組成，具有單層或二～三層地層結(jié)構(gòu)，臨水側(cè)岸坡，抗沖刷能力較差，洪水期間邊坡沖刷、坍岸、邊坡失穩(wěn)，以穩(wěn)定性差岸坡為主，次為穩(wěn)定性較差岸坡。

存在主要工程地質(zhì)問題:沖刷問題、滲漏影響問題、滲透變形問題。

堤防及護(hù)岸沿岸塊石料、混凝土骨料、墊層料、圍堰土料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量滿足要求。堤身填筑料砂卵礫石、砂碎石土及馬蘭黃土就近選取，儲(chǔ)量及質(zhì)量滿足要求。

5 防護(hù)結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），經(jīng)比選防洪治理段工程包括新建堤防、加固堤防、新建護(hù)岸和加固護(hù)坡。

對(duì)于新建堤防臨水側(cè)護(hù)面形式，積石山、蘭州市、白銀市農(nóng)防段采用C 25混凝土仰斜式、C 25混凝土貼坡式、M 10漿砌石仰斜式，在鹽鍋峽、八盤峽庫區(qū)及蘭州市城區(qū)段采用重力式格賓石籠、C 25埋石混凝土衡重式擋墻。對(duì)于新建護(hù)岸臨水側(cè)護(hù)面形式，劉家峽庫區(qū)及瑪曲縣農(nóng)防段采用貼坡式C 25混凝土預(yù)制塊或格賓石籠，蘭州市、白銀市農(nóng)防段采用仰斜式現(xiàn)澆C 25混凝土或M 10漿砌石。貼坡式迎水面邊坡比一般為1∶1.5，局部段1∶2.0，仰斜式迎水面邊坡比一般為1∶0.5～1∶0.75，蘭州市城區(qū)衡重式擋墻迎水面邊坡比一般為1∶0.1～1∶0.2。堤防設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深一般2～3m，蘭州市段4～5m。

6 結(jié)語

（1）歷史上黃河水災(zāi)頻繁嚴(yán)重，建國以來，1955年、1958年、1964年、1967年、1981年，甘肅省黃河曾發(fā)生較大洪水，其中1981年蘭州站洪峰流量最大達(dá)5600m3/s，相當(dāng)于10年一遇，損失慘重。歷屆政府高度重視黃河洪水災(zāi)害的治理和防御工作，在黃河上游青海、甘肅建成了具有多年或年調(diào)節(jié)功能的大型水庫及電站，通過聯(lián)合調(diào)度、科學(xué)調(diào)蓄，汛期洪峰流量和徑流量明顯減小，有效地預(yù)防和抵御了洪水災(zāi)害。

（2）甘肅黃河1982～2011年，年降水量偏少，再加上大型水庫的調(diào)蓄，黃河沿岸基本無洪水災(zāi)害發(fā)生，沿岸生產(chǎn)生活得到保障，防洪意識(shí)淡薄，防洪設(shè)施投入和建設(shè)明顯滯后。

（3）甘肅黃河段2012年7月30日汛期洪水（蘭州段流量3860m3/s，約相當(dāng)于3年一遇），暴露出防洪現(xiàn)狀存在問題，損失慘重，引起國家、省、市、縣各級(jí)政府高度重視。

（4）由于近30年來基本無較大洪水發(fā)生，黃河兩岸隸屬不同行政區(qū)劃，沿岸居住人口暴漲，人均占有耕地量減少，兩岸侵占河床現(xiàn)象嚴(yán)重，河漫灘、河床、汊河行洪區(qū)被人為束窄，圍墾造地、河床內(nèi)亂挖亂采砂礫石料，河岸違章建筑阻礙行洪斷面。因地方財(cái)政投入受限，現(xiàn)有防洪設(shè)施大多數(shù)由縣、鄉(xiāng)、村自建，已建堤防及護(hù)岸工程年代不一，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低，施工質(zhì)量差別較大，部分段堤防運(yùn)行時(shí)間達(dá)四五十年，存在病害，險(xiǎn)工險(xiǎn)段和急需治理段落較多，沒有形成統(tǒng)一完整的防洪治理體系，迫切需要進(jìn)行系統(tǒng)防洪治理。

（5）黃河防洪治理應(yīng)以《中華人民共和國防洪法》，2008年7月21日國務(wù)院批復(fù)的《黃河流域防洪規(guī)劃》，2013年3月2日國務(wù)院批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》，2014年2月26日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批復(fù)的《蘭州市城市總體規(guī)劃（2011～2020）》（第四版）為法規(guī)依據(jù)。以《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）、《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL188-2005）等規(guī)范為依據(jù)，上下游，左右岸，統(tǒng)籌兼顧，因地制宜，科學(xué)合理設(shè)計(jì)治導(dǎo)線，選擇堤防、護(hù)岸、護(hù)坡、加固型式。

TV871

A

1672-2469（2015）10-0004-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.02

余侃柱（1965年—），男，高級(jí)工程師。