淺談臨潭縣干戈河城區段防洪治理項目防洪及綠化設計方案

王世珍

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 蘭州 730000）

淺談臨潭縣干戈河城區段防洪治理項目防洪及綠化設計方案

王世珍

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 蘭州 730000）

以臨潭縣干戈河城區段防洪治理項目為例，針對臨潭縣城干戈河防洪及城市發展需求，采用能量守恒定律，確定防洪的洪水位，進而根據堤頂超高及堤基埋深計算法，確定防洪堤的高度；根據工程區所在地理位置為臨潭縣城段，進而對該段河道綠化，以達到美化城市的目的，以滿足臨潭縣城發展的需求。

防洪；必要性；工程規模；造床流量；河相關系；穩定河寬；綠賓格墊；三維土工網

一、河道防洪依據

黨和國家歷來重視藏區的經濟社會發展，2005年黨中央、國務院就頒布了《關于進一步做好藏區發展穩定工作的意見》。2008年11月國務院出臺了《關于支持青海等省藏區經濟社會發展的若干意見》（國發〔2008〕34號），為貫徹國發〔2008〕34號文件，甘肅省人民政府以甘政發〔2009〕30號《甘肅省人民政府關于貫徹國務院支持青海等省藏區經濟社會發展若干意見的實施意見》文件明確指出，甘南州是我省藏區，是藏族與其他民族共同聚居的民族自治地方。提出的目標是到2012年，生態環境惡化的趨勢得到初步遏制，局部有明顯改善，植被覆蓋度、“三化”草原治理率、水源涵養能力逐步提高，水土流失防治面積穩步增加，城鄉居民收入接近或達到西部地區平均水平。到2020年，生態環境總體改善，生態系統步入良性循環。

二、項目工程概況

（一）地理位置

臨潭地處青藏高原東北邊緣，屬青藏高原與黃土高原交匯過渡地帶，位于甘肅省南部、甘南藏族自治州東部，是農區與牧區、藏區與漢區的結合部，地理坐標為東經103°10′～103°52′，北緯34°30′～35°05′。

干戈河是洮河一級支流，最高海拔高程3 852 m。河流自北向南流經卓尼境內進入臨潭縣境內，至拉扎干匯入洮河。干戈河及各支溝河道曲折，溝壑縱橫，河谷下切甚深，山坡較陡。流域為黃土丘陵地貌，山地雜草叢生，植被差，每逢暴雨便有大洪水發生，匯流時間快，峰高量大。

（二）水文、氣象

臨潭縣城位于洮河中游，本次采用臨潭縣氣象站的資料。工程區地處內陸，大陸性氣候特點顯著。夏季降水量較大，多雷雨冰雹天氣；冬季多風少雪，氣候寒冷干燥。多年平均氣溫3.2℃，最熱為7月，月平均氣溫13.4℃，最冷為1月，月平均氣溫-8.5℃，極端最高溫度29.6℃，極端最低溫度-27.1℃，多年平均降水量520.0mm，多年平均蒸發量1484.6mm，全年降水集中在夏季（7、8）兩個月，約占全年降水量的40%。多年平均相對濕度為64%，多年最大風速27m/s，平均日照時數2 313.6h，多年最大積雪深度23cm；多年最大凍土深度147cm。

工程區主要在干戈河的臨潭縣城段，工程末端以上流域面積115 km2，治理段之間有較大支溝申藏溝匯入，申藏溝匯入口以上流域面積73.9km2。

經計算干戈河設計洪水成果見下表：

干戈河瞬時單位線法設計洪水成果表

（三）地質

工程區位于臨潭縣北部。干坎河河谷盆地由新堆積的Ⅰ、Ⅱ級階地及河漫灘，河床等地貌單元構成，階地為內疊式，其中以Ⅱ級階地最為發育，階面寬廣、平緩、連續，為縣城所在地，該工程旨在保護縣城不致遭受洪水淹沒或側向侵蝕破壞。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），設防水準為50年超越概率10%時，工程區地震動峰值加速度為0.15g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度，地震動反應譜特征周期為0.45s。

根據工程布置，該段堤防沿干坎河Ⅰ級階地前緣岸坎布設，Ⅰ級階地階面高出主河床2～8m，其前緣上部為耕植土及粉質壤土層，厚0.5～2.0m，黑褐色～黃褐色，土質不均一，結構稍密，無層理，蟲孔及大孔隙發育，含植物根系及砂礫石。Ⅰ級階地下部及河床、河漫灘為第四系沖洪積砂礫石層，青灰色，結構稍密-中密，巖性主要為灰色、青灰色砂巖、灰巖，磨圓度較差，顆粒呈棱角狀-次棱角狀，分選性較差，砂礫石層整層較均勻，無明顯的軟弱夾層，為良好的持力層，其厚度大于5m。

（四）建設必要性

1.防洪減災的需要：干戈河工程區段內河流左右岸村莊及耕地相對較多，而現狀沿河左岸農村和耕地的防洪設施不完善，遇到洪水即造成較大的災害。

2.減少水土流失的需要：干戈河治理段內左右岸階地發育，洪水發生后，洪水即淹沒農田、直進村莊，造成岸坡坍塌和滑坡，堵塞河道，降低了河道的泄洪能力。嚴重影響到當地村民的正常生產和生活。

3.社會經濟發展和生態建設的需要：2011年中央政治1號文件發布的《中共中央、國務院關于加快水利改革發展的決定》（中發〔2011〕1號），是新世紀以來中央關注“三農”的第八個“一號文件”。

三、工程規模

根據臨潭縣城長期規劃和流域實際情況，確定建設任務時必須統籌兼顧，在充分認識河段水情特點、水勢變化規律的前提下，依照防洪法和防洪標準，采取堤防與臨潭縣城長遠發展相結合，完善防洪體系，提高河道整體防洪能力，確保工程防護區在設計洪水標準下不受洪水侵害，促進當地經濟可持續發展。

本次工程建設是根據當地洪災嚴重的實情和臨潭縣城的發展而進行的。改工程的實施可保護城關區及后川村等村4 005戶1.802萬人，及城關液化氣站等鄉辦企業、城關第六小學等學校1 000名學生和0.56萬畝耕地的防洪安全。

根據現行國家標準《防洪標準》（SL252—2000）、《堤防工程設計規范》（GB50286—2013）及《城市防洪工程設計規范》（CJJ50—92）之規定，臨潭縣人口小于20萬，屬于一般城鎮，防洪標準為50～20年，本工程設計防洪標準取其下限值：洪水重現期為20年，相應的堤防工程級別為4級。

工程區堤防地震動峰值加速度為0.15g，相應地震基本烈度Ⅶ度，地震動反應譜周期值為0.45s。本工程抗震按Ⅶ度設防。

四、工程布置

（一）造床流量的選定

造床流量對河床形態的塑造作用最大，目前多采用經驗方法計算。國內一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作為造床流量，本次計算采用2年一遇的洪峰流量作為造床流量，申藏溝以上為38.9m3/s，申藏溝以下為51.7m3/s。

（二）造床穩定分析

經計算，河道縱向穩定系數為φh，=0.838～4.452，橫向穩定系數為φb=0.337，表明干戈河在本防護區內河段的縱向穩定性差；且基本屬于游蕩型河流。

（三）河床河相關系及河型分析

河相關系主要由深寬比ξ來表征，反映了沿程河相關系的斷面穩定性。經計算，干戈河干戈河ζ平均值為13，該段河道偏向于過渡型河段。

（四）穩定河寬

堤距指兩岸堤線中心距亦即洪水治導線寬度，該指標直接關系到工程造價和防護效益。經用阿爾圖寧公式計算，干戈河的穩定河寬為17.6m。干戈河治理河道寬度為34～61m，確定穩定河寬≮30m。

五、堤防工程設計

（一）設計洪水位確定

1.設計洪水位確定的基本方法。

防洪工程在干戈河治理河道內共實測了8個河道橫斷面，根據治理河段的地貌和河道特性，本工程水面線計算的基本方法是采用能量方程，防洪標準按照20年一遇設計，相應洪峰流量分別為185m3/s和252m3/s時各斷面的水位高程。采用的基本能量方程為：

2.流態判別。

治理段河道治理后斷面較為規則，可近似認為洪水在河道治理后形成了明渠均勻流，明渠均勻流有緩流、急流和臨界流三種流態。不同的流態在計算水面線時起調水位確定不同，所以需要進行流態的判別。

（1）臨界水深計算

梯形斷面的臨界水深按下列公式進行計算：

hκ=（ψ/b2）1/3（當Q/b2.5＜0.1時）

（2）流態判別。河道內流態判別依據臨界坡度與河道實際坡度的大小比較確定。

臨界坡度ik按下列公式進行計算：

經計算，本工程區河道的臨界坡度=0.0028，而本段的實際河床坡度i=0.021，臨界坡度小于本段河道實際坡度i，所以本治理段河道屬陡坡，洪水在本段河道內形成的流態為急流；故該工程區段水面線計算均應從上游向下游推算。

3.控制水深的計算。在干戈河工程防護區內，起點現有一座珉合公路橋及支溝申藏溝，故工程區分為二段。

第一段為珉合公路橋——申藏溝上游段，上游控制水位由珉合公路橋處的水位作為本段的控制斷面水位。其橋下水深根據寬頂堰過流能力計算公式計算，計算公式為：

第二段為申藏溝溝口以下—工程區末端，本段河道的水面線計算采用二十年一遇洪水時的水位分別作為控制斷面的水位。第二段控制水深采用上游段4#斷面處在設計洪水流量下的現有河道水深，河道斷面較為規則，可近似認為洪水在此段河道中形成了明渠均勻流。根據明渠均勻流公式計算出十年一遇流量下相應的水位高程，由上游向下游逐段試算出其他各斷面中心點的水位。

明渠均勻流公式為：Q=C×A（Ri）1/2

（二）沖刷深度計算

沖刷深度計算，采用《堤防工程設計規范》（GB50286—2013）中堤岸沖刷深度計算公式，對工程區段均按P=10%設計洪水，進行沖刷深度計算。

基底高程按下式確定：Z基底=Z深泓線高程-（設計埋深）

經計算，沖刷深度計算值為0.32 m～0.52 m。結合該工程綠化設計，該工程河床采用30 cm厚的綠賓格墊防護，堤防基礎可適當減小，由于該段河道較為平順，設計埋深值按深泓線以下1.0 m。

（三）堤頂高程

1.堤頂超高。堤頂高程應為設計洪水位加堤頂超高確定，根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013），堤頂超高按下式確定：

式中：Y—堤頂超高，m；

Rp—設計波浪爬高，經計算Rp=0.39m；

e—設計風壅增水高度，經計算e=0.001m；A—安全加高，規范規定，4級堤防的安全加高值A=0.6m。干戈河在本防護段防洪標準為二十年一遇的洪水下，其堤頂超高Y為：0.99m，設計取分別取值1.0m。

2.堤頂高程。按規范規定Z頂=Z水面+Y計算。

3.堤岸防護型式及襯砌材料選擇。本著因地制宜、經濟合理的原則，結合堤段所處地理位置、工程現狀、堤基地層巖性、筑堤建筑材料、施工條件、工程造價等因素綜合比較，工程在本防護區內選擇夯填砂礫石梯形斷面土堤（砼或漿砌石護面）比較適宜。

砼或漿砌石護面夯填砂礫石梯形土堤采用砼護面比漿砌石護面投資省，砼護坡防滲效果也較漿砌石護坡好，另外，砼護坡施工快，可節省工期。經技術經濟比較，綜合考慮，新建夯填砂礫石梯形土堤設計選取現澆C20砼護面作為構筑材料。

4.堤身設計。堤防設計主體為夯填砂礫石，要求相對密實度不小于0.6。橫斷面設計為梯形，設計堤頂寬度3m，臨水面邊坡1：1.5，背水面邊坡1：1.25，堤防護坡材料為現澆C20混凝土，頂部厚15cm，底部厚25cm，在護坡底部設寬0.8m，深0.5m的砼基礎。沿堤線每5m設一條寬20mm的橫向伸縮縫。堤頂設厚15cm、寬50cm的現澆C20砼壓頂。

六、防沖暗坎設計

由于干戈河縱坡較大，洪水對河床下切比較嚴重，為了防止河道下切，對兩岸河堤及綠化草坪的損壞，故在本工程區內修建防沖暗坎。

防沖暗坎采用現澆C20砼澆筑，橫斷面尺寸為寬×高為0.5m×2.0m，其長度根據河堤寬度而定。

七、河道綠化設計

干戈河屬于季節性河流，常年無水，只在雨季和發生洪水時才過水，結合臨潭縣城已建堤防及河道整治工程，本工程為了美化臨潭縣城需要，本次在干戈河河道中心修建滿足2年一遇洪水下的排洪渠外，在河床進行綠化設計。根據臨潭縣城在本工程末端已建綠化情況來看，在排洪渠外的河床種植草籽進行綠化，以達到美化臨潭縣城的需要，也給當地居民一個休閑娛樂的場所。

為了防止洪水對河床沖刷嚴重，本次在河道中鋪設30 cm厚的綠賓墊，綠賓格單個尺寸為2.0 m×2.0 m×0.3 m。上層鋪設40 cm土層，三維土工網置于土層中，土層上部種植草坪。

由于干戈河縱坡較大，達到2.1%，洪水對河床下切比較嚴重，為了防止洪水對河床沖刷下切，本次在河道中鋪設30 cm的綠賓墊護墊，綠賓格單個尺寸為2.0 m×2.0 m×0.3 m，以及在干戈河主河道設29道防沖暗坎。上層鋪設40cm土層，三維土工網置于土層中，土層上部種植草坪。

三維植被網護坡是指利用活性植物并結合土工合成材料等工程材料，在坡面構建一個具有自身生長能力的防護系統，通過植物的生長對邊坡進行加固的一門新技術。根據邊坡地形地貌、土質和區域氣候的特點，在邊坡表面層土工合成材料并按一定的組合與間距種植多種植物。通過植物的生長活動達到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的，經過生態護坡技術處理，可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯節的根系，有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度，減小孔隙水壓力和土體自重力，從而大幅度提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力。

三維植被網護坡技術綜合了土工網和植物護坡的優點，起到了復合護坡的作用。邊坡的植被覆蓋率達到30%以上時，能承受小雨的沖刷，覆蓋率達80%以上時能承受暴雨的沖刷。待植物生長茂盛時，能抵抗沖刷的徑流流速達6m/s，為一般草皮的2倍多。土工網的存在，對減少邊坡土壤的水分蒸發，增加入滲量有良好的作用。同時，由于土工網材料為黑色的聚乙烯，具有吸熱保溫的作用，可促進種子發芽，有利于植物生長。

八、結論

該工程在技術上可行，經濟上合理，項目實施后，可提高該地區的防洪能力，減少洪災損失，具有較好的社會效益、經濟效益和生態環境效益，對于促進當地社會經濟的發展具有特別重要的意義。

（編輯：劉國華）

TV544

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1673-9019（2016）21-0035-04

2016-05-25

王世珍（1977-），男，甘肅皋蘭人，工程師，主要從事水利水電工程勘測設計。