王世珍

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）

淺談臨潭縣干戈河城區(qū)段防洪治理項(xiàng)目防洪及綠化設(shè)計(jì)方案

王世珍

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）

以臨潭縣干戈河城區(qū)段防洪治理項(xiàng)目為例，針對(duì)臨潭縣城干戈河防洪及城市發(fā)展需求，采用能量守恒定律，確定防洪的洪水位，進(jìn)而根據(jù)堤頂超高及堤基埋深計(jì)算法，確定防洪堤的高度；根據(jù)工程區(qū)所在地理位置為臨潭縣城段，進(jìn)而對(duì)該段河道綠化，以達(dá)到美化城市的目的，以滿足臨潭縣城發(fā)展的需求。

防洪；必要性；工程規(guī)模；造床流量；河相關(guān)系；穩(wěn)定河寬；綠賓格墊；三維土工網(wǎng)

一、河道防洪依據(jù)

黨和國(guó)家歷來重視藏區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，2005年黨中央、國(guó)務(wù)院就頒布了《關(guān)于進(jìn)一步做好藏區(qū)發(fā)展穩(wěn)定工作的意見》。2008年11月國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《關(guān)于支持青海等省藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的若干意見》（國(guó)發(fā)〔2008〕34號(hào)），為貫徹國(guó)發(fā)〔2008〕34號(hào)文件，甘肅省人民政府以甘政發(fā)〔2009〕30號(hào)《甘肅省人民政府關(guān)于貫徹國(guó)務(wù)院支持青海等省藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展若干意見的實(shí)施意見》文件明確指出，甘南州是我省藏區(qū)，是藏族與其他民族共同聚居的民族自治地方。提出的目標(biāo)是到2012年，生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢(shì)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(yǎng)能力逐步提高，水土流失防治面積穩(wěn)步增加，城鄉(xiāng)居民收入接近或達(dá)到西部地區(qū)平均水平。到2020年，生態(tài)環(huán)境總體改善，生態(tài)系統(tǒng)步入良性循環(huán)。

二、項(xiàng)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(nóng)區(qū)與牧區(qū)、藏區(qū)與漢區(qū)的結(jié)合部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°10′～103°52′，北緯34°30′～35°05′。

干戈河是洮河一級(jí)支流，最高海拔高程3 852 m。河流自北向南流經(jīng)卓尼境內(nèi)進(jìn)入臨潭縣境內(nèi)，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?yàn)辄S土丘陵地貌，山地雜草叢生，植被差，每逢暴雨便有大洪水發(fā)生，匯流時(shí)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(qū)地處內(nèi)陸，大陸性氣候特點(diǎn)顯著。夏季降水量較大，多雷雨冰雹天氣；冬季多風(fēng)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(fā)量1484.6mm，全年降水集中在夏季（7、8）兩個(gè)月，約占全年降水量的40%。多年平均相對(duì)濕度為64%，多年最大風(fēng)速27m/s，平均日照時(shí)數(shù)2 313.6h，多年最大積雪深度23cm；多年最大凍土深度147cm。

工程區(qū)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(jīng)計(jì)算干戈河設(shè)計(jì)洪水成果見下表：

干戈河瞬時(shí)單位線法設(shè)計(jì)洪水成果表

（三）地質(zhì)

工程區(qū)位于臨潭縣北部。干坎河河谷盆地由新堆積的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地及河漫灘，河床等地貌單元構(gòu)成，階地為內(nèi)疊式，其中以Ⅱ級(jí)階地最為發(fā)育，階面寬廣、平緩、連續(xù)，為縣城所在地，該工程旨在保護(hù)縣城不致遭受洪水淹沒或側(cè)向侵蝕破壞。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%時(shí)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

根據(jù)工程布置，該段堤防沿干坎河Ⅰ級(jí)階地前緣岸坎布設(shè)，Ⅰ級(jí)階地階面高出主河床2～8m，其前緣上部為耕植土及粉質(zhì)壤土層，厚0.5～2.0m，黑褐色～黃褐色，土質(zhì)不均一，結(jié)構(gòu)稍密，無層理，蟲孔及大孔隙發(fā)育，含植物根系及砂礫石。Ⅰ級(jí)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(jié)構(gòu)稍密-中密，巖性主要為灰色、青灰色砂巖、灰?guī)r，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(shè)必要性

1.防洪減災(zāi)的需要：干戈河工程區(qū)段內(nèi)河流左右岸村莊及耕地相對(duì)較多，而現(xiàn)狀沿河左岸農(nóng)村和耕地的防洪設(shè)施不完善，遇到洪水即造成較大的災(zāi)害。

2.減少水土流失的需要：干戈河治理段內(nèi)左右岸階地發(fā)育，洪水發(fā)生后，洪水即淹沒農(nóng)田、直進(jìn)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(yán)重影響到當(dāng)?shù)卮迕竦恼Ｉa(chǎn)和生活。

3.社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的需要：2011年中央政治1號(hào)文件發(fā)布的《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（中發(fā)〔2011〕1號(hào)），是新世紀(jì)以來中央關(guān)注“三農(nóng)”的第八個(gè)“一號(hào)文件”。

三、工程規(guī)模

根據(jù)臨潭縣城長(zhǎng)期規(guī)劃和流域?qū)嶋H情況，確定建設(shè)任務(wù)時(shí)必須統(tǒng)籌兼顧，在充分認(rèn)識(shí)河段水情特點(diǎn)、水勢(shì)變化規(guī)律的前提下，依照防洪法和防洪標(biāo)準(zhǔn)，采取堤防與臨潭縣城長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展相結(jié)合，完善防洪體系，提高河道整體防洪能力，確保工程防護(hù)區(qū)在設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下不受洪水侵害，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

本次工程建設(shè)是根據(jù)當(dāng)?shù)睾闉?zāi)嚴(yán)重的實(shí)情和臨潭縣城的發(fā)展而進(jìn)行的。改工程的實(shí)施可保護(hù)城關(guān)區(qū)及后川村等村4 005戶1.802萬人，及城關(guān)液化氣站等鄉(xiāng)辦企業(yè)、城關(guān)第六小學(xué)等學(xué)校1 000名學(xué)生和0.56萬畝耕地的防洪安全。

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013）及《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ50—92）之規(guī)定，臨潭縣人口小于20萬，屬于一般城鎮(zhèn)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50～20年，本工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)取其下限值：洪水重現(xiàn)期為20年，相應(yīng)的堤防工程級(jí)別為4級(jí)。

工程區(qū)堤防地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜周期值為0.45s。本工程抗震按Ⅶ度設(shè)防。

四、工程布置

（一）造床流量的選定

造床流量對(duì)河床形態(tài)的塑造作用最大，目前多采用經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算。國(guó)內(nèi)一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作為造床流量，本次計(jì)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(wěn)定分析

經(jīng)計(jì)算，河道縱向穩(wěn)定系數(shù)為φh，=0.838～4.452，橫向穩(wěn)定系數(shù)為φb=0.337，表明干戈河在本防護(hù)區(qū)內(nèi)河段的縱向穩(wěn)定性差；且基本屬于游蕩型河流。

（三）河床河相關(guān)系及河型分析

河相關(guān)系主要由深寬比ξ來表征，反映了沿程河相關(guān)系的斷面穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)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(wěn)定河寬

堤距指兩岸堤線中心距亦即洪水治導(dǎo)線寬度，該指標(biāo)直接關(guān)系到工程造價(jià)和防護(hù)效益。經(jīng)用阿爾圖寧公式計(jì)算，干戈河的穩(wěn)定河寬為17.6m。干戈河治理河道寬度為34～61m，確定穩(wěn)定河寬≮30m。

五、堤防工程設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)洪水位確定

1.設(shè)計(jì)洪水位確定的基本方法。

防洪工程在干戈河治理河道內(nèi)共實(shí)測(cè)了8個(gè)河道橫斷面，根據(jù)治理河段的地貌和河道特性，本工程水面線計(jì)算的基本方法是采用能量方程，防洪標(biāo)準(zhǔn)按照20年一遇設(shè)計(jì)，相應(yīng)洪峰流量分別為185m3/s和252m3/s時(shí)各斷面的水位高程。采用的基本能量方程為：

2.流態(tài)判別。

治理段河道治理后斷面較為規(guī)則，可近似認(rèn)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(tài)。不同的流態(tài)在計(jì)算水面線時(shí)起調(diào)水位確定不同，所以需要進(jìn)行流態(tài)的判別。

（1）臨界水深計(jì)算

梯形斷面的臨界水深按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

hκ=（ψ/b2）1/3（當(dāng)Q/b2.5＜0.1時(shí)）

（2）流態(tài)判別。河道內(nèi)流態(tài)判別依據(jù)臨界坡度與河道實(shí)際坡度的大小比較確定。

臨界坡度ik按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，本工程區(qū)河道的臨界坡度=0.0028，而本段的實(shí)際河床坡度i=0.021，臨界坡度小于本段河道實(shí)際坡度i，所以本治理段河道屬陡坡，洪水在本段河道內(nèi)形成的流態(tài)為急流；故該工程區(qū)段水面線計(jì)算均應(yīng)從上游向下游推算。

3.控制水深的計(jì)算。在干戈河工程防護(hù)區(qū)內(nèi)，起點(diǎn)現(xiàn)有一座珉合公路橋及支溝申藏溝，故工程區(qū)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(jù)寬頂堰過流能力計(jì)算公式計(jì)算，計(jì)算公式為：

第二段為申藏溝溝口以下—工程區(qū)末端，本段河道的水面線計(jì)算采用二十年一遇洪水時(shí)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(shè)計(jì)洪水流量下的現(xiàn)有河道水深，河道斷面較為規(guī)則，可近似認(rèn)為洪水在此段河道中形成了明渠均勻流。根據(jù)明渠均勻流公式計(jì)算出十年一遇流量下相應(yīng)的水位高程，由上游向下游逐段試算出其他各斷面中心點(diǎn)的水位。

明渠均勻流公式為：Q=C×A（Ri）1/2

（二）沖刷深度計(jì)算

沖刷深度計(jì)算，采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013）中堤岸沖刷深度計(jì)算公式，對(duì)工程區(qū)段均按P=10%設(shè)計(jì)洪水，進(jìn)行沖刷深度計(jì)算。

基底高程按下式確定：Z基底=Z深泓線高程-（設(shè)計(jì)埋深）

經(jīng)計(jì)算，沖刷深度計(jì)算值為0.32 m～0.52 m。結(jié)合該工程綠化設(shè)計(jì)，該工程河床采用30 cm厚的綠賓格墊防護(hù)，堤防基礎(chǔ)可適當(dāng)減小，由于該段河道較為平順，設(shè)計(jì)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(yīng)為設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），堤頂超高按下式確定：

式中：Y—堤頂超高，m；

Rp—設(shè)計(jì)波浪爬高，經(jīng)計(jì)算Rp=0.39m；

e—設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，經(jīng)計(jì)算e=0.001m；A—安全加高，規(guī)范規(guī)定，4級(jí)堤防的安全加高值A(chǔ)=0.6m。干戈河在本防護(hù)段防洪標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇的洪水下，其堤頂超高Y為：0.99m，設(shè)計(jì)取分別取值1.0m。

2.堤頂高程。按規(guī)范規(guī)定Z頂=Z水面+Y計(jì)算。

3.堤岸防護(hù)型式及襯砌材料選擇。本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則，結(jié)合堤段所處地理位置、工程現(xiàn)狀、堤基地層巖性、筑堤建筑材料、施工條件、工程造價(jià)等因素綜合比較，工程在本防護(hù)區(qū)內(nèi)選擇夯填砂礫石梯形斷面土堤（砼或漿砌石護(hù)面）比較適宜。

砼或漿砌石護(hù)面夯填砂礫石梯形土堤采用砼護(hù)面比漿砌石護(hù)面投資省，砼護(hù)坡防滲效果也較漿砌石護(hù)坡好，另外，砼護(hù)坡施工快，可節(jié)省工期。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合考慮，新建夯填砂礫石梯形土堤設(shè)計(jì)選取現(xiàn)澆C20砼護(hù)面作為構(gòu)筑材料。

4.堤身設(shè)計(jì)。堤防設(shè)計(jì)主體為夯填砂礫石，要求相對(duì)密實(shí)度不小于0.6。橫斷面設(shè)計(jì)為梯形，設(shè)計(jì)堤頂寬度3m，臨水面邊坡1：1.5，背水面邊坡1：1.25，堤防護(hù)坡材料為現(xiàn)澆C20混凝土，頂部厚15cm，底部厚25cm，在護(hù)坡底部設(shè)寬0.8m，深0.5m的砼基礎(chǔ)。沿堤線每5m設(shè)一條寬20mm的橫向伸縮縫。堤頂設(shè)厚15cm、寬50cm的現(xiàn)澆C20砼壓頂。

六、防沖暗坎設(shè)計(jì)

由于干戈河縱坡較大，洪水對(duì)河床下切比較嚴(yán)重，為了防止河道下切，對(duì)兩岸河堤及綠化草坪的損壞，故在本工程區(qū)內(nèi)修建防沖暗坎。

防沖暗坎采用現(xiàn)澆C20砼澆筑，橫斷面尺寸為寬×高為0.5m×2.0m，其長(zhǎng)度根據(jù)河堤寬度而定。

七、河道綠化設(shè)計(jì)

干戈河屬于季節(jié)性河流，常年無水，只在雨季和發(fā)生洪水時(shí)才過水，結(jié)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(jìn)行綠化設(shè)計(jì)。根據(jù)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(jìn)行綠化，以達(dá)到美化臨潭縣城的需要，也給當(dāng)?shù)鼐用褚粋€(gè)休閑娛樂的場(chǎng)所。

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

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

三維植被網(wǎng)護(hù)坡是指利用活性植物并結(jié)合土工合成材料等工程材料，在坡面構(gòu)建一個(gè)具有自身生長(zhǎng)能力的防護(hù)系統(tǒng)，通過植物的生長(zhǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行加固的一門新技術(shù)。根據(jù)邊坡地形地貌、土質(zhì)和區(qū)域氣候的特點(diǎn)，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(zhǎng)活動(dòng)達(dá)到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的，經(jīng)過生態(tài)護(hù)坡技術(shù)處理，可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯(cuò)節(jié)的根系，有效抑制暴雨徑流對(duì)邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強(qiáng)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(wěn)定性和抗沖刷能力。

三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)綜合了土工網(wǎng)和植物護(hù)坡的優(yōu)點(diǎn)，起到了復(fù)合護(hù)坡的作用。邊坡的植被覆蓋率達(dá)到30%以上時(shí)，能承受小雨的沖刷，覆蓋率達(dá)80%以上時(shí)能承受暴雨的沖刷。待植物生長(zhǎng)茂盛時(shí)，能抵抗沖刷的徑流流速達(dá)6m/s，為一般草皮的2倍多。土工網(wǎng)的存在，對(duì)減少邊坡土壤的水分蒸發(fā)，增加入滲量有良好的作用。同時(shí)，由于土工網(wǎng)材料為黑色的聚乙烯，具有吸熱保溫的作用，可促進(jìn)種子發(fā)芽，有利于植物生長(zhǎng)。

八、結(jié)論

該工程在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，項(xiàng)目實(shí)施后，可提高該地區(qū)的防洪能力，減少洪災(zāi)損失，具有較好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義。

（編輯：劉國(guó)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(cè)設(shè)計(jì)。