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)相對稀少，河谷盆地區(qū)的河漫灘、一級、二級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，部分段洪水時搶險加固培厚。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18分，蘭州站流量3860m3/s，8月23日22時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個市（州）10個縣（區(qū)）38個鄉(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)生時間大多在7月和9月，8月發(fā)生的機(jī)會較少，個別年份出現(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)對象重要性不同，除永靖縣城段為4級堤防，蘭州市城區(qū)段為1級堤防外，其余段均為5級堤防。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)動表現(xiàn)為沿古構(gòu)造線繼承性活動?，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)動活動特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動為主，形成了多級階地地貌形態(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～五級階地，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)岸位于漫灘及一級階地前緣，工程區(qū)地震動峰值加速度值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)動活動特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動為主，形成了多級階地地貌形態(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)-雁灘三個串珠狀河谷盆地，各盆地內(nèi)均發(fā)育有多級階地，致使蘭州市發(fā)展成為一個東西長、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)地震動峰值加速度值0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動反應(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)動活動特點(diǎn)以區(qū)域性不均勻升降運(yùn)動為主，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、一級及二級階地段為防洪重點(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)縣及景泰縣地震動峰值加速度值0.20g，平川區(qū)段地震動峰值加速度值0.30g，基本烈度為Ⅷ度區(qū)，地震動反應(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、一級及二級階地前緣，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)一般對普通混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕，對鋼結(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普通混凝土具硫酸鹽型中等或強(qiáng)腐蝕，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋具弱或中等腐蝕，對鋼結(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)行時間達(dá)四五十年，存在病害，險工險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

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1672-2469（2015）10-0004-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.02

余侃柱（1965年—），男，高級工程師。