王 磊，毛 力

（蘭州新區(qū)水務(wù)設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州新區(qū) 730300）

蘭州新區(qū)是全國第五個、西北地區(qū)第一個國家級新區(qū)，位于隴西黃土高原的西北部，是青藏高原、蒙古高原和黃土高原的交匯地，也是祁連山脈東延之余脈插入隴西盆地的交錯地帶，南北長約73 km，東西寬約32 km，規(guī)劃總面積1744 km2，地理坐標(biāo)為北緯36°17′15″～36°43′29″，東經(jīng)103°29′22″～103°49′46″［1]。

隨著蘭州新區(qū)城市化和工業(yè)化進程不斷推進發(fā)展，人為擾動的不斷加強，造成水泥固化面積不斷增加，原始行洪河道不斷破壞，下墊面滯蓄洪水能力不斷發(fā)生變化，促使新區(qū)洪水排泄無“出路”；同時，近年來蘭州新區(qū)氣候異常，降雨較大，雨水匯流后形成的季節(jié)性洪水時常發(fā)生且洪峰流量較大。因此，蘭州新區(qū)防洪面臨著嚴(yán)峻考驗。

1 流域概況

水阜河是蔡家河的一級支流，黃河的二級支流，全流域集水面積405.63 km2，河道總長約48.65 km，天然落差400 m，河床平均比降8.26‰。水阜河源于西岔鎮(zhèn)山字墩，依次流經(jīng)趙家鋪、窩窩井，至水阜鎮(zhèn)的石澇池、而后流經(jīng)砂崗村、水阜村、燕兒坪、長川村、老鸛村、最后于石洞鎮(zhèn)文山村匯入蔡家河。

水阜河徑流主要由降水補給，枯季主要由地下水補給，年徑流模數(shù)從上游向下游遞增。徑流年際變化比較穩(wěn)定，但年內(nèi)分配極不均勻，6月～9月的徑流量占全年徑流量的70%以上。

水阜河在地貌單元上屬強烈侵蝕堆積的黃土丘陵區(qū)，屬隴西黃土高原的西北部分，黃土覆蓋在起伏較小的白堊系紅層之上，微地貌主要有黃土構(gòu)造侵蝕中低山區(qū)及水阜河谷區(qū)兩個地貌區(qū)。水阜河谷走向多呈東西向，屬季節(jié)性河道，谷底呈“U”字型。流域內(nèi)植被覆蓋率極低，80%以上的地面呈裸露狀態(tài)，水土流失非常嚴(yán)重。同時，流域內(nèi)干旱、霜凍、暴雨等自然災(zāi)害頻繁。

水阜河支溝較發(fā)育，大小支溝約55 條，其中流域面積大于1 km2的支溝共16 條，左岸7 條，右岸9 條。為了保障蘭州新區(qū)東南片區(qū)工業(yè)廠區(qū)和組團產(chǎn)業(yè)財產(chǎn)安全，保證中水管道蓄納的雨洪匯流至水阜河能順利排泄，研究選取水阜河上游流域趙家鋪至窩窩井6.4 km 行洪河道為研究對象。

2 河道現(xiàn)狀及問題

2.1 河道現(xiàn)狀

2016年在趙家鋪村以南游修建蘭州新區(qū)南繞城快速路，橫穿截斷水阜河，路面高出溝底20 余米。水阜河經(jīng)南繞城快速路截斷后全流域集水面積減為379.53 km2，河道長39.08 km，河床平均比降8.4‰。上游流域山地被推平，雨水匯入市政管網(wǎng)。

2.2 河道存在的問題

（1）現(xiàn)狀河道被耕地、林地、村莊等占用，沒有明顯河槽，一遇洪水沖毀房屋、農(nóng)田和路基的現(xiàn)象時有發(fā)生。

（2）現(xiàn)狀河道比降陡，主河槽寬窄變化大，河道河灣有發(fā)展下移趨勢。

（3）河道管理不到位，缺乏專項資金，只修不管，同時河道內(nèi)存在“亂采、亂挖、亂推、亂倒、亂建”等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著河道的防洪能力。

3 河道演變及河相分析

3.1 河道演變

（1）河道形態(tài)

水阜河大體由西北流向東南，河道全長約49 km，天然落差400 m，平均比降8‰，河谷寬約50 m～300 m，河床呈寬淺的“U”字型，河道總體彎曲，多處出現(xiàn)“S 型”河彎，部分段較為順直，屬于蜿蜒型河道。

（2）影響因素

水阜河道的演變主要受新構(gòu)造運動、河道邊界、來水條件等因素的影響。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動以間歇性升降為主，全新世以來，地殼下降運動逐漸緩和，河道除繼續(xù)下切侵蝕外，水平方向的側(cè)蝕有所加強。水阜河岸多為I 級洪積臺地前緣，屬土質(zhì)岸坡，抗沖刷能力較差，在縱向輸沙基本平衡的條件下，河道泥沙交換以橫向為主，易造成河道水流偏移，也是河道變遷的重要原因。

從來水條件看，水阜河徑流量小，其影響微弱；水阜河多暴雨洪水，雖然作用時間短，但能量大，是影響河勢變化的主要原因之一［2]。若洪水量級較大，則其挾沙能力強，河道以沖刷為主；反之，河道則淤積。河道沖刷一般發(fā)生在大洪水過程較短的時間內(nèi)，而淤積過程則需要較長的時間。同時，水阜河谷較為開闊，給主槽的的蜿蜒彎曲提供了條件。

（3）歷史及近期演變

水阜河谷在水阜村以上較為狹窄，河谷寬度在50 m 以內(nèi)，自水阜村以下開始變得開闊，河谷寬度在50 m～300 m 之間。河谷地層主要為白堊系紅色砂巖和第四系沖洪積堆積物，地質(zhì)構(gòu)造條件較好，經(jīng)考證及查閱歷史洪水文獻資料，水阜河受山體的限制，河道未發(fā)生過改道和變遷情況。同時，依據(jù)50年代和80年代1∶5 萬地形圖作平面對照分析，可以看出，水阜河主槽河勢也基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，只是局部有河道變窄、大灣變小灣等變化，這主要是受到人為填河造地的影響所致。

（4）演變趨勢

水阜河河床穩(wěn)定性較差，泥沙平水期也有移動，引起河道變遷的主要原因是河床底蝕和側(cè)蝕。水阜河河床質(zhì)為松散的砂礫石層，河岸為土質(zhì)岸坡，抗沖刷能力較差，是造成河床側(cè)蝕的主要原因。工程區(qū)凹岸以側(cè)蝕沖刷為主，凸岸以淤積為主，現(xiàn)代河床受人工影響呈蛇曲狀，河床淤積嚴(yán)重，影響行洪安全。

3.2 河相分析

（1）造床流量

造床流量按平灘水位法，或直接用年平均流量、日平均最大流量、10%～20%（較大河流）或66.67%（較小河流）頻率的洪峰流量進行對比，最后確定合適的造床流量［3]。根據(jù)本次治理河段年平均流量小，枯水期長，洪枯水量相差懸殊，無穩(wěn)定中水期的特點，選用2 a 一遇洪峰流量作為計算值，為6.07 m3/s。

（2）河道穩(wěn)定性指標(biāo)①縱向穩(wěn)定系數(shù)［4]:

式中：Φh為縱向穩(wěn)定系數(shù)；d為床沙平均粒徑，m；J為縱向比降；h為河流平灘水深，m。

穩(wěn)定系數(shù)Φh的大和小，只表示泥沙運動的強和弱，泥沙運動愈強，河床的變化也愈劇烈。穩(wěn)定系數(shù)在實際中可以作為判斷河流泥沙運動強度和沙丘運動引起河床變形強度的依據(jù)［5]。Φh值愈大，則泥沙運動愈弱，河床愈不易變形；相反Φh值愈小，則泥沙運動愈強，河床愈易變形［6]。因此，這一系數(shù)只能表達河床底部的穩(wěn)定性，并不能表達河岸的穩(wěn)定性。

經(jīng)計算水阜河本次治理段河床縱向穩(wěn)定系數(shù)為0.015，見表1，說明河床泥沙運動相對較強，河床縱向易變形，溝道河床縱向穩(wěn)定性較差。

表1 水阜河治理段河床縱向穩(wěn)定計算表

②橫向穩(wěn)定系數(shù)［7]：

式中：Φb為橫向穩(wěn)定系數(shù)；Q為造床流量，m3/s；J為縱向比降；B為相當(dāng)造床流量的平灘河寬，m。

決定河岸穩(wěn)定性的因素主要是河岸泥沙土壤的抗沖能力，其次是灘槽高差。研究表明，Φb值越大，河身相對較窄，比降較少，水流平緩歸順，河岸越穩(wěn)定；反之，Φb值越小，則河岸越不穩(wěn)定［8]。水阜河本次治理段河道的造床流量為6.07 m3/s、比降為8‰、平灘河寬為11 m，經(jīng)計算工程區(qū)河段河岸的橫向穩(wěn)定系數(shù)為0.59，見表2，說明項目區(qū)水阜河岸橫向穩(wěn)定性較差。

表2 水阜河治理段河道橫向穩(wěn)定計算表

（3）河相關(guān)系

根據(jù)河床演變理論，沖積河流通過自動調(diào)整作用，作為較長時期的平均情況來說，有可能處于相對平衡狀態(tài)，在斷面形態(tài)和縱剖面與流量因素之間應(yīng)該存在某種定量關(guān)系，這種定量關(guān)系一般稱為河相關(guān)系［9]。

用寬深比關(guān)系表達［10]：

式中：ξ為河相系數(shù)；B為平灘水位時河寬，m；H為平灘水位時水深，m。

研究表明，斷面河相系數(shù)越小，河床越穩(wěn)定，反之則越不穩(wěn)定，斷面愈寬淺，水流對兩岸側(cè)蝕愈強烈［11]。按照項目區(qū)河道所選典型斷面造床流量所對應(yīng)的水面寬及水深計算，得到水阜河治理段典型斷面的河相系數(shù)，計算結(jié)果見表3。

表3 水阜河治理段造床流量及河相系數(shù)表

按照水阜河治理段造床流量所對應(yīng)的水面寬及平均水深計算，得到水阜河治理段河相系數(shù)為7.9，參考甘肅省黃河流域的一些河流，穩(wěn)定河段的河相系數(shù)一般在4.0～10.0 之間，計算所得的河相系數(shù)介于穩(wěn)定河段的河相系數(shù)，說明該河段形態(tài)較穩(wěn)定。

4 河道治理

4.1 治理原則

根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)狀及保護范圍，在充分認(rèn)識河段水性特點、水量變化規(guī)律的前提下，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采取護岸與河道治理相結(jié)合，護岸與道路相結(jié)合，防洪與排洪相結(jié)合的方式，完善防洪體系，提高防洪能力，確保工程防護區(qū)在設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)下不受洪水侵害，并在滿足防洪要求的基礎(chǔ)上打造生態(tài)水系景觀，促進新區(qū)多元功能的集聚。

4.2 治理目標(biāo)

（1）提高防洪能力通過治理，進一步完善水阜河的防洪工程，形成有效的防洪減災(zāi)體系，提高河道的過洪能力和對災(zāi)害的預(yù)警能力，更好地保障沿岸群眾的財產(chǎn)和生命安全，解決鎮(zhèn)域發(fā)展與防洪減災(zāi)的突出矛盾。

（2）有效改善生態(tài)環(huán)境目前，水阜河生態(tài)環(huán)境狀況較差，垃圾、雜草、淤積等臟亂差的問題嚴(yán)重影響著沿線居民的生產(chǎn)生活。通過生態(tài)治理，可以大大改善河道周邊的人居環(huán)境和區(qū)容區(qū)貌，改善流域域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)文明的建設(shè)。

（3）有效減少水土流失通過永久性工程與臨時工程相結(jié)合，全面治理和重點治理相結(jié)合，工程措施和植物措施相結(jié)合的辦法，建立一個水土保持功能完善、結(jié)構(gòu)合理、效益顯著的水土保持綜合防治體系，從而達到控制減少水土流失，綠化美化環(huán)境，促進人與自然的和諧，水土資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

水阜河上游河段形態(tài)較為穩(wěn)定，但針對水阜河治理滯后，防洪安全隱患大，縱向、橫向穩(wěn)定性以及河道形象較差等諸多亟待解決的問題，蘭州新區(qū)河道生態(tài)治理已不僅是防洪的迫切需要，也是改善生態(tài)環(huán)境、建設(shè)生態(tài)文明城市的迫切需要，更是提升景觀和文化品位、改善人居環(huán)境和安全的迫切需要。因此在堅持河道治理原則、目標(biāo)的基礎(chǔ)上，建議蘭州新區(qū)水阜河河道生態(tài)治理建設(shè)盡快落實并實施。