甘肃省黄河防洪治理工程特征及措施

余侃柱

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730000）

甘肃省黄河防洪治理工程特征及措施

余侃柱

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730000）

通过深入分析甘肃省黄河防洪治理工程水文、气象、洪水、工程地质条件的特征，防洪治理现状和存在问题，提出防洪治理段的防洪标准、工程措施及断面型式。

黄河；防洪治理；堤防及护岸

引 言

黄河流经甘肃省境内河道总长913km，沿线汇入一级支流有隆务河、大夏河、洮河、湟水、庄浪河、宛川河、祖厉河。从上游至下游，较大地貌单元有基岩峡谷区和河谷盆地区，基岩峡谷区陆续建有多座水电站，如刘家峡、盐锅峡、八盘峡、小峡、大峡等，峡谷区内耕地和居民村镇相对稀少，河谷盆地区的河漫滩、一级、二级阶地沿岸分布大片农田、蔬菜园、果园、牧草地、村镇、公路等建筑设施，是黄河沿岸人民世代生活和发展的基础。历史上黄河洪水频繁泛滥，洪灾损失惨重，黄河洪水威胁成为中华民族的心腹之患。为了抵御洪水，历史上不同时期曾修建砂砾石土堤、干砌石堤防、浆砌石护岸、抛石拜、抛石及干砌石丁坝，部分段洪水时抢险加固培厚。新中国成立后，在干流上修建一系列水电站进行调控和防洪，减轻电站下游保护区抵御洪水的压力。由于种种原因，目前还没有形成完整防洪体系。2012年7月，黄河上游发生1986年以来的最大洪水，7月至8月中旬，黄河兰州以上地区降雨量120～340mm，为1956年有实测资料以来历史最大，7月30日10时18分，兰州站流量3860m3/s，8月23日22时40分，兰州站流量3620m3/s。从7月23日，黄河兰州站超过2000m3/s流量已经持续38天，受持续行洪影响，白银、兰州、临夏3个市（州）10个县（区）38个乡镇6.6万亩耕地和河滩农田被淹，有106处32.3km堤防和护岸坍塌受损，51处58.9km堤防渗水，229座泵房、水渠、水厂等水利设施水毁和损坏，初步估算直接经济损失3.7亿元。本文以甘肃省境内黄河防洪治理工程资料为基础，深入分析研究治理段堤防及护岸特征及工程条件，提出防洪治理段的防洪标准、工程措施及断面型式。

1 水文气象洪水特征

甘肃省黄河流域受高空西风气流的控制，远离海洋，属典型的大陆气候，冬季寒冷干燥，夏季凉爽，雨量集中，春、秋季短且多风，日、年温差大，无霜期短，雨量少，蒸发大，空气湿度低。降雨量在年内、年际和地区分布上极不均匀。从年内分配分析，冬、春较为干旱，夏、秋则常有暴雨和连阴雨产生。从年际分配，降雨量差异也较大。在地区分布上，降雨中心主要位于黄河上游吉迈～玛曲～唐乃亥区间和支流大夏河、洮河、湟水等地区。吉迈～玛曲区间的降雨量最大，最大年降雨量可达800mm，唐乃亥～循化区间年降雨量为250～300mm，上诠～青铜峡区间多年平均年降雨量一般在300mm以下。甘肃省黄河治理段各气象站主要气象要素统计见表1。

黄河上游已建多座多级水电站，其中具有年调节性能的水库有龙羊峡水库（总库容247亿m3）和刘家峡水库（总库容57亿m3），这两座水库的联合调度运行，使该段河川径流发生了很大变化，改变了河川径流的天然状态，汛期洪峰流量和径流量明显减少，非汛期径流增大，使年际、年内变化趋于均匀，对下游灌溉、防洪、防凌、发电作用明显，经济效益巨大。

表1 甘肃省黄河治理段各气象站主要气象要素

黄河上游径流主要为流域内降水形成，以雨水补给为主，融雪补给为辅，由于有天然湖泊、沼泽的调蓄，径流变化相对稳定。径流年内变化受环流形势、降水、气温和下垫面等因素的影响，汛期6月～9月径流量约占年总径流量的60%。年际变化不大，但存在连丰、连枯交替现象，出现了连续11年枯水段一次和5年以上的连续枯水段三次。包括丰、平、枯在内的一个比较完整的水文周期大概为50年～80年。黄河上游枯水期为12月～翌年3月，主汛期为6月～10月，非汛期为11月～翌年5月。

黄河上游洪水主要由大面积长历时暴雨形成，降水水气主要来自印度洋孟加拉湾。洪水发生时间大多在7月和9月，8月发生的机会较少，个别年份出现6月份和10月份上中旬。黄河上游洪水涨落较缓，历时较长，洪次较少，间隔较长。一次洪水过程平均40天左右，洪水峰量关系较好，大小洪水年周期交替现象比较明显，洪水一般为单峰型洪水，但还有7月份和9月份各出现一次洪峰的双峰型洪水。历史上有实测资料及考证调查成果的洪峰流量，兰州水文站，1904年7月为8500m3/s，1981年9月为5900m3/s。安宁渡水文站，1904年7月为8640m3/s，1981年9月为7100m3/s。

2 防洪标准

根据甘肃省黄河沿岸保护对象重要性不同，除永靖县城段为4级堤防，兰州市城区段为1级堤防外，其余段均为5级堤防。各段防洪标准及相应流量如下:

玛曲县乡村及草场防护段防洪标准（P=10%， 10年一遇），相应流量2290～2950m3/s。积石山县乡村及农田防护段防洪标准（P=10%，10年一遇），相应流量3730m3/s。临夏县及东乡县乡村及农田防护段，防洪标准受刘家峡库区库水位变幅控制。永靖县城段防洪标准（P=5%，20年一遇），相应流量4290m3/s，永靖县乡村及农田防护段防洪标准（P=10%，10年一遇），相应流量4290m3/s，湟水汇入以下段，防洪标准（P=10%，10年一遇），相应流量5640m3/s。兰州市城区段防洪标准（P=1%，100年一遇），相应流量6500m3/s。兰州市西固区、皋兰县、榆中县青城镇、白银市白银区、靖远县（祖厉河汇入以上段）乡村及农田防护段防洪标准（P=10%，10年一遇），相应流量5640m3/s。祖厉河汇入以下段，靖远县、平川区、景泰县乡村及农田防护段防洪标准（P=10%，10年一遇），相应流量5870m3/s。

3 堤防及护岸段工程地质条件

3.1 甘南州玛曲县农防段

该段属甘南高原，青藏高原东部边缘的一部分，属南秦岭印支褶皱带、南祁连褶皱带，新构造运动表现为沿古构造线继承性活动。玛曲草原，工程区海拔3300～3620m，宽广的河谷平原（沼泽湿地），黄河河道呈现宽浅的过渡及游荡型，多“S”河湾，汊河较多，无固定河槽，河床谷宽0.5～4km不等，平均纵坡坡降1～1.5‰，一、二级阶地及河漫滩发育，阶面起伏不平。凹岸多形成冲刷岸，凸岸淤积现象明显，岸坡坍岸及岸坡再造破坏严重，蚕食牧场。工程区属高原大陆性高寒湿润气候。齐哈马黄河大桥—唐克乡段地震动峰值加速度值0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性好，其余段地震动峰值加速度值0.10g～0.15g，地震基本烈度为Ⅶ度，区域构造稳定性较差，地震动反应谱特征周期0.40s～0.45s。治理段以护岸和护坡为主，位于漫滩及一级阶地，地基岩性主要为第四系全新统冲洪积砂壤土、砂砾石、含砾砂、中细砂、沼泽相泥炭质粉质壤土。

3.2 临夏州（积石山县、临夏县、东乡县、永靖县）农防段

该段地处陇西黄土高原向青藏高原过渡带，属秦岭祁连东昆仑地槽系中祁连山加里东褶皱系，新构造运动活动特点以区域性不均匀升降运动为主，形成了多级阶地地貌形态，工程区海拔2650～1560m。刘家峡、盐锅峡、八盘峡库区治理段，天然黄河河道已被淹没在库下，库区现状护岸为黄河三级～五级阶地，受水库运行水位控制，库岸坍岸和再造较严重。库尾段护岸位于漫滩及一级阶地前缘，工程区地震动峰值加速度值0.10～0.15g，地震基本烈度为Ⅶ度，区域构造稳定性较差。治理段位于库岸，主要为护岸及护坡，地基岩性主要为第四系全新统冲洪积砂卵砾石、细砂、粉质壤土、淤泥质土，部分段为白垩系、新近系的泥质砂岩、泥岩。

3.3 兰州市农防段及城区段

该段地处陇西黄土高原的西北部，青藏高原向黄土高原的过渡地区，属祁连山加里东褶皱系中祁连隆起带东延部分，新构造运动活动特点以区域性不均匀升降运动为主，形成了多级阶地地貌形态。工程区海拔1600～1450m。兰州城区段受北西西向和北北西活动断裂控制，形成兰州断陷盆地，盆地内有金城关断层、雷坛河断层等，黄河由西向东穿城而过，在城区形成新城-河口、西固-七里河和城关-雁滩三个串珠状河谷盆地，各盆地内均发育有多级阶地，致使兰州市发展成为一个东西长、南北窄、沿河两岸分布的带状城市，主要市区座落于黄河河谷盆地两岸阶地之上。兰州城区段受城市建设发展，天然黄河河道两侧密集分布城市绿化、路堤、市政设施、泵站、桥梁、公路等，河道行洪断面受到制约。工程区地震动峰值加速度值0.20g，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期0.45s。区域构造稳定性较差。堤防及护岸主要位于漫滩、一级阶地前缘，地基岩性主要为第四系全新统冲洪积砂卵砾石、细砂，白垩系及新近系的泥质砂岩、泥岩、砂砾岩。

3.4 白银市（白银区、平川区、靖远县、景泰县）农防段

该段地处陇西黄土高原北部边缘地带，腾格里沙漠和祁连山余脉与黄土高原的过渡地带，属祁连山加里东褶皱系北祁连褶皱带，新构造运动活动特点以区域性不均匀升降运动为主，工程区大峡、乌金峡、红山峡、黑山峡峡谷基岩隆起，治理段为河谷盆地，两岸河漫滩、一级及二级阶地段为防洪重点段，工程区海拔1460～1270m，河谷较宽阔，冲沟发育，多为季节性洪水排泄冲沟，直接汇入黄河，平时无水干涸，沟口基本无泥石流暴发堆积物。水川镇地震动峰值加速度值0.15g，基本烈度为Ⅶ度区，四龙镇、靖远县及景泰县地震动峰值加速度值0.20g，平川区段地震动峰值加速度值0.30g，基本烈度为Ⅷ度区，地震动反应谱特征周期均为0.45s，区域构造稳定性较差。堤防及护岸主要位于河漫滩、一级及二级阶地前缘，地基岩性主要为第四系全新统砂卵砾石、碎石土、细砂、粉质壤土和淤泥质，局部段为新近系泥质砂岩、泥岩、砂砾岩等。

3.5 总体工程地质条件特征

黄河水水质一般对普通混凝土和钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀，对钢结构具有弱腐蚀性。治理段沿岸部分冲沟地表水及地下水对普通混凝土具硫酸盐型中等或强腐蚀，对钢筋混凝土结构钢筋具弱或中等腐蚀，对钢结构具弱或中等腐蚀性。堤基表层砂壤土、粉质壤土对普通混凝土微腐蚀性。

堤防地基地质结构呈单层或双层结构，以单一结构（I）类型为主，岩性为砂卵砾石层，地下水埋深相对稍深，下伏白垩系或新近系基岩，工程地质条件较好，堤基工程地质条件分类为B类。双层结构（I I）主要分布一级阶地，局部河漫滩，表层主要为洪积粉质壤土、砂壤土、细砂，人工填筑堤防、路基，局部池塘、芦苇塘分布淤泥质砂，下部为砂卵砾石层，地下水埋深较浅，工程地质条件较差或差，堤基工程地质条件分类为C类及D类。

护岸地层结构表层多为砂壤土、粉质壤土、细砂、人工填筑，下部为砂卵砾石或基岩组成，具有单层或二～三层地层结构，临水侧岸坡，抗冲刷能力较差，洪水期间边坡冲刷、坍岸、边坡失稳，以稳定性差岸坡为主，次为稳定性较差岸坡。

存在主要工程地质问题:冲刷问题、渗漏影响问题、渗透变形问题。

堤防及护岸沿岸块石料、混凝土骨料、垫层料、围堰土料储量丰富，质量满足要求。堤身填筑料砂卵砾石、砂碎石土及马兰黄土就近选取，储量及质量满足要求。

5 防护结构型式

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），经比选防洪治理段工程包括新建堤防、加固堤防、新建护岸和加固护坡。

对于新建堤防临水侧护面形式，积石山、兰州市、白银市农防段采用C 25混凝土仰斜式、C 25混凝土贴坡式、M 10浆砌石仰斜式，在盐锅峡、八盘峡库区及兰州市城区段采用重力式格宾石笼、C 25埋石混凝土衡重式挡墙。对于新建护岸临水侧护面形式，刘家峡库区及玛曲县农防段采用贴坡式C 25混凝土预制块或格宾石笼，兰州市、白银市农防段采用仰斜式现浇C 25混凝土或M 10浆砌石。贴坡式迎水面边坡比一般为1∶1.5，局部段1∶2.0，仰斜式迎水面边坡比一般为1∶0.5～1∶0.75，兰州市城区衡重式挡墙迎水面边坡比一般为1∶0.1～1∶0.2。堤防设计基础埋深一般2～3m，兰州市段4～5m。

6 结语

（1）历史上黄河水灾频繁严重，建国以来，1955年、1958年、1964年、1967年、1981年，甘肃省黄河曾发生较大洪水，其中1981年兰州站洪峰流量最大达5600m3/s，相当于10年一遇，损失惨重。历届政府高度重视黄河洪水灾害的治理和防御工作，在黄河上游青海、甘肃建成了具有多年或年调节功能的大型水库及电站，通过联合调度、科学调蓄，汛期洪峰流量和径流量明显减小，有效地预防和抵御了洪水灾害。

（2）甘肃黄河1982～2011年，年降水量偏少，再加上大型水库的调蓄，黄河沿岸基本无洪水灾害发生，沿岸生产生活得到保障，防洪意识淡薄，防洪设施投入和建设明显滞后。

（3）甘肃黄河段2012年7月30日汛期洪水（兰州段流量3860m3/s，约相当于3年一遇），暴露出防洪现状存在问题，损失惨重，引起国家、省、市、县各级政府高度重视。

（4）由于近30年来基本无较大洪水发生，黄河两岸隶属不同行政区划，沿岸居住人口暴涨，人均占有耕地量减少，两岸侵占河床现象严重，河漫滩、河床、汊河行洪区被人为束窄，围垦造地、河床内乱挖乱采砂砾石料，河岸违章建筑阻碍行洪断面。因地方财政投入受限，现有防洪设施大多数由县、乡、村自建，已建堤防及护岸工程年代不一，设防标准较低，施工质量差别较大，部分段堤防运行时间达四五十年，存在病害，险工险段和急需治理段落较多，没有形成统一完整的防洪治理体系，迫切需要进行系统防洪治理。

（5）黄河防洪治理应以《中华人民共和国防洪法》，2008年7月21日国务院批复的《黄河流域防洪规划》，2013年3月2日国务院批复的《黄河流域综合规划（2012～2030年）》，2014年2月26日住房和城乡建设部批复的《兰州市城市总体规划（2011～2020）》（第四版）为法规依据。以《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）、《堤防工程地质勘察规范》（SL188-2005）等规范为依据，上下游，左右岸，统筹兼顾，因地制宜，科学合理设计治导线，选择堤防、护岸、护坡、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，高级工程师。