浅谈临潭县干戈河城区段防洪治理项目防洪及绿化设计方案

王世珍

（甘肃省甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 兰州 730000）

浅谈临潭县干戈河城区段防洪治理项目防洪及绿化设计方案

王世珍

（甘肃省甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 兰州 730000）

以临潭县干戈河城区段防洪治理项目为例，针对临潭县城干戈河防洪及城市发展需求，采用能量守恒定律，确定防洪的洪水位，进而根据堤顶超高及堤基埋深计算法，确定防洪堤的高度；根据工程区所在地理位置为临潭县城段，进而对该段河道绿化，以达到美化城市的目的，以满足临潭县城发展的需求。

防洪；必要性；工程规模；造床流量；河相关系；稳定河宽；绿宾格垫；三维土工网

一、河道防洪依据

党和国家历来重视藏区的经济社会发展，2005年党中央、国务院就颁布了《关于进一步做好藏区发展稳定工作的意见》。2008年11月国务院出台了《关于支持青海等省藏区经济社会发展的若干意见》（国发〔2008〕34号），为贯彻国发〔2008〕34号文件，甘肃省人民政府以甘政发〔2009〕30号《甘肃省人民政府关于贯彻国务院支持青海等省藏区经济社会发展若干意见的实施意见》文件明确指出，甘南州是我省藏区，是藏族与其他民族共同聚居的民族自治地方。提出的目标是到2012年，生态环境恶化的趋势得到初步遏制，局部有明显改善，植被覆盖度、“三化”草原治理率、水源涵养能力逐步提高，水土流失防治面积稳步增加，城乡居民收入接近或达到西部地区平均水平。到2020年，生态环境总体改善，生态系统步入良性循环。

二、项目工程概况

（一）地理位置

临潭地处青藏高原东北边缘，属青藏高原与黄土高原交汇过渡地带，位于甘肃省南部、甘南藏族自治州东部，是农区与牧区、藏区与汉区的结合部，地理坐标为东经103°10′～103°52′，北纬34°30′～35°05′。

干戈河是洮河一级支流，最高海拔高程3 852 m。河流自北向南流经卓尼境内进入临潭县境内，至拉扎干汇入洮河。干戈河及各支沟河道曲折，沟壑纵横，河谷下切甚深，山坡较陡。流域为黄土丘陵地貌，山地杂草丛生，植被差，每逢暴雨便有大洪水发生，汇流时间快，峰高量大。

（二）水文、气象

临潭县城位于洮河中游，本次采用临潭县气象站的资料。工程区地处内陆，大陆性气候特点显著。夏季降水量较大，多雷雨冰雹天气；冬季多风少雪，气候寒冷干燥。多年平均气温3.2℃，最热为7月，月平均气温13.4℃，最冷为1月，月平均气温-8.5℃，极端最高温度29.6℃，极端最低温度-27.1℃，多年平均降水量520.0mm，多年平均蒸发量1484.6mm，全年降水集中在夏季（7、8）两个月，约占全年降水量的40%。多年平均相对湿度为64%，多年最大风速27m/s，平均日照时数2 313.6h，多年最大积雪深度23cm；多年最大冻土深度147cm。

工程区主要在干戈河的临潭县城段，工程末端以上流域面积115 km2，治理段之间有较大支沟申藏沟汇入，申藏沟汇入口以上流域面积73.9km2。

经计算干戈河设计洪水成果见下表：

干戈河瞬时单位线法设计洪水成果表

（三）地质

工程区位于临潭县北部。干坎河河谷盆地由新堆积的Ⅰ、Ⅱ级阶地及河漫滩，河床等地貌单元构成，阶地为内叠式，其中以Ⅱ级阶地最为发育，阶面宽广、平缓、连续，为县城所在地，该工程旨在保护县城不致遭受洪水淹没或侧向侵蚀破坏。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），设防水准为50年超越概率10%时，工程区地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.45s。

根据工程布置，该段堤防沿干坎河Ⅰ级阶地前缘岸坎布设，Ⅰ级阶地阶面高出主河床2～8m，其前缘上部为耕植土及粉质壤土层，厚0.5～2.0m，黑褐色～黄褐色，土质不均一，结构稍密，无层理，虫孔及大孔隙发育，含植物根系及砂砾石。Ⅰ级阶地下部及河床、河漫滩为第四系冲洪积砂砾石层，青灰色，结构稍密-中密，岩性主要为灰色、青灰色砂岩、灰岩，磨圆度较差，颗粒呈棱角状-次棱角状，分选性较差，砂砾石层整层较均匀，无明显的软弱夹层，为良好的持力层，其厚度大于5m。

（四）建设必要性

1.防洪减灾的需要：干戈河工程区段内河流左右岸村庄及耕地相对较多，而现状沿河左岸农村和耕地的防洪设施不完善，遇到洪水即造成较大的灾害。

2.减少水土流失的需要：干戈河治理段内左右岸阶地发育，洪水发生后，洪水即淹没农田、直进村庄，造成岸坡坍塌和滑坡，堵塞河道，降低了河道的泄洪能力。严重影响到当地村民的正常生产和生活。

3.社会经济发展和生态建设的需要：2011年中央政治1号文件发布的《中共中央、国务院关于加快水利改革发展的决定》（中发〔2011〕1号），是新世纪以来中央关注“三农”的第八个“一号文件”。

三、工程规模

根据临潭县城长期规划和流域实际情况，确定建设任务时必须统筹兼顾，在充分认识河段水情特点、水势变化规律的前提下，依照防洪法和防洪标准，采取堤防与临潭县城长远发展相结合，完善防洪体系，提高河道整体防洪能力，确保工程防护区在设计洪水标准下不受洪水侵害，促进当地经济可持续发展。

本次工程建设是根据当地洪灾严重的实情和临潭县城的发展而进行的。改工程的实施可保护城关区及后川村等村4 005户1.802万人，及城关液化气站等乡办企业、城关第六小学等学校1 000名学生和0.56万亩耕地的防洪安全。

根据现行国家标准《防洪标准》（SL252—2000）、《堤防工程设计规范》（GB50286—2013）及《城市防洪工程设计规范》（CJJ50—92）之规定，临潭县人口小于20万，属于一般城镇，防洪标准为50～20年，本工程设计防洪标准取其下限值：洪水重现期为20年，相应的堤防工程级别为4级。

工程区堤防地震动峰值加速度为0.15g，相应地震基本烈度Ⅶ度，地震动反应谱周期值为0.45s。本工程抗震按Ⅶ度设防。

四、工程布置

（一）造床流量的选定

造床流量对河床形态的塑造作用最大，目前多采用经验方法计算。国内一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作为造床流量，本次计算采用2年一遇的洪峰流量作为造床流量，申藏沟以上为38.9m3/s，申藏沟以下为51.7m3/s。

（二）造床稳定分析

经计算，河道纵向稳定系数为φh，=0.838～4.452，横向稳定系数为φb=0.337，表明干戈河在本防护区内河段的纵向稳定性差；且基本属于游荡型河流。

（三）河床河相关系及河型分析

河相关系主要由深宽比ξ来表征，反映了沿程河相关系的断面稳定性。经计算，干戈河干戈河ζ平均值为13，该段河道偏向于过渡型河段。

（四）稳定河宽

堤距指两岸堤线中心距亦即洪水治导线宽度，该指标直接关系到工程造价和防护效益。经用阿尔图宁公式计算，干戈河的稳定河宽为17.6m。干戈河治理河道宽度为34～61m，确定稳定河宽≮30m。

五、堤防工程设计

（一）设计洪水位确定

1.设计洪水位确定的基本方法。

防洪工程在干戈河治理河道内共实测了8个河道横断面，根据治理河段的地貌和河道特性，本工程水面线计算的基本方法是采用能量方程，防洪标准按照20年一遇设计，相应洪峰流量分别为185m3/s和252m3/s时各断面的水位高程。采用的基本能量方程为：

2.流态判别。

治理段河道治理后断面较为规则，可近似认为洪水在河道治理后形成了明渠均匀流，明渠均匀流有缓流、急流和临界流三种流态。不同的流态在计算水面线时起调水位确定不同，所以需要进行流态的判别。

（1）临界水深计算

梯形断面的临界水深按下列公式进行计算：

hκ=（ψ/b2）1/3（当Q/b2.5＜0.1时）

（2）流态判别。河道内流态判别依据临界坡度与河道实际坡度的大小比较确定。

临界坡度ik按下列公式进行计算：

经计算，本工程区河道的临界坡度=0.0028，而本段的实际河床坡度i=0.021，临界坡度小于本段河道实际坡度i，所以本治理段河道属陡坡，洪水在本段河道内形成的流态为急流；故该工程区段水面线计算均应从上游向下游推算。

3.控制水深的计算。在干戈河工程防护区内，起点现有一座珉合公路桥及支沟申藏沟，故工程区分为二段。

第一段为珉合公路桥——申藏沟上游段，上游控制水位由珉合公路桥处的水位作为本段的控制断面水位。其桥下水深根据宽顶堰过流能力计算公式计算，计算公式为：

第二段为申藏沟沟口以下—工程区末端，本段河道的水面线计算采用二十年一遇洪水时的水位分别作为控制断面的水位。第二段控制水深采用上游段4#断面处在设计洪水流量下的现有河道水深，河道断面较为规则，可近似认为洪水在此段河道中形成了明渠均匀流。根据明渠均匀流公式计算出十年一遇流量下相应的水位高程，由上游向下游逐段试算出其他各断面中心点的水位。

明渠均匀流公式为：Q=C×A（Ri）1/2

（二）冲刷深度计算

冲刷深度计算，采用《堤防工程设计规范》（GB50286—2013）中堤岸冲刷深度计算公式，对工程区段均按P=10%设计洪水，进行冲刷深度计算。

基底高程按下式确定：Z基底=Z深泓线高程-（设计埋深）

经计算，冲刷深度计算值为0.32 m～0.52 m。结合该工程绿化设计，该工程河床采用30 cm厚的绿宾格垫防护，堤防基础可适当减小，由于该段河道较为平顺，设计埋深值按深泓线以下1.0 m。

（三）堤顶高程

1.堤顶超高。堤顶高程应为设计洪水位加堤顶超高确定，根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），堤顶超高按下式确定：

式中：Y—堤顶超高，m；

Rp—设计波浪爬高，经计算Rp=0.39m；

e—设计风壅增水高度，经计算e=0.001m；A—安全加高，规范规定，4级堤防的安全加高值A=0.6m。干戈河在本防护段防洪标准为二十年一遇的洪水下，其堤顶超高Y为：0.99m，设计取分别取值1.0m。

2.堤顶高程。按规范规定Z顶=Z水面+Y计算。

3.堤岸防护型式及衬砌材料选择。本着因地制宜、经济合理的原则，结合堤段所处地理位置、工程现状、堤基地层岩性、筑堤建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较，工程在本防护区内选择夯填砂砾石梯形断面土堤（砼或浆砌石护面）比较适宜。

砼或浆砌石护面夯填砂砾石梯形土堤采用砼护面比浆砌石护面投资省，砼护坡防渗效果也较浆砌石护坡好，另外，砼护坡施工快，可节省工期。经技术经济比较，综合考虑，新建夯填砂砾石梯形土堤设计选取现浇C20砼护面作为构筑材料。

4.堤身设计。堤防设计主体为夯填砂砾石，要求相对密实度不小于0.6。横断面设计为梯形，设计堤顶宽度3m，临水面边坡1：1.5，背水面边坡1：1.25，堤防护坡材料为现浇C20混凝土，顶部厚15cm，底部厚25cm，在护坡底部设宽0.8m，深0.5m的砼基础。沿堤线每5m设一条宽20mm的横向伸缩缝。堤顶设厚15cm、宽50cm的现浇C20砼压顶。

六、防冲暗坎设计

由于干戈河纵坡较大，洪水对河床下切比较严重，为了防止河道下切，对两岸河堤及绿化草坪的损坏，故在本工程区内修建防冲暗坎。

防冲暗坎采用现浇C20砼浇筑，横断面尺寸为宽×高为0.5m×2.0m，其长度根据河堤宽度而定。

七、河道绿化设计

干戈河属于季节性河流，常年无水，只在雨季和发生洪水时才过水，结合临潭县城已建堤防及河道整治工程，本工程为了美化临潭县城需要，本次在干戈河河道中心修建满足2年一遇洪水下的排洪渠外，在河床进行绿化设计。根据临潭县城在本工程末端已建绿化情况来看，在排洪渠外的河床种植草籽进行绿化，以达到美化临潭县城的需要，也给当地居民一个休闲娱乐的场所。

为了防止洪水对河床冲刷严重，本次在河道中铺设30 cm厚的绿宾垫，绿宾格单个尺寸为2.0 m×2.0 m×0.3 m。上层铺设40 cm土层，三维土工网置于土层中，土层上部种植草坪。

由于干戈河纵坡较大，达到2.1%，洪水对河床下切比较严重，为了防止洪水对河床冲刷下切，本次在河道中铺设30 cm的绿宾垫护垫，绿宾格单个尺寸为2.0 m×2.0 m×0.3 m，以及在干戈河主河道设29道防冲暗坎。上层铺设40cm土层，三维土工网置于土层中，土层上部种植草坪。

三维植被网护坡是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术。根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点，在边坡表面层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物。通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的，经过生态护坡技术处理，可在坡面形成茂密的植被覆盖，在表土层形成盘根错节的根系，有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

三维植被网护坡技术综合了土工网和植物护坡的优点，起到了复合护坡的作用。边坡的植被覆盖率达到30%以上时，能承受小雨的冲刷，覆盖率达80%以上时能承受暴雨的冲刷。待植物生长茂盛时，能抵抗冲刷的径流流速达6m/s，为一般草皮的2倍多。土工网的存在，对减少边坡土壤的水分蒸发，增加入渗量有良好的作用。同时，由于土工网材料为黑色的聚乙烯，具有吸热保温的作用，可促进种子发芽，有利于植物生长。

八、结论

该工程在技术上可行，经济上合理，项目实施后，可提高该地区的防洪能力，减少洪灾损失，具有较好的社会效益、经济效益和生态环境效益，对于促进当地社会经济的发展具有特别重要的意义。

（编辑：刘国华）

TV544

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1673-9019（2016）21-0035-04

2016-05-25

王世珍（1977-），男，甘肃皋兰人，工程师，主要从事水利水电工程勘测设计。