山區(qū)河道防洪堤規(guī)劃建設關鍵性問題探討

張?zhí)烊?/p>

（甘肅省水利廳水利工程建設造價與規(guī)費管理中心 甘肅蘭州 730030）

1 引言

甘肅省洮河治理工程主要涉及甘肅省境內298km洮河干流河段的治理。碌曲縣、卓尼縣、岷縣等縣城城區(qū)段防洪標準按 20年一遇洪水設計，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)防工程防洪標準按 10年一遇洪水設計。洮河干流共需修建堤防1132.47km，加固堤防 25.05km。在部分縣城城區(qū)段建有堤防56km，達到防洪標準的堤防有18km，達標率32%。洮河干流規(guī)劃新建堤防359km，加固堤防22km。

2 流域概況及工程背景

洮河為黃河上游較大的一級支流，發(fā)源于甘肅、青海兩省交界處的西傾山東麓，流經(jīng)碌曲、臨潭、卓尼、岷縣、臨洮、東鄉(xiāng)，在永靖縣境內匯入黃河劉家峽水庫。河流全長673.1km，流域面積 25527km2，河源高程 4260m，河口處高程1629m。受劉家峽水庫水位影響，實際上河口1735m以下為庫區(qū)，相對高差2631m。全河干流平均比降為 2.8‰。洮河流域位于甘肅省東南部，西起東經(jīng) 101°36′，東至 104°19′，南起北緯 34°03′，北至 35°55′。流域形似傾倒“人”字形，流域總面積25527km2。東西最長處約248km，南北寬約215km。流域西鄰大夏河流域，東接祖厲河與渭河流域，南有嘉陵江水系的白龍江流域，北面為黃河干流。

根據(jù)國務院批復的《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質災害防御和綜合治理總體規(guī)劃》，以及國家發(fā)改委、水利部關于加強中小河流治理工作的總體安排，甘肅省發(fā)改委會同甘肅省水利廳組織編制完成了包括洮河在內的《甘肅省中小河流治理和中小水庫除險加固專項規(guī)劃》，并在此基礎上編制了《甘肅省江河主要支流和內陸河治理規(guī)劃實施方案》。

3 洮河河道現(xiàn)狀及存在的主要問題

3.1 河道現(xiàn)狀

洮河甘南州境內，河道兩岸多為高山峽谷，水能資源豐富，自上而下修建有許多以發(fā)電為主的水電站。由于沒有進行系統(tǒng)的流域規(guī)劃，洮河河道兩側多處可見水電工程施工建設留下的建筑垃圾和居民違規(guī)修建的違章建筑，嚴重侵占河道，加上河床內非法采砂現(xiàn)象較為泛濫，對河床破壞極為嚴重。整條河流自上而下除個別河段修建有符合標準要求的防洪堤工程外，絕大多數(shù)河段均沒有修建防洪堤，河道整體防洪性能普遍較低?，F(xiàn)有的少量河段防洪堤由于修建投運已多年，且日常維護加固措施不到位，受到嚴重破壞，應有防洪功能很難正常發(fā)揮。沒有系統(tǒng)的防洪規(guī)劃，防洪標準達不到要求，洪水肆意侵蝕耕地造成大量水土流失。河道一級階地高差較小，在汛期洪水浸溢、塌岸危險并存，給河道兩岸居民人身財產(chǎn)帶來較大威脅，洪水災害頻發(fā)且損失較為嚴重。

3.2 存在的主要問題

3.2.1 防洪標準普遍較低

目前，洮河干流除部分河段修建有符合標準的防洪堤外，其余河道均未設置永久性防洪工程。洪水大肆侵蝕兩岸優(yōu)質農(nóng)田，造成大量水土流失。據(jù)測算，洮河干流各治理河段處 10年一遇洪峰流量為 337～1620m3/s，且自上而下有多條支流匯入，具有洪峰流量大、歷時短等特點。而洮河干流僅有部分河段具有 5～10年一遇防洪能力，絕大部分均處于未設防狀態(tài)，防洪標準普遍較低。

3.2.2 工程病險隱患多

洮河干流現(xiàn)有防洪堤大多修建于 20世紀60～80年代，主要以堆石堤、土堤、干砌石堤、漿砌石堤等為主。受當時設計技術水平、設計理念、綜合投資資金等因素的制約，防洪堤普遍存在堤防布局不合理，堤防位置選擇不當，堤身不夠牢固，堤壩基礎埋深較淺等安全隱患，加上年久失修，一遇到暴雨洪水就會出現(xiàn)防洪堤垮塌、缺口、淘空等工程險情。反復的暴雨洪水沖刷破壞，新的險情不斷產(chǎn)生，給洮河干流防汛安全埋下極大隱患。

3.2.3 防洪工程建設力度較小

由于國家中小型河流綜合治理資金投入不足，地方財政又較為緊張，加之有關“兩工”政策的逐步取消，對中小河流而言一直沒有得到系統(tǒng)的規(guī)劃治理，其防洪功能沒有得到有效改善?！傲愦蛐◆[”的局部整治很難獲得較為良好的效果，致使洮河干流河道大部分存在“遇雨即潰，遇雨成災”等不利局面，河道防洪性能越來越差。

3.2.4 違規(guī)施工、違章建筑侵占河道

河道兩岸居民的違章建筑、圍墾造田、違規(guī)施工、建筑垃圾肆意堆放等，造成河道逐步變窄，行洪斷面逐步減小，行洪能力大大降低。致使暴雨洪水期間洪水排泄不暢，急速水流對河道兩岸岸坡造成嚴重沖刷破壞。

3.2.5 日常管理維護較差

“重建輕管”、“放任破壞”等問題嚴重影響河道應有的防洪性能。河流水資源無序開發(fā)，河道亂開亂采，兩岸廢水污水等污染物肆意排放等，加劇了河道防洪性能的降低。同時生態(tài)環(huán)境的大面積破壞，水生環(huán)境、水質條件的惡化，降低了河流應有的自恢復能力，防洪功能得不到有效改善和加強。

4 洮河干流防洪規(guī)劃要求

（1）嚴格按照《甘肅省江河主要支流和內陸河治理規(guī)劃實施方案的通知》（甘發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2011]776號）文件要求擬定工程方案。

（2）新建堤防對河勢穩(wěn)定、水流形態(tài)、水質、沖淤變化沒有不利影響。

（3）不妨礙行洪、不降低河道泄洪能力。

（4）穩(wěn)定河勢，防沖固岸，因害設防，重點治理。

（5）根據(jù)《關于江河主要支流及內陸河（流域面積在3000平方公里以上）治理項目前期工作有關事項的通知》，防洪規(guī)劃實行“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、預防為主、綜合治理、局部利益服從全局利益”的原則。采用工程及生態(tài)措施，以達到抵御洪水的能力，減輕洪水災害的目的。

5 堤線布置

按照洮河干流防洪規(guī)劃要求，結合現(xiàn)狀堤防存在的問題、地形條件及穩(wěn)定河寬的要求等因素，在不影響河勢和滿足堤距要求的情況下，堤線盡量靠岸邊高地布置。堤身修建在土質好，比較穩(wěn)定的灘岸上。在河道明顯變窄河段，采取展寬堤距或考慮清除障礙等，使上下游河道堤線平順。沖溝左、右岸修筑堤防并與堤防相接。溝道位置堤線順延溝口向內延伸至安全高程處。根據(jù)現(xiàn)狀河道寬度，結合河道兩岸地形條件，洮河干流治理主要涉及甘南州、定西市、臨夏州，治理河道總長328km。甘南州段修建堤防165.187km，其中新建堤防163.479km，加固堤防 1.708km；定西市段修建堤防 188.868km，其中新建堤防174.014km，加固堤防14.854km；臨夏州段修建堤防55.661km，其中新建堤防55.326km，加固堤防0.335km。防護加固治理工程主要以保護洮河干流沿岸縣城、村莊和農(nóng)田為主。

5.1 堤防型式的比選

堤防型式可采用仰斜式護岸、貼坡式護岸。根據(jù)工程地形地質條件和當?shù)氐慕ㄔO條件，本著經(jīng)濟合理、技術可行的原則確定堤防斷面形式。

（1）仰斜式斷面設計。仰斜式擋墻護岸材料采用 C20混凝土，迎水面邊坡 1:0.75，背水面邊坡1:1.25，頂部寬0.5m，堤腳齒高1m，齒頂寬1m。防洪堤每5m設1道伸縮縫，采用閉孔泡沫板和聚氯乙烯膠泥填縫。斷面型式見圖1。

圖1 仰斜式護岸典型橫斷面

（2）貼坡式斷面設計。貼坡式防洪堤斷面選用 C20混凝土，襯砌厚度為 20cm。堤線大體沿自然岸坡布置，采用河床開挖的砂礫石、粉質壤土填筑。按照規(guī)范要求確定堤身填筑標準，無黏性土土堤的填筑標準相對密度不應小于0.60，局部黏土填筑標準壓實度為 0.92。根據(jù)填筑材料特性確定迎水面邊坡為1:1.5，背水面邊坡為1:1.25。防洪堤每5m設1道橫向伸縮縫。由于工程區(qū)治理河段堤防高度較高，縱向貼坡混凝土面較長，故在離堤頂下 4m處設一縱向伸縮縫，采用閉孔泡沫板和聚氯乙烯膠泥填縫。當河道天然岸坡較高，貼坡式防洪堤堤頂離坎頂較低時，防洪堤堤頂只做壓頂處理，無交通要求，不再做3m的堤頂?shù)缆?，斷面型式見圖2。

圖2 貼坡式護岸典型橫斷面（1）

當河道天然岸坡比較平緩，貼坡式防洪堤堤頂比岸坡頂高時，為了滿足施工要求，防洪堤堤頂需做壓頂及3m的堤頂?shù)缆?，斷面型式見圖3。

圖3 貼坡式護岸典型橫斷面（2）

上述2種堤防斷面型式，仰斜式斷面具有占地少、抗沖性強、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，缺點是斷面較大，混凝土用量多，施工難度大，造價較高；貼坡式斷面具有堤壩穩(wěn)定、護腳地基應力較小、材料用量較小、造價較低、施工簡單、容易維修等優(yōu)點，缺點是抗沖刷防護能力較弱，穩(wěn)定性稍差。根據(jù)工程區(qū)地形條件、工程地質條件、施工條件、工程造價、交通要求等因素，洮河干流防護加固堤防設計采用貼坡式護岸型式。斷面形式采用碾壓砂礫石梯型斷面，頂寬 3.0m，迎水面邊坡為1:1.5，背水面邊坡為1:1.25。

5.2 堤防工程設計

5.2.1 新建堤防設計

根據(jù)選定的斷面型式，堤防工程采用碾壓砂礫石梯形斷面。碾壓砂礫石相對密度不小于0.6，迎水面邊坡采用 1:1.5，背水面邊坡采用1:1.25。堤頂寬度 3.0m。迎水坡采用 C20混凝土護面，頂部厚20cm，底部厚20cm，堤腳設0.8m×0.5m（寬×高）的C20混凝土基礎。沿堤身每5m設一道聚苯泡沫板伸縮縫，縫寬3cm。

5.2.2 加固堤防設計

洮河干流防洪治理加固段位于岷縣、臨洮及廣河縣境內。

（1）岷縣加固段。城郊段右岸的0+780.01～9+228.43段為新建加固堤線段，據(jù)調查，該段堤線修建于1987～1999年，為漿砌石堤防，堤身為均質人工填筑砂礫卵石，堤基為階地及漫灘沖洪積砂礫卵石層，護堤堤岸較穩(wěn)定。堤身坡腳部位在運行過程中由于河道過量采砂及水流的斜向沖刷作用，堤身、堤腳大部分坍塌與堤基滲漏等原因，堤基已完全暴露，失去防洪能力。根據(jù)勘探資料，基礎埋深0.5～1.0m，基礎埋深較淺，需進行加固處理。開挖原堤防基礎至原基礎以下 1.0m，堤腳設 0.8m×1.5m（寬×高）的C20混凝土基礎，基礎頂高程高于原基礎 0.5m。經(jīng)復核計算，堤防高度不滿足設計要求，現(xiàn)狀堤防低于設計高程。由于受地形條件限制，并考慮與原現(xiàn)狀堤防協(xié)調一致，堤頂加設C20混凝土防浪墻，墻頂高程至堤頂設計高程，基礎埋深至原堤頂以下0.5m，防浪墻頂寬0.5m，底寬0.8m。

（2）臨洮及廣河縣加固段。臨洮縣城加固堤線段全長6.406km，布設在臨洮縣城洮河兩岸Ⅰ級階地前緣，分別為臨洮縣左 1段樁號0+000～3+682.27、左2段樁號0+000～1+552.91和臨洮縣右2段樁號0+000～1+171.03。廣河縣加固堤防全長0.335km，位于馬家灣—新民灘左5段，樁號0+000～0+335。據(jù)調查，此堤防修建于2000年，為現(xiàn)澆C20混凝土貼坡式護堤，堤身為均質人工填筑砂礫卵石，堤基為階地及漫灘沖洪積砂礫卵石層，護堤堤岸較穩(wěn)定。據(jù)勘探基礎埋深約0.5～1.0m，基礎埋深淺，需進行加固處理。開挖原堤防基礎至原基礎以下 1.5m，堤腳設0.8m×2.0m（寬×高）的C20混凝土基礎，基礎頂高高于原基礎高程 0.5m。經(jīng)復核計算，堤防高度滿足設計要求，堤防頂部無需加固。

5.2.3 其它建筑物設計

（1）排水建筑物設計。堤防左右岸均有排水溝，需修建排水穿堤設施。擬采用預制混凝土涵管穿堤過水。經(jīng)調查、計算，排水溝流量為0.5～1.5m3/s，采用公式Q=AC（Ri）1/2計算涵管管徑。經(jīng)計算，最大管徑為79～141cm，為施工方便，排水穿堤建筑物統(tǒng)一采用埋設 Φ 1000、Φ 1500預制混凝土涵管。

（2）巡堤踏步設計。為方便堤防工程的正常檢查檢修，沿堤線每1km設一處人行踏步。踏步順堤坡方向設置，踏步臺階尺寸為0.30m×0.20m（寬×高），踏步采用現(xiàn)澆 C20混凝土澆筑。

5.3 護坡的穩(wěn)定計算

5.3.1 岸坡基礎土的滑動穩(wěn)定計算

設計工程區(qū)防洪堤最大高度9.27m（地面以上7.74m），碾壓砂礫石梯形堤堤頂寬度3m，迎水面邊坡為1∶1.5，背水面邊坡為1∶1.25。填筑砂礫石料相對密度不小于 0.6。坡式護岸的整體穩(wěn)定計算包括護岸及岸坡基礎土的滑動和護坡底面的滑動兩種。前者可用瑞典圓弧滑動法計算，后者可簡化成沿護坡底面通過堤基的折線整體滑動。計算時，先假定不同的滑動深度 t，按極限平衡法求出滑動安全系數(shù)。計算結果見表1。

表1 護坡穩(wěn)定計算成果表

堤防工程級別為5級和4級。在正常運用條件下，岸坡基礎土的滑動穩(wěn)定安全最小系數(shù)分別為1.10和1.15。岸坡基礎土穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

5.3.2 護坡底面的滑動計算

根據(jù)GB50286—98《堤防工程設計規(guī)范》附錄D公式進行計算，其計算結果見表2。

表2 護坡穩(wěn)定安全系數(shù)表

堤防工程級別為5級和4級，在正常運用條件下，防洪護坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.10和1.15。因此，沿護坡底面穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

6 結束語

洮河干流防洪加固設計方案，在技術上是可行的，國民經(jīng)濟分析指標是合理的，運行維護是可靠的。工程屬于典型公益性惠民項目，工程的實施能夠有效提高洮河干流綜合防洪能力，改善生態(tài)環(huán)境，保障沿岸人民群眾生命財產(chǎn)安全，促進和保障地方經(jīng)濟的發(fā)展，具有一定的社會效益、生態(tài)效益和防洪效益，建議盡早實施，盡早發(fā)揮效益。

1 孫東亞,丁留謙，姚秋玲.關于改進我國堤防工程護坡設計的建議[J]. 水利水電技術, 2007(02)：46-48.

2 GB50286—98堤防工程設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

3 孫奎軍.通河縣岔林河險工弱段治理護岸工程設計[J].水利科技與經(jīng)濟，2012，18(02)：43-60.

4 黃大江，朱中煙，張潔. 涪陵長江烏江匯合口東岸段綜合治理工程滑坡治理設計[J]. 水利規(guī)劃與設計，2011,(05)：73-76.