周至縣黑河終南鎮(zhèn)段防洪工程建設(shè)初探

貢育峰

（周至縣水務(wù)局 陜西 周至 710400）

1 概況

南依秦嶺北麓的周至縣，是全國(guó)最大的獼猴桃生產(chǎn)基地。全縣共有人口63萬(wàn)人，氣候?qū)倥瘻貛О敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性氣候區(qū)，平均氣溫13.4℃，年降水量629.9mm。發(fā)源于秦嶺北麓太白山二爺海的黑河為周至縣內(nèi)較大河流，流域面積2258km2，全長(zhǎng)125.8km。黑河峪口以上為山區(qū)段，長(zhǎng)度96.3km；黑河峪口以下至入渭口為平原段，河流長(zhǎng)度29.5km，流域面積343.3km2，河谷開闊，比降變緩，流速銳減，常有大量推移質(zhì)中的砂、石呈扇形堆積河床，岔道交錯(cuò)，主流擺動(dòng)不定，縱向水流受阻，橫向環(huán)流靠岸，沖淤變化頻繁，屬游蕩型河段，沿途有黃池河、沙河、就峪河、田峪河、赤峪河五條支流及黑惠渠的兩條退水渠（天井渠及周興渠）匯入。本次設(shè)計(jì)治理河段黑河終南鎮(zhèn)段位于黑河下游，治理段起點(diǎn)距離黑河入渭河口3.2km，涉及2個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)村莊、5所學(xué)校，防護(hù)區(qū)人口1.54萬(wàn)人，耕地面積1.54萬(wàn)畝。

2 工程現(xiàn)狀及存在主要問題

2.1 工程現(xiàn)狀

黑河峪口以下至入渭口堤防，為上世紀(jì)八、九十年代所建，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，沒有形成整體防洪體系，通訊預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)不健全，防洪工程整體防洪能力不高，堤防工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，河床下切，工程老化?，F(xiàn)狀堤防多是在不同時(shí)期應(yīng)急設(shè)防的基礎(chǔ)上加高培厚而成，堤身質(zhì)量參差不齊。已成堤防共44.16km，平均高度2.3m，護(hù)岸工程長(zhǎng)度43.79km，堤身迎水坡斷續(xù)有漿砌石砌護(hù)，但基礎(chǔ)埋深淺，局部有坍塌毀壞現(xiàn)象。防洪標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)段落為20年一遇。

2.2 主要問題

該段堤防位于黑河河漫灘上，堤防內(nèi)、外側(cè)高程差別不大，地形較平坦開闊，不存在岸坡穩(wěn)定問題。但27+940m～28+815m段堤防距離黑河河床僅0～50m，由于河床下切嚴(yán)重，堤防內(nèi)側(cè)河床高程與外側(cè)河漫灘高程有明顯差別，高差2.0m～5.0m，可能存在岸坡沖蝕坍塌現(xiàn)象；加之堤基土為抗沖刷能力較差的砂礫石、含礫中粗砂等，在平水期，特別是洪水期，河水對(duì)岸坡及坡腳沖涮掏蝕破壞嚴(yán)重，極易引起塌岸，危及堤防安全。對(duì)于該段堤防應(yīng)整平堤面，對(duì)單薄堤段進(jìn)行加高培厚，并增加迎水坡的砌護(hù)措施和護(hù)坡堤腳的基礎(chǔ)埋置深度，以減弱河水對(duì)堤腳及防護(hù)工程的沖刷破壞。

2.3 工程建設(shè)必要性

自古以來，黑河流域暴雨洪水頻發(fā)，沿岸群眾飽受洪澇災(zāi)害。僅1980年3040m3/s洪水，就造成黑河西岸堤防決口36處，垮堤24處，水毀丁壩65座，農(nóng)田受災(zāi)面積0.53萬(wàn)hm2，農(nóng)田成災(zāi)面積0.43萬(wàn)hm2，倒塌房屋4476間，受災(zāi)人口12.9萬(wàn)人，死亡人口21人，直接經(jīng)濟(jì)損失（當(dāng)年價(jià)）8691.3萬(wàn)元。建設(shè)黑河堤防工程是保障沿岸群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，拉動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)，恢復(fù)黑河生態(tài)健康，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。

3 水文地質(zhì)

3.1 氣象與水文

黑河流域?qū)倥瘻貛О敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬夏溫差大，具有春暖干燥，夏季燥熱，秋季濕潤(rùn)，冬寒少雪的氣候特點(diǎn)。多年平均降水量638.3mm，最大凍土深度24 cm，多年平均蒸發(fā)量1151mm。黑河流域有黑峪口水文站、陳河水文站、澇峪口水文站。據(jù)調(diào)查，1898年黑河流域發(fā)生洪水，該年洪水是近百年黑河流域發(fā)生的最大洪水，調(diào)查洪水洪峰流量為3620m3/s，可靠程度為較可靠。

3.2 徑流、泥沙

黑河流域徑流主要由大氣降水形成，河川徑流有著與降水量共同的特點(diǎn)，即年際變化大，年內(nèi)分配不均。據(jù)黑峪口站1940年～2001年共61年實(shí)測(cè)資料分析計(jì)算，多年平均徑流量 6.24億m3，平均流量19.8m3/s。黑河大部分流域面積處于秦嶺山區(qū)，人煙稀少，流域植被保護(hù)良好，土壤侵蝕較輕。根據(jù)黑峪口水文站多年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料統(tǒng)計(jì)，黑峪口水文站多年平均含沙量0.461kg/m3，懸移質(zhì)輸沙量24.4萬(wàn)t，侵蝕模數(shù)165t/km2。經(jīng)推算，黑峪口站年輸沙量總和為29.3萬(wàn)t。

3.3 洪水

黑河流域的洪水主要由暴雨形成，洪水最早出現(xiàn)在4月～5月，其峰量小，年最大洪水一般出現(xiàn)在7月～8月，10月份受霪雨影響，亦有洪水發(fā)生。由于河槽調(diào)蓄能力較小，一次暴雨形成一個(gè)洪峰，在多雨季節(jié)形成陡漲陡落的連續(xù)洪峰，單峰過程約3d左右，雙峰及復(fù)峰約5d左右。黑河在峪口處建有黑河金盆水庫(kù)，總庫(kù)容2.0億m3。黑河平原段設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算分別采用面積比擬法及地區(qū)洪水組成法進(jìn)行了計(jì)算，兩種方法成果較為接近，誤差5.97%。設(shè)計(jì)采用面積比擬法的計(jì)算成果，治理段20年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為Q5%=2700m3/s。

3.4 地質(zhì)

工程區(qū)位于華北準(zhǔn)地臺(tái)的汾渭斷陷盆地南側(cè)，基底斷裂處于秦嶺東西向構(gòu)造帶、祁呂賀“山”字形前弧東翼、新華夏系和隴西系四個(gè)構(gòu)造體系的復(fù)合部位，區(qū)域處于相對(duì)穩(wěn)定的地塊上，地震基本烈度為Ⅶ度。

4 工程設(shè)計(jì)

本次實(shí)施的周至縣黑河終南鎮(zhèn)段右岸防洪治理工程位于終南鎮(zhèn)黑河入渭口上游3.448km堤防段落，設(shè)計(jì)以防洪保安為重點(diǎn)，堤線布置充分考慮工程現(xiàn)狀和區(qū)域發(fā)展。治理段堤防工程按加固設(shè)計(jì)，基本不改變現(xiàn)有堤防走向和位置，避免擠占河道。

4.1 工程建設(shè)任務(wù)

針對(duì)工程區(qū)實(shí)際情況，本次確定工程建設(shè)任務(wù)為：加固黑河堤防1.948km（不包括正在實(shí)施的梁家村險(xiǎn)工段1.5km堤防），新建護(hù)基壩17座（位于梁家險(xiǎn)工段），設(shè)計(jì)范圍內(nèi)堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防工程等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

4.2 堤頂高程

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加超高，超高為波浪爬高、風(fēng)壅增高及安全加高三者之和。波浪的平均波高和平均波周期采用莆田公式計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 堤頂超高值計(jì)算結(jié)果表

堤頂超高復(fù)核結(jié)果取最大值為1.312m，參考黑河已成堤防的堤頂超高，確定堤頂超高為1.5m。

4.3 堤防基礎(chǔ)埋深

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，基礎(chǔ)埋置深度由河床沖刷深度確定，分別對(duì)水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷和水流斜沖岸坡產(chǎn)生的沖刷進(jìn)行計(jì)算，見表2、表3。

表2 沖刷計(jì)算(平?jīng)_)

表3 沖刷計(jì)算(斜沖)

根據(jù)野外調(diào)查及走訪，該河段順河沖刷深度一般為1.8m～2.5m，108國(guó)道橋以下6km以下凹岸河床最大沖刷深度可達(dá)1.7m～2.5m，順河沖刷深度一般為1.2m～2.2m，河床下切主要由于無(wú)序采砂造成。目前，黑河平原段采砂已全面禁止，河床的下切將會(huì)得到有效控制。結(jié)合黑河的沖刷現(xiàn)狀，確定主槽靠岸處河堤基礎(chǔ)埋深在河床深泓高程以下2.0m；灘面寬闊處河堤基礎(chǔ)埋深在現(xiàn)狀灘面線高程以下2.0m。

4.4 堤防橫斷面

堤防的護(hù)坡有格賓石籠護(hù)坡及生態(tài)混凝土護(hù)坡兩種。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，工程區(qū)堤防表層粉土為非自重濕陷性Ⅰ級(jí)場(chǎng)地，濕陷系數(shù)大于0.015，存在濕陷問題。格賓石籠護(hù)坡屬軟防護(hù)，具有很好的柔韌性、透水性、耐久性以及防浪能力等優(yōu)點(diǎn)，而且具有較好的生態(tài)性，在一定程度上適應(yīng)變形能力強(qiáng)，不會(huì)因不均勻沉陷而產(chǎn)生沉陷、塌坑、裂縫等變形，從而引起整體結(jié)構(gòu)的破壞。由于石籠的空隙較大，因此能在石籠上覆土或填塞縫隙，形成松軟且富含營(yíng)養(yǎng)成分的表土，利于各種生物的自然生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)多年生草本植物自然循環(huán)的目標(biāo)。目前，黑河正在實(shí)施治理的部分堤段均采用格賓石籠護(hù)坡，所以選定該治理段堤防采用格賓石籠護(hù)坡形式。堤頂寬度6m，迎水坡坡比1∶3，迎水坡采用格賓石籠（2m×1m×0.5m）護(hù)坡，籠上覆土植草，背水坡坡比1∶2，采用草皮護(hù)坡。

4.5 護(hù)基壩工程

黑河梁家村險(xiǎn)工段河道流向由東轉(zhuǎn)向北，河流直沖右岸堤防，導(dǎo)致右岸R27+966～R28+766段堤防基本臨水，而且該段河道河床下切嚴(yán)重，堤防防洪能力薄弱，護(hù)岸工程垮塌毀壞，水毀工程逐年增多，每年度汛緊張。從河道河勢(shì)看，堤防R27+966上游段河灘灘地寬度超過65m，R28+766下游河灘灘地寬度100m，梁家村險(xiǎn)工段的上下游河道基本穩(wěn)定，因此在梁家村險(xiǎn)工臨水段堤防（R27+966～R28+76）主槽靠岸、發(fā)生頂沖處新建護(hù)基壩17座，結(jié)合沖刷計(jì)算，護(hù)基壩基礎(chǔ)底與護(hù)坡基礎(chǔ)底同高。護(hù)基壩頂長(zhǎng)15m～35m，根據(jù)《地方設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩檔間距為壩長(zhǎng)的1倍～3倍，同時(shí)結(jié)合黑河已建護(hù)基壩的運(yùn)行情況，確定護(hù)基壩壩檔間距為50m。護(hù)基壩壩頂寬2m，壩面采用50cm厚格賓石籠以1∶3坡比和基礎(chǔ)相接，格賓石籠以下壩心內(nèi)為散拋石，壩頭設(shè)計(jì)高程比5年一遇設(shè)計(jì)洪水位低0.5m。護(hù)基壩基礎(chǔ)均采用格賓石籠，共三層（每層高度1m，寬度3m），以壩頂長(zhǎng)15m護(hù)基壩為例，底層及第二層基礎(chǔ)外圈以16.8m、13.3m半徑圓弧和護(hù)坡基礎(chǔ)相銜接，頂層基礎(chǔ)外圈以11.8m半徑圓弧和護(hù)坡相銜接。

5 結(jié)語(yǔ)

為了切實(shí)保護(hù)黑河兩岸群眾的生命財(cái)產(chǎn)，提高防洪減災(zāi)能力，推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，按照全省中小河流近期治理建設(shè)規(guī)劃總體布署，結(jié)合實(shí)際，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)堤頂超高為1.5m，堤防為梯形斷面，主槽靠岸處河堤基礎(chǔ)埋深在河床深泓高程以下2.0m，灘面寬闊處河堤基礎(chǔ)埋深在現(xiàn)狀灘面線高程以下2.0m。河堤迎水坡采用50cm厚格賓石籠護(hù)坡，籠上覆土50cm并植草，背水坡采用草皮護(hù)坡與現(xiàn)狀地面相銜接。經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)方案分析論證，周至縣黑河終南鎮(zhèn)段右岸防洪治理工程具備建設(shè)條件，技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，效益顯著，建議盡快批準(zhǔn)，盡早開工建設(shè)，發(fā)揮效益。