湟水流域西宁段防洪治理工程设计方案研究

白 璐

（青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000）

0 引言

河道治理是为适应经济社会发展需要，按照河道演变规律，稳定和改善河势，改善河道边界条件、水流流态和生态环境的治理活动[1]。目前，治理手段以工程措施为主，包括堤防工程、护岸工程、控导工程、疏浚爆破工程等，最终目的是稳定河床，调整不利河势，保证防洪安全。为提高西宁市湟水流域整体防洪能力，保护基本农田，保障粮油安全，改善城市及乡镇环境，决定实施防洪工程提高治理河段的防洪能力，使治理河段达到国家规定的防洪标准，显著减少洪灾损失，减轻洪水对流域城镇、基础设施的威胁。

1 流域现状

湟水流域是黄河上游的一级支流，主要由湟水干流和其支流大通河组成。湟水干流发源于青海省海晏县境内的祁连山系大坂山南坡，自西北流向东南，干流全长374 km，流域面积32863 km2。

目前，湟水流域主要存在防洪工程不健全，河道两岸水流冲刷引起严重塌岸损失及河道行洪通道不畅等问题。湟水流域西宁段属于山区弯曲性河流，为防止洪水造成的洪灾损失，沿河道布置堤防工程，拟河道治理范围为左岸18+470～24+375 段。

2 防洪工程设计

2.1 工程等别和建筑物级别

湟水西宁市段河防洪标准为50 年一遇，主要建筑物级别为2 级，临时建筑物级别为5 级，项目区地震基本烈度为Ⅶ度，地震设计烈度为Ⅶ度。

2.2 工程总体布置

本次治理河道左岸18+470～24+375 段：河段平均比降5.6‰，河道呈s形分布。因河道位于西宁市城市区，洪水标准采用50 年一遇。为防止水流对河岸的洪水破坏，保护沿岸铁路、公路及工矿企业等，采用工程措施进行防护。新建堤防总长5.211 km，河道左岸修建防汛道路总长5.484 km，修建退水涵管6 座。

2.3 堤防设计

2.3.1 堤防型式

（1）边坡

根据河道地形情况，堤防采用坡式护岸形式，护岸边坡参考省内同类已建工程，边坡坡比为1∶2。

（2）堤顶宽度

河堤堤顶外侧设置压顶混凝土和防汛道路。压顶混凝土宽为1.0 m，厚为0.45 m，按每6m设一道伸缩缝。防汛道路宽度3.0 m，作为以后堤防检修、防汛通道，采用透水混凝土路面，厚度15 cm。

（3）设计水深及流速

工程治理段设计纵坡根据实际地形确定，防洪标准为50年一遇，根据推算的水面线得出设计水深为1.86 m～4.31 m，设计洪水平均流速为3.76 m/s。

（4）河堤断面

采用斜坡式堤防，堤防由基础开挖砂砾石回填，边坡比为1∶2，堤顶设3 m的防汛道路。堤防高度为3.8 m～6.3 m，基础埋深为2 m～2.5 m。

2.3.2 筑堤标准

根据河道工程地质条件和土料条件，河堤建基面为河床冲积砂砾石层，河堤填筑可直接利用河道开挖砂砾石料。规范要求确定2 级堤防填筑标准为：相对密度不小于0.65，设计干容重均不低于2.1 t/m3。

2.4 护坡设计

护坡工程的基本原理是防护材料的抗冲能力和水流的冲刷能力的对比，当防护材料的抗冲流速大于水流的冲刷流速时，防护材料可视为稳定的防护体，不会在水流的冲刷下发生位移，从而起到抑制冲刷的发生，保护基础层的稳定，达到维持堤岸的稳定的最终目的。

湟水在洪水期间流速较大，设计洪水标准50 年一遇时流速在2.34 m/s～4.09 m/s之间，因此不宜采用干砌石护坡；浆砌石堤防属于硬性材料，适应地基变形能力差，造成冲刷破坏后不易补救，且建成后视觉效果较差，不宜采用；铅丝石笼易锈蚀，对工程的长久运行不利，不予考虑。合金钢丝石笼具有格宾石笼的优点，价格方面相比格宾石笼较为便宜，合金钢丝石笼具有岸坡稳定性及抗冲性能好，柔韧性、透水性、整体性好，施工较为便利的优点。所以护脚、护坡均采用高镀高尔凡（5%铝锌-混合稀土）合金钢丝。

合金钢丝石笼护坡坡比1∶2，护坡厚度0.3 m，填筑块石料规格为＞90 mm，见图1 和表1。合金钢丝网垫与土体之间设一层20 cm厚的砂砾石垫层。根据地质资料，河床砂卵砾石层级配良好，因此砂砾石垫层按就近原则，由施工单位从开挖的土石方中筛分取得，筛除大于15 cm的石块。

图1 合金钢丝石笼示意图

表1 堤防断面结构型式比选表

2.5 护脚设计

堤防工程所在的河段河床多为砂砾石，易被水冲刷，在堤防底部形成冲坑，为保护堤防安全，防止冲坑扩大，在护坡前根据冲刷深度设置护脚。

设计选用浆砌石护脚和合金钢丝石笼护脚进行经济比较，设计断面见图2 和图3。选取1 km作为控制长度进行方案比较：砼预制板方案单公里投资265 万元，合金钢丝石笼方案单公里投资224 万元，两方案投资相差41 万元，区别不大。从技术可行性和适用性上看，两方案均通过已建工程的实践，技术上均可行，均为适用方案，但合金钢丝石笼充分发挥了其透水性好的优势，实现水与土体的自然交换，有利于植被生长，为保护和改善水质，绿化、美化环境创造条件，是一种较理想的“生态护岸”型式。石笼方案培土植草有利于人和自然和谐相处及人水和谐的良好生态环境的建设，居民也较易接受，且投资相对砼方案要省，因此工程推荐使用合金钢丝石笼护岸方案。

图2 混凝土预制板护坡+浆砌石重力墙护脚方案

图3 合金钢丝石笼护坡+合金钢丝石笼护脚方案

2.6 退水涵管

鉴于工程堤防顶高程高于当地地面高程，为排除地表水，需要设置一定数量的退水涵管。根据河道实际情况，共布设涵管6 座。退水涵管由进口段、涵管段、出口段组成。进口段与原有的灌溉排水渠连接，进口前缘设有一道齿墙，进水渠底板厚30 cm，净高80 cm，采用砼结构，长度根据地形确定，约为5 m～8 m。涵管采用φ500 mm砼预制管，纵坡1∶100，长度根据堤防高度和斜坡确定，为10 m，涵管和进口段底部砂砾石基础进行夯实处理，相对密度不小于0.65。涵管出口高程高于所在河段河床高程0.5 m～1.0 m，涵管与河道堤防衔接部位采用C20 砼填充。退水涵管标准断面见图4。

2.7 防汛道路

作为辅助设施的防汛道路，利用场内已建好的县级、乡级道路、临时施工道路等有利地形布设沿河道整治段外侧布置，新建防汛道路5.484 km。

图4 退水涵管标准断面图

防汛道路布置在堤防工程的顶部，堤防顶宽4.0 m，其中3 m为防汛道路。防汛道路均采用透水混凝土路面，厚度15 cm，道路两侧设有砼路缘石，路缘石单块高度0.45 m，长度0.5 m，厚14 cm。为确保汛期防洪抢险物资从场外到场内的正常运输，沿线每隔500 m设置一处错车道。

2.8 工程主要建设内容及工程量

根据上述确定的工程布置方案及堤防结构形式，工程主要建设内容为：护坡、护脚及防汛道路等，主要工程量见表2。

表2 湟水西宁段主要工程量表

3 结语

河道防洪治理的核心思想是综合采取工程措施解决河道过流能力、河床冲刷和岸破稳定问题。湟水流域西宁段在防洪治理过程中，严格遵循尽可能利用稳定河岸，减少工程规模，降低工程投资，同时考虑与上下游已建段、跨河建筑物的顺利衔接的原则，结合湟水河道河床比降大，水流湍急，洪水以暴雨形成，陡涨陡落，峰高量大，历时短的特点综合布置了堤防工程、护岸工程与退水涵管及辅助设施，完善流域综合防洪治理体系，达到了既定防洪保护标准。