陇东黄土高原沟壑丘陵区河道堤防护岸结构优化设计探析

陇东黄土高原沟壑丘陵区河道堤防护岸结构优化设计探析

毛文科

平凉市新水工程设计咨询有限公司甘肃省平凉市744000

摘要：进入新世纪以来，为了加强洪涝灾害防治、强化河流水生态环境保护，国家部署实施了重要江河支流和中小河流治理战略，各地按照“尊重自然、顺应自然、保护自然”的理念，实施了大批江河治理项目，取得了巨大成就，江河湖泊生态环境明显好转。在这些项目的实施中，各地创新了多种多样的河堤护岸结构型式，在工程的稳定性安全性及造价方面形成了多种模式，促使广大规划设计和施工建设者相互借鉴学习研讨。笔者作为一名水利建设战线上的新兵，也作了一些尝试探讨，总结出阵一些思路和模式以期进一步探索。

关键词：黄土高原；河道堤防护岸；结构优化；设计探索

“十二五”以来，甘肃陇东黄土高原地区也同全国一样，大规模开展了中小河流治理，主要河流治理率高达70%～85%，治理程度显著提高，治理措施和模式多样，成功模式和经验做法颇丰，特别是堤防护岸断面结构的优化设计和应用在河湖水生态环境保护和节约投资资源方面发挥了重要作用。

1陇东黄土高原沟壑丘陵区自然条件特征

⑴气象：陇东黄土高原沟壑丘陵区属温带半湿润大陆腹地季风性气候，夏短而冬长，冬春干旱多风，夏秋阴湿多雨。区域多年平均气温7.3～10.1℃，多年平均年积温3500～4200℃，多年平均年日照2139～2380h，多年平均无霜期142～190d，多年平均风速1.2～1.9m/s，最大风速15～21.5m/s，受地形、地貌影响，六盘山～关山一带东西两侧气候差异性大，阴山、阳山、林地、裸地的小气候各有区别，西部比东部气温约低2～3℃，日照约长100～200h，网速约高0.5～1m/s。

⑵水文：陇东黄土高原沟壑丘陵区径流主要来源于大气降水，降水多少直接影响地表地下径流量。根据水文统计分析，区域多年平均降水量430～620mm，降雨在年际与年内的时空变化均较大，年内降水量主要集中在7、8、9三个月，其降水量占全年总降水量的59％以上，且多以暴雨形式出现，而11月至来年3月降水很少，仅占全年总降水量的8％左右，年际间最大降水量是最小降水量的2.5～3.6倍。区域内多年平均蒸发量1050～1430mm，蒸发与降水成反比，降水多的地方蒸发小，降水少的地方蒸发大，致使区域干旱指数达1.1～2.0，六盘山以西地区处于半干旱区。

⑶地形地貌：陇东黄土高原沟壑区，在雨水长期侵蚀和河川流水作用下，发育有4个具有一定规模的黄土塬，塬面平坦开阔，微向东南倾斜，塬周边冲沟发育，切割深度一般为150～200m。陇东黄土高原丘陵区，地势由西北向东南倾斜，海拔高程890.00～2303.00m，地形为河谷川地、河谷盆地、丘陵坡地和梁峁地。

⑷地质：陇东黄土高原沟壑丘陵区位于华北地台的鄂尔多斯台向斜中部，其地层系统属华北台地的一部分。由于构造运动的作用和水流的切割作用，该区出露的最老地层由古生界奥陶系灰岩，但限于局部边缘地段，根据区域地质资料及现场勘察成果，出露较为广泛的地层是白垩系和第四系砂岩砂砾石层和黄土地层，普遍可见的是厚度达70～200m的黄土层，由此构成了黄土残塬和黄土丘陵梁峁区，土石山林和岩石砂砾川谷较少。

⑸河流水系：陇东黄土高原地区的河流水系均属渭河流域的泾河和葫芦河水系，主要有泾河、汭河、黑河、达溪河、洪河、蒲河、茹河、马莲河、葫芦河、李店河、甘渭河、水洛河、清水河等30余条，发源地多位于六盘山脉和子午岭山脉，河流基本为常流水河谷，但除主汛期暴雨洪水外，日常河道流水水量小，径流量也很小，持续干旱期常出现断流，显明特点是雨季洪水大、旱季径流小，河床多为黄土或砂砾石层，纵横向稳定性差，河水流向蜿蜒多变。

2河道治理河堤护岸可采用的断面结构型式及其优缺点

2.1可采用的河堤护岸断面结构型式

在多年的河堤治理过程中，工程建设者根据陇东黄土高原沟壑丘陵区气象、水文、地形地貌和地质等情况，共设计组合出砼现浇重力挡土墙式、浆砌石重力挡土墙式、格宾网块石重力挡土墙式、砼现浇斜坡式、浆砌石斜坡式、格宾网块石斜坡式、砼现浇重力墙与斜坡砼格栅组合式、浆砌石重力墙与斜坡砼格栅组合式、格宾网块石重力墙与斜坡砼格栅组合式、砼现浇重力墙与砼现浇斜坡护坡组合式、浆砌石重力墙与砼现浇斜坡护坡组合式、浆砌石重力墙与浆砌石斜坡护坡组合式等十二种堤防护岸结构型式，各种结构型式断面分别见图1～图12。

2.2不同断面型式河堤护岸主要特征

以上河堤治理中已采用过的12种断面型式，根据规划设计施工和运行管护方面观察分析，各有不同特点，且一些方面差异较大，现将明显特性总结归纳于表1。

表1不同断面型式堤防护岸主要特性汇总表

⑵不同断面型式护岸经济性比较：从表2分析的不同断面型式堤防护岸每米造价看，同一河道断面处砼现浇斜坡式单位长度造价最低，次之为浆砌石斜坡式，较砼现浇斜坡式高7%，再次为格宾网块石斜坡式，较砼现浇斜坡式高8%，再为格宾网重力墙式，较砼现浇斜坡式高118%，再为格宾网重力墙与斜坡砼格栅组合式，较砼现浇斜坡式高124%，再为浆砌石重力墙与斜坡砼格栅组合式，较砼现浇斜坡式高217%，再为砼现浇重力墙与斜坡砼格栅组合式，较砼现浇斜坡式高222%，再为浆砌石重力挡土墙式，较砼现浇斜坡式高233%，再为砼现浇重力墙式，较砼现浇斜坡式高243%，再为浆砌石重力墙与砼现浇护坡组合式，较砼现浇斜坡式高,328%，砼现浇重力墙与砼现浇护坡组合式，较砼现浇斜坡式高329%，再为浆砌石重力墙与浆砌石护坡组合式，较砼现浇斜坡式高363%。依此分析，斜坡式断面结构造价最低，重力挡土墙与斜坡砼格栅式造价较低，重力式造价较高，重力挡土墙与斜坡护坡式造价最高。

3不同地域适宜的护岸结构型式

上述总结出的十二种堤防护岸断面结构型式从其主要特性和单位长度造价分析各有优缺点，在实际运用中还应根据所处地域地形地质、区域经济、保护对象等情况选定。

⑴黄土河谷荒滩区适宜结构型式：此区域内沟壑纵横，山高谷深，地势陡峭，河谷洪道长，地层地质单一，植被分布不均匀，两岸滑坡泥石流发育，水土流失严重，土地资源相对富足，保护对象稀疏，区域经济较差，若遇暴雨洪水不会造成严重影响和损失，因此，选用单位长度造价较低的斜坡式砼现浇、浆砌石、格宾网断面结构较好。

⑵砂砾石河谷城郊区适宜结构型式:此区域内河谷宽阔，地层有黄土与砂砾层交错，城镇雨洪排泄口和污水收集管网等埋设较多，交通、休闲娱乐等设施占用河谷滩地现象普遍，防护对象密集且要求标准高，部分地段还有安置栏杆要求，所以此种情形下选用重力挡土墙式或重力挡土墙与斜坡护坡组合式较合理，虽然造价高些，但防洪能力、稳定性、承载性均较强。

⑶土石林河谷及风景区适宜结构型式:此区域内河谷窄，地层以土石林为主，植被茂密，风景优雅，采用格宾网块石斜坡式或重力挡土墙与斜坡砼格栅组合式，既可增强河道行洪能力，又能增添河川绿色，充分体现人与自然和谐相处的治水理念，实现自然生态系统和社会经济系统的良性循环。

4结语

从上述分析情况来看，遵循尊重自然、顺应自然、保护自然和因地制宜、因河施策、优化设计的理念，就能充分发挥不同建筑材料不同断面结构型式堤防护岸的优点，使之实现既经济稳定又能就地取材建设便利，还能扩大生态功能保护好水生态环境，多方案比较、多思路优化设计堤防护岸断面结构对加强河道治理保护具有重要价值和意义。

参考文献

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作者简介

毛文科（1989-8），男，大学，助理工程师，从事水利工程设计工作。