基于地形地质条件的兰州新区雨洪水出路研究

郜军辉

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

兰州新区于2010年由甘肃省、兰州市共同设立，并于2012年升格为国家新区，成为西北地区第一个、全国第五个国家级新区[1]。兰州新区的战略定位：西北地区经济重要增长极、国家重要产业基地、向西开放的战略平台及承接产业转移示范区。规划至2020年，兰州新区城市人口规模60万人，GDP达1000亿元；至2030年，城市人口规模100万人，GDP达2700亿元[2]。对于新规划的百万人口的重要城市，防洪与排涝安全至关重要。兰州新区自开建至今已满7年，新区内部防洪系统、雨水系统部分工程已开建或建成。但是时至今日，防洪和雨水系统下游排泄通道未打通。根据兰州新区雨水规划，新区北部的飞地产业组团（机场北）、石化产业组团、战略性产业组团和综合服务功能组团的雨水通过新建的雨水中通道和东排洪渠通过水阜河汇入黄河。相关机构在未调查研究兰州新区雨洪水主要排泄通道的情况下，将新区雨洪水下游主要通道确定为新区东南部的水阜河，笔者认为存在一定问题。本文从兰州新区所处秦王川盆地的地形和地质条件两个方面，对兰州新区历史雨洪水排泄通道进行分析研究。

1 兰州新区地形地质条件研究现状

兰州新区位于兰州市西北的秦王川盆地。秦王川盆地离兰州市城区约60 km，盆地南北长约42 km，东西宽10～14 km，面积约504 km2。盆地地势由北向南倾斜，海拔高程1850～2150 m，地面坡度为1/80～1/100[3]。由于引大入秦工程的建设，秦王川盆地被开发成大型灌区，国内学者对秦王川盆地展开了相关研究。比如袁道阳等人对秦王川盆地的形成和演化特征进行了初步研究，判断盆地应该形成于第三纪，中更新世晚期受东西两侧边界断裂的挤压逆冲而形成一个断陷盆地[4]。梁小峰对秦王川盆地1977—2011年土地覆被变化进行了研究，在研究的时间区间内，秦王川盆地砂田的面积缩小，从1977年的41876.9 hm2减少至2011年的3742.38 hm2；水浇地的分布范围一直扩大，从1977年的1384.87 hm2扩大到2011年的32829.66 hm2[5]。王文焰等人对秦王川盆地双层土壤结构的渗透特性进行了研究，并对砂层在黄土中的阻水作用和界面处的临界含水量k进行了测定[6]。王文焰等人对秦王川地区土壤水分运动参数及相关性进行了研究[7]。朱中华对秦王川南部灌区的地下水动态进行了研究分析，得出盆地南部地下水的主要补给来源为盆地北部山区基岩裂隙水、沟谷潜流、盆地降雨入渗和灌溉水入渗四类，盆地内潜水大体由北向南运动[8]。

2 兰州新区历史洪水调查情况

图1为秦王川盆地地形分析图，为兰州新区规划范围。左侧线为四眼井沙沟现状沟道，四眼井沙沟自贾家湾出山后，现状沟道明显，至刘家井村沟道消失。右侧线为正路沙沟，正路沙沟沿石庙峡—正路乡—沙河井—甘露池分布，现状沟道明显，至甘露池后沟道消失。根据调查，秦王川盆地洪水主要来源于盆地北部山洪沟道和东西两侧坡面汇流，主要沟道为四眼井沙沟和正路沙沟。根据历史洪水调查，四眼井沙沟曾经多次发生洪水，洪水淹没区最远至刘家井村下游约9 km处的龙西村处。正路沙沟在甘露池村处曾调查到洪水漫流，至东二干渠前消失。新区西南部中川机场处调查到地表漫流洪水，其来自史喇沟内洪水，淹没兔墩子村、西槽村等处。

图1 兰州新区地形影像图

3 基于兰州新区地形条件的雨洪水出路分析

兰州新区所处的秦王川盆地东、西、南三面黄土丘陵区高出盆地40～60 m。盆地地形自北向南倾斜，自然地面坡降约1%，盆地南北向高程介于2300～1890 m。盆地中部断续分布有三个南北向展布、长数千米、宽0.5～2 km、高出平原5～20 m的第三系基岩山梁，分别为东古山村—金家庙村—郁家窑村、黄茨滩—秦川镇—华家井村—中川村—周家庄—陈家梁村西侧、东小川村—四墩子村—山字墩村。黄茨滩—秦川镇—华家井村—中川村—周家庄—陈家梁村西侧为盆地南北主要山梁，将盆地大体分为东、西两个南北向平原，使盆地东西向地形整体呈现W形。

东侧平原东西宽2～7 km，地面东西向为单侧坡，由西侧向东侧临山侧倾斜，东西向地面坡度约3‰。在临山侧形成向南部发育有相对低于平原区约3 m的宽浅沟谷，宽度200～500 m。沟谷具体走向为东川村—六墩子村—四墩子村—罗圈湾村—山字墩村—陈家梁村东侧—方家坡村东侧—芦井水村，沟谷在罗圈湾村处连接龚巴川入口，在山字墩村处连接水阜川入口，末端至芦井水村。西侧平原东西宽2～9 km，向南部发育有相对低于平原区3～6 m的宽浅沟谷，宽度200～600 m。宽浅沟谷位于西侧平原中间，由东西侧向中间倾斜，东西向地面坡度约2%。沟谷具体走向为红井漕村—振兴村—红星村—廖家槽村—兔墩子村—方家坡村—芦井水村。东西侧平原宽浅沟谷最终汇合于盆地西南侧的芦井水村处。芦井水村位于盆地西南部，为黄河一级支流李麻沙沟的入口。

因此根据秦王川盆地地形条件分析，盆地周边沟道及其内因暴雨产生的雨洪水地表径流，必然沿地表漫流汇入东西两条沟谷，除东部沟谷部分地表径流流入龚巴川、水阜川以外，其余地表径流均将汇于芦井水村处，通过李麻沙沟汇入黄河。这与调查到的四眼井沙沟内地表径流沿西侧沟谷漫流至龙西村基本一致。

4 基于兰州新区地质条件的洪水出路分析

兰州新区所在的秦王川盆地，冲洪积砾石层厚36～59 m，其上覆薄层次生黄土。秦王川盆地的地势由北东向南西方向倾斜，盆地底部为第三系河湖相和山麓相的碎屑堆积物，厚达400～500 m，以泥质砂岩、砂砾岩和泥岩为主，上部为晚更新世（Q3）冲洪积砾石层。

图2～图4是秦王川盆地东西向三条地质测绘图[9]。图2为秦王川盆地北部炮台村—石门沟村地质剖面，图3为盆地中部陈家井村—下华家井—四墩村—铧尖村地质剖面，图4为盆地南部深沟村—马家山村—陈家梁村—陈家井村（龚巴川）地质剖面。根据图2和图3，盆地东西两侧泥岩层明显下凹后形成两个凹槽，凹槽内充填有深厚砾石，凹槽内砾石层厚度约20～40 m，两个凹槽中间分隔泥岩层宽度 3～4 km，厚度 20～40 m。根据图 4，盆地东西两侧也形成两个凹槽，两个凹槽中间分隔泥岩层宽度不足1 km，厚度约10 m，凹槽两侧充填砾石层相互贯通。

图2 盆地北部地质剖面图

图3 盆地中部地质剖面图

图4 盆地南部地质剖面图

根据勘察，秦王川盆地东西两侧凹槽内充填的砾石分选性和磨圆度较好，表明凹槽内充填砾石为经过较长距离的搬运堆积而成[4]。由于盆地为干旱盆地，附近无经常性地表径流，但地层中存在着Ⅰ～Ⅲ级冲洪积阶地，阶地二元结构清晰，推测盆地东西两侧凹槽为两条古河道[4]。东侧古河道北端入口为天祝县松山乡的松山滩[9]，南端出口为秦王川盆地西南部芦井水村—李麻沙沟；西侧古河道始于四眼井沙沟，南端出口为芦井水村—李麻沙沟，东西古河道通过李麻沙沟连接黄河。古河道位置与盆地东西两个沟谷位置大致相同。

东部古河道大致沿甘露池村—五墩子村—方家坡村—芦井水村一线，地下水的埋深由北部漫水滩村处的20 m，至南部五墩村处加深至50 m以上。再向南又逐渐变浅，至中川村处约35 m。西部古河道大约沿双龙泉村—下古山村—陈家井村—西槽村—芦井水村一线，在陈家井村以北，地下水埋深18～47 m，由北向南逐渐加深。在陈家井村以南，地下水埋深达3～37 m，由北向南变浅，至南部芦井水村处溢出地表。

因此根据秦王川盆地地质条件，盆地东西两侧分布有两条古河道，河道内充填厚层砾石，砂砾石层渗透系数20～45 m/d，其表层仅有薄层次生黄土覆盖层，盆地周边山洪及盆地内降雨形成的地表径流在漫流过程中极易下渗，由地表径流转变成地下径流，地下径流汇集于东西两侧古河道，古河道在盆地西南侧芦井水村处溢出地表，转变为地表径流后通过李麻沙沟汇入黄河。

5 结 语

（1）兰州新区所在的秦王川盆地地形自北向南倾斜，南北向的黄茨滩—陈家梁村山梁将盆地划分为东西两个平原区，在东西平原区各有一条明显的宽浅沟谷，使盆地东西向地形呈现W形。东西两条沟谷最终在盆地西南部芦井水村处交汇。盆地及周边丘陵区因暴雨产生地表经流时，必然沿地表漫流汇入东西两条沟谷，并最终汇于芦井水村处，通过李麻沙沟汇入黄河。

（2）兰州新区所在的秦王川盆地东西两侧分布有两条古河道，河道内充填厚层砾石，盆地周边山洪及盆地内降雨形成的地表径流在漫流过程中极易下渗，由地表径流转变成地下径流，地下径流通过东西两侧古河道在盆地西南侧芦井水村处溢出地表，转变为地表径流后通过李麻沙沟汇入黄河。

（3）兰州新区将防洪与雨水系统下游主要通道确定为新区东南部的水阜河，与秦王川盆地历史雨洪水出路不相符。这种调整势必加大下游水阜河排泄洪水压力，而李麻沙沟原始排洪断面在规划调整后将被严重压缩，很有可能会导致兰州新区排水不畅现象的产生。