水利工程論文-新時期淤地壩規(guī)劃設(shè)計中的若干技術(shù)問題探討.doc

水利工程論文-新時期淤地壩規(guī)劃設(shè)計中的若干技術(shù)問題探討摘要：大規(guī)模淤地壩建設(shè)是一項非常浩大和復雜的工程，為科學合理地規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)淤地壩，保證其安全運行和工程效益的發(fā)揮，避免和解決過去的處理標準淤地壩建設(shè)中存在的一些問題，本文提出了新時期在黃土高原建設(shè)生態(tài)型、節(jié)水型和可持續(xù)發(fā)展型淤地壩的技術(shù)思想，就壩系相對穩(wěn)定、淤地壩洪水設(shè)計標準和不達標淤地壩、淤地壩隨淤隨用、提高豎井排洪能力、岸邊溢洪道、土壩過水和水墜壩的快速施工等技術(shù)問題進行了探討，并提出了具體的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：淤地壩規(guī)劃設(shè)計淤地壩是黃土高原地區(qū)人民群眾在長期同水土流失斗爭實踐中創(chuàng)造的一種行之有效的既能攔截泥沙、保持水土，又能淤地造田、增產(chǎn)糧食的水土保持工程措施，已有幾百年的發(fā)展歷史。新中國成立后，一方面，在總結(jié)天然聚湫和在水土流失嚴重的地區(qū)進行筑壩試驗的基礎(chǔ)上，淤地壩的建設(shè)得到了快速發(fā)展，從局部到大面積，從小型到大中型，從蓄水攔沙到淤地生產(chǎn)，從單壩建設(shè)到壩系建設(shè)，至20世紀90年代末，黃河流域共有大、中、小型淤地壩10余萬座，在攔泥、滯洪、造地、增產(chǎn)及綜合利用等方面產(chǎn)生了顯著效益。另一方面，在已建設(shè)的淤地壩中有相當數(shù)量的中小型淤地壩是20世紀70年代前群眾性建壩高潮中建設(shè)起來的，在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理過程中仍存在許多問題。如在規(guī)劃布局方面，部分壩系缺乏全局觀念，沒有統(tǒng)一規(guī)劃，同時缺乏壩系規(guī)劃設(shè)計的理論基礎(chǔ)。在設(shè)計標準方面，部分中小型淤地壩設(shè)計標準低，庫容小，未留溢洪道或溢洪道過水斷面小，致使洪水漫頂垮壩。在建壩施工方面，有的夯壓不實，壩體干容重低，特別是不按技術(shù)規(guī)范操作，標準低，施工質(zhì)量差。在壩系管理方面，淤地壩雖是山區(qū)農(nóng)民的“保命田”、“金飯碗”，然而“重新修、輕管護”的思想仍然根深蒂固，同時缺乏維修管理制度和管理養(yǎng)護辦法，大多數(shù)壩只修不管，或者管護流于形式，使得淤地壩在改善當?shù)厝罕娚钏降淖饔貌⑽吹玫接行У陌l(fā)揮。為配合國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，大力推進西部地區(qū)水土保持與生態(tài)環(huán)境建設(shè)，汪恕誠部長在2003年全國水利廳局長會議上將“淤地壩”列為水利“三大亮點”工程之一，指出：“大力推廣淤地壩建設(shè)，將退耕還林、水土流失治理、生態(tài)建設(shè)結(jié)合起來，以解決老百姓的長遠生計，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標。”黃土高原在未來的20年內(nèi)將要建設(shè)16.3萬座淤地壩，是一項非常浩大和復雜的工程。因此，如何科學合理地規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)淤地壩，保證其安全運行和工程效益的發(fā)揮，避免和解決過去淤地壩建設(shè)中存在的諸如部分壩系工程布局不合理、部分淤地壩設(shè)計標準偏低和設(shè)施不配套、重建輕管和綜合效益偏低等問題，本文將對新時期黃土高原淤地壩規(guī)劃設(shè)計中的若干技術(shù)問題進行探討。1新時期淤地壩建設(shè)的技術(shù)思想黃土高原是世界上水土流失最嚴重的地區(qū)，水土流失總面積45.4萬km2，多年平均輸入黃河泥沙約16億t。嚴重的水土流失威脅著黃河下游的防洪安全，造成生態(tài)環(huán)境惡化，制約經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，黃河流域地處干旱半干旱地區(qū)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，黃河水資源供需矛盾日益突出，缺水日益嚴重。如何從各個環(huán)節(jié)挖掘節(jié)水潛力，建立節(jié)水型社會已是一項十分緊迫的任務。因此，新時期大規(guī)模建設(shè)淤地壩，必須堅持“生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益相統(tǒng)一”的原則，以流域為系統(tǒng)，充分體現(xiàn)全局觀點，兼顧當?shù)睾拖掠蔚貐^(qū)利益，科學有效地發(fā)揮攔沙、保水和淤地等綜合功能，以促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，鞏固退耕還林成果，改善生態(tài)環(huán)境，有效減少入黃泥沙，為確保黃河安瀾和全面建設(shè)小康社會做出貢獻。為此，本文提出了新時期在黃土高原建設(shè)生態(tài)型、節(jié)水型和可持續(xù)發(fā)展型淤地壩的技術(shù)思想。1.1生態(tài)型生態(tài)良好淤地壩建設(shè)既應著眼于減少水土流失和攔沙造地形成穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)田，又要與黃土高原生態(tài)建設(shè)密切結(jié)合，促進坡地退耕還林還草。根據(jù)當?shù)貧夂?、地形、土壤和水資源等條件，因地制宜地進行林草建設(shè)。充分發(fā)揮生態(tài)自我修復能力，使生態(tài)形態(tài)達到同類氣候地形土壤條件下的良好水平。在壩地的利用方面，合理使用化肥和農(nóng)藥，盡可能多使用天然肥料和生物治蟲，化肥、農(nóng)藥的土壤殘留和隨水排除的部分應達到國家標準。對生態(tài)系統(tǒng)恢復過程中出現(xiàn)的一些不利變化，如一些地方出現(xiàn)野兔大量繁殖造成樹苗大量損壞等問題，應在科學論證的基礎(chǔ)上采取適當?shù)娜斯じ深A措施。在淤地壩建設(shè)過程中嚴格遵守水土保持等相關(guān)的規(guī)范標準。1.2節(jié)水型節(jié)約和高效利用水資源針對黃土高原的實際情況和全流域水土資源合理高效利用的需求，淤地壩建設(shè)必須考慮完備的排水設(shè)施，做到攔沙排水，除有解決人畜飲水任務的淤地壩外，每年汛后必須排盡積水，減少無效蒸發(fā)。新淤成的壩地，必須形成有效的排水系統(tǒng)，防止鹽堿化和沼澤化。在壩地上進行農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，盡可能采用旱作方式，若進行灌溉，應大力推廣節(jié)水灌溉措施。以壩系控制的流域為單元計算，當?shù)厮Y源利用系數(shù)應控制在合適的范圍內(nèi)。1.3可持續(xù)發(fā)展型管理良好、滾動發(fā)展、農(nóng)民增收編制經(jīng)過科學論證、布局完善合理的淤地壩建設(shè)規(guī)劃，促進退耕還林還草規(guī)劃和當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃的有效實施。淤地壩應是設(shè)計科學合理、成本有效控制、施工質(zhì)量好、速度快。淤地壩的壩地使用效益較高，為一般坡地的610倍。建立合理的資金籌集和投入機制，國家、地方、農(nóng)戶的投入比例適當。用戶參與管理機制明確，淤地壩（包括配套設(shè)施）和壩地產(chǎn)權(quán)、使用權(quán)明晰，管理體制健全。從淤地壩的收益中有部分用于管護。完全由國家投入的骨干壩形成的壩地、其收益的一部分應用于維修和滾動建設(shè)新的淤地壩。淤地壩的完好率大于95%，壩地利用率大于95%。農(nóng)戶通過高效使用壩地，調(diào)整與優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品加工，收入逐年增長。解決建設(shè)區(qū)內(nèi)人畜飲水問題。1.2壩系相對穩(wěn)定壩系是指以溝道小流域為單元，以攔泥、生產(chǎn)等為目的，大、中、小淤地壩相結(jié)合的工程體系。經(jīng)過黃土高原淤地壩建設(shè)的多年實踐，人們逐步認識到，要使淤地壩系充分發(fā)揮其作用和效益，壩系達到相對穩(wěn)定是至關(guān)重要的，壩系相對穩(wěn)定或相對平衡已成為治溝骨干工程和淤地壩系規(guī)劃設(shè)計的理論依據(jù)。淤地壩的攔沙減蝕機理主要表現(xiàn)在：（1）抬高侵蝕基準面，減弱重力侵蝕，控制溝蝕發(fā)展；（2）攔蓄洪水泥沙，減輕下游溝道沖刷；（3）形成壩地后，使產(chǎn)匯流條件發(fā)生變化，削減了洪水和減少了產(chǎn)沙；（4）增加壩地，促進陡坡退耕還林還草，減少坡面侵蝕。而壩系相對穩(wěn)定，是指以小流域為單元，當壩地面積與控制流域面積達到一定比例、溝坡相對高度和坡度達到一定數(shù)值，在一定頻率洪水泥沙條件下，能夠保證壩系安全和農(nóng)作物的正常生長，泥沙基本不出溝，有合適的水工建筑物，能夠合理利用水資源，鹽堿危害小，建立良好的維修和管護體制，達到可持續(xù)發(fā)展。隨著淤地壩建設(shè)的發(fā)展，黃土高原不少小流域溝道已形成壩系，其中一些已基本達到相對穩(wěn)定。20世紀60年代初，人們受天然聚湫對洪水泥沙全攔全蓄、不滿不溢現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了淤地壩相對平衡的概念，并從80年代開始對典型流域壩系進行分析，并對壩系相對穩(wěn)定的條件、標準等進行了研究，取得了較好研究成果14。目前，淤地壩相對穩(wěn)定條件多采用壩地面積與壩控制流域面積之比作為衡量指標，該指標反映了壩地對洪水泥沙的控制作用，隨著壩地面積的增加，坡地面積的減少，流域的產(chǎn)水產(chǎn)沙能力逐漸減弱，而調(diào)節(jié)水量和攔截泥沙的能力逐步增強，當壩地面積所占比例增加到一定程度，就能夠?qū)樗嗌尺M行有效的控制，用公式可以表述如下：(1)式中：I為壩地面積與壩控制流域面積之比；A為壩地面積，單位：hm2；F為壩控制流域面積，單位：km2。在一定頻率的洪水條件下壩地淹水深度為允許深度（d）時的壩地面積與壩控制流域面積之比，稱之為相對穩(wěn)定的臨界值IC，由d=WpA可得：(2)式中：Wp為頻率為P的洪水總量，單位：萬m3；d為壩地允許淹水深度，單位：m。因此，當IIc時壩系達到相對穩(wěn)定，當IIc時壩系未達到相對穩(wěn)定。目前的基本認識是基于大量典型小流域調(diào)查資料的分析，即當壩地面積與壩控制流域面積之比達到1/251/20時，壩系基本可以達到相對穩(wěn)定。由于影響淤地壩壩系達到相對穩(wěn)定的因素很多，包括降雨、洪水泥沙、地形地貌、地質(zhì)土壤、侵蝕類型、治理程度和措施分布、壩地管理水平、作物種類、排水規(guī)模等，問題十分復雜。當前，在進行大區(qū)域的淤地壩壩系建設(shè)潛力分析時，主要是按侵蝕分區(qū)（劇烈、極強度、強度、中度、輕度）調(diào)查典型中小流域的壩系布設(shè)狀況、淤積狀況、運行狀況、骨干壩與中小型淤地壩的配壩比等基本情況，分析確定各侵蝕分區(qū)中可建骨干壩控制面積占流域面積的比例；利用典型小流域壩系規(guī)劃成果，分析確定不同侵蝕強度分區(qū)中骨干壩布壩密度、骨干壩與中小型淤地壩的配壩比例。例如，我們在進行“延安市黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩建設(shè)總體規(guī)劃”時（延安市水利水土保持局、中國水利水電科學研究院，延安市黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩建設(shè)總體規(guī)劃，2003年3月。），在延安市13個縣區(qū)中選擇了21條不同類型、不同侵蝕強度區(qū)的典型壩系進行調(diào)查和研究，根據(jù)不同類型侵蝕區(qū)可建骨干壩控制面積、各單壩技術(shù)指標及骨干壩與中小型壩的配置比例，由下式計算得出骨干壩與中小型壩的建設(shè)潛力數(shù)量。(3)式中：N為可建淤地壩潛力數(shù)量（座）；di為布壩密度（座/km2），不同的侵蝕強度級取值各異（i為侵蝕強度分區(qū)：1為輕度侵蝕區(qū)，2為中度侵蝕區(qū)，3為強度侵蝕區(qū)，4為極強度侵蝕區(qū)，5為劇烈侵蝕區(qū)）；aj為不同侵蝕類型區(qū)面積（j為不同侵蝕類型區(qū)：丘陵區(qū)為1，高塬區(qū)為2）；rk為壩系配置比例（k為壩系配置比例：1為骨干壩，2為中型壩，3為小型壩）。近年來，淤地壩相對穩(wěn)定的研究引起了越來越多學者的重視，但與淤地壩工程建設(shè)取得了較大發(fā)展相比，科研