水土保持工程中淤地壩的設(shè)計

水土保持工程中淤地壩的設(shè)計

在黃河下游河道（包括海灘）的沉積物中，近50%是粒度為0.05mm的粗沉積物，而主河槽中的沉積物大于0.05mm。無定河、禿尾河是黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)之一,淤地壩是兩流域主要的水土保持工程措施之一,在減緩下游泥沙沉積方面發(fā)揮了重要作用。通過對無定河的韭園溝小流域21座淤地壩及禿尾河流域36座淤地壩壩地泥沙樣品進行顆粒級配分析,得出兩流域壩地淤積物中泥沙粒徑>0.05mm粗泥沙、>0.10mm特粗泥沙級配組成的百分比,進而分析淤地壩在兩流域攔減粗泥沙的效應(yīng)及差異。1研究區(qū)域的簡要介紹和采樣方法1.1主溝長、地貌韭園溝流域是黃河中游地區(qū)無定河中下游左岸的一條支溝,為黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)的典型小流域。溝道斷面呈V形,主溝長18km,平均比降1.15%,溝壑密度5.34km/km2,海拔高程820~1180m,流域面積70.10km2。禿尾河是黃河河口鎮(zhèn)至龍門段一條支流,發(fā)源于陜西神木縣瑤鎮(zhèn)鄉(xiāng)宮泊海子,在萬鎮(zhèn)的河口岔村注入黃河,全長139.6km,平均比降3.16%,流域面積3294km2。1.2壩前淤地壩取樣韭園溝流域選取21座淤地壩進行取樣,每座壩沿壩地中泓線布設(shè)壩前、庫中和庫尾3個鉆孔,采用洛陽鏟鉆孔取樣,鉆孔深度為2.0m,每0.5m取樣一次;禿尾河流域選取36座淤地壩進行取樣,每座壩沿壩地中泓線在壩前和庫尾布設(shè)2個取樣鉆孔,采用洛陽鏟鉆孔取樣,鉆孔深度為2.5m,每0.5m取樣一次。兩流域共采集樣品623個。2砂粒分析2.1粒徑大小沙重比例無定河流域內(nèi)黃土為主要地層成分,禿尾河流域內(nèi)風沙為主要地層成分(見表1);無定河和禿尾河水文站實測平均懸移質(zhì)粒徑>0.05mm、>0.10mm沙重比例分別為32.8%和54.4%、8.3%和28.5%(見表2)。兩組數(shù)據(jù)表明,無定河流域的粗泥沙主要來源于流域內(nèi)的黃土,禿尾河流域的粗泥沙主要來源于流域內(nèi)的風沙,且無定河流域粗泥沙粒徑主要集中在0.05mm,禿尾河流域粗泥沙粒徑主要集中在0.05~0.10mm。2.2壩前、庫中、庫尾監(jiān)測根據(jù)顆分資料,韭園溝流域壩前淤積泥沙平均粒徑小于壩尾的有17座,約占81%;壩前淤積泥沙平均粒徑接近庫尾的有3座,約占14%;壩前、庫中、庫尾淤積泥沙粒徑交錯分布的1座,約占5%。在取樣分析中,舍去了壩前、庫中、庫尾淤積泥沙粒徑交錯分布的1座壩的取樣資料。韭園溝流域20座淤地壩壩前淤積物粒徑>0.05mm和>0.10mm的體積算術(shù)平均百分數(shù)分別為22.41%和3.07%,庫尾淤積物粒徑>0.05mm和>0.10mm的體積算術(shù)平均百分數(shù)分別為32.07%和4.89%。韭園溝流域壩前、庫尾泥沙平均顆粒級配曲線見圖1,顆分數(shù)據(jù)說明淤地壩有效攔截了入庫的粗泥沙,韭園溝流域壩內(nèi)粗泥沙粒徑主要集中在0.05mm。2.3壩前監(jiān)測數(shù)據(jù)分析主要表現(xiàn)為根據(jù)顆分資料,禿尾河流域壩前淤積泥沙平均粒徑小于庫尾的淤地壩有28座,約占78%;壩前淤積泥沙平均粒徑接近庫尾的有5座,約占14%;壩前淤積泥沙平均粒徑大于庫尾的有3座,約占8%。造成壩前淤積泥沙比庫尾粗的原因,可能是土樣代表性差或受人為因素的影響,因此在取樣分析中,舍去了這3座淤地壩的取樣資料。禿尾河流域33座淤地壩壩前淤積物粒徑>0.05mm和>0.10mm的體積算術(shù)平均百分數(shù)分別為33.30%和7.10%,庫尾淤積物粒徑>0.05mm和>0.10mm的體積算術(shù)平均百分數(shù)分別為37.20%和10.50%。禿尾河流域壩前、庫尾泥沙平均顆粒級配曲線見圖2,顆分數(shù)據(jù)說明淤地壩有效攔截了入庫的粗泥沙,禿尾河流域壩內(nèi)淤積物粒徑主要集中在0.05~0.10mm。2.4壩前、庫尾監(jiān)測泥沙粒徑特征韭園溝、禿尾河流域壩地淤積物>0.05mm和>0.10mm粒徑體積算術(shù)平均百分數(shù)分別為27.2%、35.3%和3.9%、8.8%(見表3)。粒徑0.05~0.10mm的泥沙所占比例,韭園溝流域大于禿尾河流域;粒徑0.10~0.25mm的泥沙所占比例,韭園溝流域小于禿尾河流域?？傮w說明韭園溝壩內(nèi)淤積泥沙粒徑較禿尾河小。圖3與圖4分別為韭園溝和禿尾河流域壩前、庫尾平均顆粒級配曲線,兩圖中禿尾河流域壩前、庫尾淤積泥沙平均顆粒級配曲線均位于韭園溝流域的下方,這表明禿尾河流域壩前、庫尾淤積泥沙都較韭園溝流域平均粒徑大,且兩流域壩前泥沙的粒徑差別較庫尾大。由此可知,淤地壩對于泥沙的分選效果與庫尾入庫泥沙的粒徑成正比,入庫泥沙粒徑越大分選效果越明顯。3粗泥沙粒徑分布(1)無定河的粗泥沙主要來源于流域內(nèi)的黃土,禿尾河的粗泥沙主要來源于流域內(nèi)的風沙,淤地壩能夠有效地攔截入庫的粗泥沙。(2)韭園溝流域淤地壩壩內(nèi)粗泥沙粒徑主要集中在0.05mm,禿尾河流域淤地壩壩內(nèi)粗泥沙粒徑主要集中在0