黄土高原小流域坝系示范工程监测成果浅析

2007年水利部公益性行业科研专项中的"小流域坝系监测评价技术研究"项目选择黄土高原地区12条小流域坝系作为研究对象,监测坝系降雨量、淤积量、输沙量以及小流域坡面治理的动态情况。通过对小流域坝系把口站、典型淤地坝的长期及定点观测,采取典型调查、普查和抽样调查等方法,获取了小流域坝系工程建设动态和拦沙蓄水、坝地利用及增产效益等信息。对上述监测成果进行初步分析,并针对监测项目中存在的技术力量薄弱、数据归纳分析不够等问题提出了建议。     

黄土高原小流域淤地坝监测

[目的]为了探索小流域淤地坝监测的内容、指标、方法,分析淤地坝建设效益,更好地为淤地坝规划、建设、运行管理服务。[方法]2005—2010年,在黄土高原不同水土流失类型区选择了12条典型小流域坝系,布设监测点,采用遥感、水沙观测、调查等方法,连续开展淤地坝工程建设动态、拦沙蓄水、坝地利用及增产效益、坝系工程安全等监测。分析了淤地坝建设与坝系配置、坡面治理、拦沙蓄水、坝地利用等之间的关系。[结果]小流域淤地坝坝系在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增地增收、促进农村生产条件和生态环境改善等方面发挥了显著的生态、社会和经济效益。[结论]建议在淤地坝建设中以小流域为单元,以骨干坝为主体,骨干坝、中型坝、小型淤地坝相结合,形成稳定的淤地坝坝系。     

小流域淤地坝建设的水土保持效益浅析

通过黄土高原地区坝系示范工程水土保持观测,分析了小流域淤地坝及坡面水土保持措施的动态变化、拦沙蓄水效益和淤地坝的增产效益。结果表明:由于降雨时空分布不均和沟道条件差异,5 a间淤地坝拦沙量差异显著,呈现出先大幅度减小,后小幅度增加的趋势;与梯田和坡耕地比较,淤地坝的平均增产效益分别达到36.4%（梯田）和78.9%（坡耕地）。提出了坝系观测中应注意的几个问题,对促进完善小流域淤地坝建设和效益评价具有重要意义。     

黄河流域第三副区坝系拦沙输沙监测成果分析

黄河流域第三副区聂家河小流域坝系工程布局以现有骨干工程为骨架,各级沟道自上而下逐段布设小型淤地坝、中型淤地坝和骨干工程,分级拦蓄径流泥沙;在其示范坝系的典型淤地坝上布设了降雨、拦沙及输沙监测点.监测结果表明:坝系工程抬高了侵蚀基准,稳定了沟坡,控制了沟床下切和沟岸扩张,增强保土保水能力,尤其骨干坝在坝系拦沙中起关键作用,能够快速有效地拦蓄径流泥沙,控制水土流失,是水土保持生态建设的重要措施,为保护下游河流安全起到了重要作用.     

淤地坝坝系在小流域综合治理蓄洪拦沙中的作用——以岔巴沟流域为例

淤地坝坝系的形成改变了流域的下垫面条件,使黄土高原地区产汇流及输沙特性发生了很大变化。为研究淤地坝坝系在小流域综合治理蓄洪拦沙中的作用,选取位于黄河中游的岔巴沟小流域为研究对象,通过对流域坝系形成前后相同量级洪水的产流产沙情况进行对比,并结合流域淤地坝发展情况,对该地区淤地坝坝系的水土保持蓄洪拦沙效果进行分析,研究和揭示黄土高原典型小流域在库坝工程影响下的水沙变化情况,以期为揭示近期黄河水沙量锐减的原因提供科学依据。     

淤地坝拦泥减蚀机理和减沙效益分析

该分析了黄河中游地区典型小流域和重点支流淤地坝的资料，得出淤地坝拦泥减沙作用明显，减蚀作用也很显。（１）淤地坝是沟道治理主要措施，坝库的减沙量约占水保措施总减沙量６０％－７０％；（２）坝地淤积，抬高了侵蚀基准面，可以防止沟道下切和沟岩扩张；（３）黄河中游地区淤地坝的发展潜力很大，有待进一步合理规划坝系，增加投入，开发建设。     

不同历史时期坡面措施减沙效果综合评价研究

以黄河中游粗沙集中来源区黄土丘陵沟壑区第一副区的韭园沟、王峁沟、辛店沟和裴家峁沟4条小流域为研究对象,针对不同历史时期坡面治理措施的减沙指标,采用综合评分指标体系评价方法对坡面措施拦沙进行评价,结果表明:小流域坡面综合评价指标与治理初期相比提高5倍,其减沙效果可提高100倍以上;小流域坡面综合评价指标达到0.3以上,流域输沙可减少到1 000 t/km2.a以下,达到多沙粗沙区容许土壤流失量范围;综合评价指标达到0.55以上,流域水土流失得到有效控制,将基本不向下游河道输送泥沙。     

对坝系相对稳定几个重要问题的认识

在沟道内如单坝能实现相对稳定,则坝系也可实现相对稳定,而坝系相对稳定并不是指每个单坝都有可能和必要全部达到相对稳定.坝系相对稳定的最大设计单元控制在面积30—50km~2的小流域内比较符合实际.坝系建设与坡面治理之间有着密不可分的联系,坡面治理具有减洪滞洪作用,可使坝系达到相对稳定所需的坝库数量及单坝高度相应缩减,从而减少坝系工程规模,缩短坝系相对稳定的形成时间,提高坝地的利用率和保收率.目前所采用的坝系相对稳定系数(淤地面积与坝控制面积之比)反映了流域坡面产流产沙与坝系滞洪拦沙之间的平衡关系,但有一定局限性,应以此系数为中心建立一套能全面描述坝系相对稳定状态的指标体系.     

不同治理措施对小流域产流产沙的影响初报

为了探索黄土丘陵沟壑区不同治理措施对产流产沙的影响,选择了有代表性、沟道走向一致、峁坡沟坡地貌类型相近的四条小流域为研究对象,以工程措施、生物兼小型工程治理和植被自然恢复的牧荒生物沟与不加任何生物措施和工程措施以传统农耕方式的对比沟作治理效益对照,设死坝进行年降雨侵蚀监测。3年实测证明;工程沟、生物兼简易工程沟、牧荒生物沟与对照沟减沙比分别为63%、24.3%和43.6%,初步看出趋势为生物兼简易工程沟治理效果最好,工程沟次之,自然植被恢复的生物沟最差。     

黄土丘陵区淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移特征

了解淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移的变化特征对正确认识和评价淤地坝的减蚀作用有重要意义.该文通过对黄土丘陵区王茂沟流域1953-2015年不同时段内淤地坝的拦沙量和流域出口输沙量的分析,研究了坝系建设后泥沙拦蓄、输移和侵蚀的变化过程与特征.研究表明,王茂沟流域年均拦沙模数呈减少-增加-再减少的波动变化趋势;流域年均输沙模数呈先增加后减少的变化趋势;1953-1986年期间,不同阶段的年均侵蚀模数变化不大,1987年后呈显著下降趋势.流域治理后期与初期相比,年均拦沙模数、输沙模数和侵蚀模数分别下降了79.3％、90.6％和83.9％.淤地坝建设初期,有效库容对流域拦沙模数和输沙模数的变化有重要影响,侵蚀性降雨频发和较低的水土流失治理度是侵蚀强烈的主要因素;流域治理后期,侵蚀性降雨及其发生频次的减少,水土流失治理度的提高与稳固,是流域拦沙、输沙和侵蚀产沙显著下降的主要原因.淤地坝在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著,但要达到持续有效的作用,坡面治理不容忽视,两者兼顾是黄土丘陵区水土保持的必由之路.     

大理河流域水土保持措施减沙效益与影响因素关系分析

 利用大理河流域1960—2002年的系列水文资料和水土保持成因分析法计算结果,分析大理河流域减沙效益与措施保存面积、配置比例和汛期降雨量等影响因素的关系,以及大理河流域淤地坝措施减沙量与坡面措施减沙量的关系。结果表明:现状水土流失治理条件下,大理河流域仅靠坡面治理措施取得的减沙效益只有9%,取得最大减沙效益的水土保持措施梯田、林地、草地、坝地最优配置比例为18.6∶73.2∶4.6∶3.6,保持流域水土保持措施较高减沙效益的坝地配置比例为4%;大理河流域水土保持措施减沙量与汛期降雨量关系最为密切,二者呈正相关关系;流域水土保持措施减沙能力表现最充分的汛期降雨量值区间约为300～500mm;大理河流域治理期有21年坡面措施减沙量小于600万t/a,淤地坝措施减沙量均在3000万t/a以内变化。20世纪90年代以来,流域坡面措施减沙量与淤地坝措施减沙量关系比较密切,淤地坝措施减沙量的增幅小于坡面措施减沙量的增幅。     

黄河中游粗泥沙集中来源区现有治理措施拦沙能力分析

黄河中游粗泥沙集中来源区现状治理措施年拦沙能力为1.03亿t,占区域年泥沙流失量4.08亿t的25.2%。其中:淤地坝(系)年拦沙能力为2757万t,占现状措施年拦沙能力的26.8%;水库年拦沙能力为2688万t,占现有措施年拦沙量的26.1%;治坡措施年拦沙能力为4842万t,占现状措施年拦沙量的47.0%。     

晋西多沙粗沙区坝系建设的相关问题

 坝系是以小流域为单元,为充分利用水沙资源,在沟道中修建的以滞洪、拦泥、淤地为目的的大中小型淤地坝工程体系。坝系建设,就是在一条小流域内合理布局大、中、小型淤地坝工程体系,做到遇洪能拦,遇旱能灌,淤地能种,水多能排,防洪保收。为总结晋西多沙粗沙区坝系建设的经验教训,指导今后沟道坝系建设,在对小流域典型坝系进行综合调查的基础上,对坝系建设的相关问题进行了探讨。认为合理确定坝控规模、建坝密度、建设时序和大中小型淤地坝的比例,是保证沟道工程安全,充分发挥坝系群体最佳效益的主要内容。     

砒砂岩地区沟道植物“柔性坝”拦沙试验

植物“柔性坝”试验在内蒙古西召沟小流域东一支沟进行 ,共布设 9座“柔性坝”。 1996～ 1998年各坝最大测段平均累计淤积厚度为 0 48m。 1997～ 1999年 ,“柔性坝”坝系总拦沙量为 985 5m3 ,全沟段纵比降比布设“柔性坝”前变小。 1997～ 1999年“柔性坝”坝系拦截大于 0 0 5mm的粗粒泥沙为 765 6m3 ,占该时段“柔性坝”坝系总拦沙量的 78%。试验表明 ,“柔性坝”坝系淤积量、淤积厚度与产沙量、沟道形态、沙棘栽植的株行距及暴雨径流量有关     

西黑岱小流域坝系相对稳定布设模式研究

内蒙古西黑岱沟，流域面积３２ｋｍ２，属黄土丘陵沟壑区，水土流失严重。１９８２年开展流域综合治理，治理措施面积已占流域面积的６７．９％。千支沟兴建治沟骨干工程和淤地坝１６座，总库容８５４．８万ｍ３，可淤地１０５．２ｈｍ２，已拦泥２６７．１万ｍ３、淤地５４ｈｍ２，基本形成“支沟滞洪，干沟生产”模式的坝系，在蓄洪拦沙、促进当地农业协调发展等方面发挥了显著作用。通过调查总结该流域坝系布设经验，分析坝系蓄洪拦沙能力，提出了进一步完善坝系意见，使其可淤地面积占流域面积的比例由１／３０提高到１／２０，达到坝系相对稳定，实现坝地保收和对洪水泥沙的长期控制。     

延河流域骨干坝拦沙量反推与未来可拦沙年限预测

定量研究延河流域淤地坝拦沙贡献率和未来可拦沙潜力,对流域淤地坝建设效益分析具有重要的参考价值。根据延河流域1952—2018年的径流输沙数据和2011年全国水利普查中的骨干坝建坝年限、控制面积、总库容和淤积库容等资料,构建了延河流域骨干坝拦沙量反推计算模型,计算了延河流域骨干坝逐年拦沙量与减沙贡献率,预测了骨干坝未来可拦沙年限。结果表明:不同年代延河流域骨干坝年均拦沙量持续增加,2000—2011年多年平均拦沙量为401万t/a,达到最大值;人类活动是延河流域年输沙量减少的主要因素,1997—2005年和2006—2011年人类活动对延河流域减沙量的贡献率分别为63.44%和84.98%;骨干坝拦沙量在人类活动减沙量中的占比呈减小趋势,1997—2005年占比24.67%,2006—2011年占比7.46%;截止2019年,延河流域62%的骨干坝未来拦沙年限为30年以内,并且北部骨干坝未来可拦沙能力大于南部骨干坝。研究结果可为延河流域水土流失防治与效益评价、水土保持措施规划与布局以及流域综合管理等提供参考依据。     

称钩河流域示范坝系监测设想

称钩河流域坝系监测的主要内容包括:工程建设动态监测、拦沙蓄水监测、坝地利用及增产效益监测、坝系工程安全监测。通过监测工程的实施,准确评价坝系建设的生态、经济和社会效益,为全市今后建设安全运行、相对稳定的小流域坝系提供强有力的技术支撑,同时提高坝系及淤地坝设计、施工、管理和生产的水平,保证坝系工程整体质量与效益的全面稳定发挥。     

称钩河坝系流域水保措施减沙效益分析

以称钩河坝系流域降水、径流、泥沙和水土保持措施的5 a监测统计数据为依据,Quick Bird卫星影像为主要数据源,在ArcGIS 9.3及Region Manager 5.5软件支持下,研究该坝系流域降雨变化和水保措施对径流和产沙量变化的影响,分析坝系水土保持措施拦沙效益。结果表明:2007—2011年间,水土保持措施建设是该流域径流和侵蚀产沙减少的主要原因,其中坡面治理措施面积增加133.04 hm²,坝系流域总控制面积达到8 843.58 hm²,占流域总面积的54.80%。坝控范围内年平均侵蚀模数为18.80 t/km²,侵蚀模数减少5 581.20 t/km²。     

黄土区工程堆积体陡坡坡面径流调控工程措施的减沙效应

定量分析减少径流和改变水沙关系在泥沙调控中的不同作用,对于深刻理解径流调控措施的水土保持效益具有重要意义。以黄土区工程堆积体陡坡坡面(36°)为例,探讨了野外模拟径流冲刷试验条件下,不同工程措施及其组合调控坡面径流的水沙效应及其作用效率。结果表明:1)不同工程措施均能较好地调控坡面径流侵蚀过程,不同情形下的产流时间控制比为2～20,径流量控制比为0.45～0.78,产沙量控制比为0.20～0.59;平均含沙量控制比为0.38～0.79;2)减流控沙作用是工程措施调控坡面侵蚀产沙的主要原因,水沙关系调沙作用则受减流控沙作用的制约;3)水平阶类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈线性正相关,当减流控沙量超过一定临界值时,水沙关系才开始发挥调沙作用;水平沟类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈二次函数关系,水沙关系调沙量存在极大值;4)水平沟类措施调控泥沙的作用效率高于水平阶类措施,水平沟+鱼鳞坑的组合可很好地发挥减流控沙和水沙关系调沙作用的潜力(55%),使二者在较高的水平上维持相对平衡;因此,不同工程措施与组合的实际应用应以具体的水土保持效益和防治目标为布设依据。研究可为堆积体陡坡治理的工程措施优化提供理论参考。     

玉皇沟小流域综合治理成效与进一步治理的可行性分析

山东省莒南县玉皇沟小流域治理前存在着水土流失严重、耕地质量差、荒坡多、疏林多、沟道多、拦蓄少和道路不畅等问题。2019年,该县在这里组织实施了玉皇沟小流域国家水土保持重点工程,取得了较为显著的经济、生态及社会效益。但治理后的玉皇沟小流域还存在灌溉用水不够、生态用水缺乏等问题,经可行性分析后提出了"沟头防护+上游谷坊拦沙+中下游堰坝梯级蓄水"的进一步治理对策。