骨干坝系最佳建筑时间的存在条件及实际淤积期的计算

坝系中有一部分坝存在上下游关系时，下游坝的淤积期受上游各坝的影响。只有建立正确反映这种影响的数学模型，才能确定坝系最佳建筑顺序和时间间隔，在此基础上进行的优化规划也才是有意义的。在上游各坝的影响下，下游坝实际淤积期的计算是很繁琐的，本文提出了一种较为简单的计算方法，既可简化数学模型，又可减少寻优过程中的计算工作量。     

坝系建设时序浅析

典型实例分析表明,小流域坝系建设时序安排如果先建设上游骨干坝,后建设下游骨干坝,淤积缓慢,坝地不能尽快利用,前期效益差。如果资金有保障,先建设下游骨干坝,利用拦泥库容未淤积前抵御洪水,拦蓄一定泥沙后再建设上游骨干坝,可以使坝地尽早利用,效益明显提高。     

黄土丘陵第三副区典型淤地坝系结构特征分析

为科学认识黄土丘陵区淤地坝系结构特征,对黄土丘陵区第三副区车路沟坝系沟道特征、库容分布特征、泥沙淤积及蓄水量分布特征进行了总结,并对坝系的级联方式进行了解析,对把口站的水沙变化趋势进行了分析。结果表明:(1)车路沟流域随着沟道级别的提高,沟道平均面积增大,平均沟长增加,平均比降减小;Ⅰ级沟道小型坝的数量最多,Ⅱ级沟道中型坝数量最多,Ⅲ级和Ⅳ级沟道则以骨干坝建设为主。(2)随着沟道级别的提高,骨干坝的总库容、设计防洪库容和设计淤积库容表现为逐渐增大,中型坝、小型坝的总库容和设计防洪库容表现为逐渐减小,设计淤积库容先增大后减小。(3)车路沟坝系中型坝和小型坝的设计淤积库容已经几乎淤满,而骨干坝还剩余较大的淤积库容。(4)车路上游坝系单元通过拦蓄洪水泥沙为下游主沟的淤地坝减轻防洪压力,坝系单元内部各中小型坝尽快淤积成地,车路沟坝系仍有较大的淤地潜力;随着车路沟淤地坝系的建设,流域把口站的水沙趋势发生了明显变化。研究成果以期为黄土高原淤地坝系建设管理提供参考。     

沙棘"柔性坝"对沟道土壤粒径分布影响的试验研究

沙棘“柔性坝”取得了良好的拦沙效果，为了进一步了解其对沟道土壤粒径分布的影响，试验测定了种植沙棘“柔性坝”的沟道内不同位置、不同深度的土壤颗粒级配，同时与一条未种植沙棘的小支沟进行了对比分析。结果表明：同未种植沙棘的沟道相比，由于沙棘的生长及其对坝内生态环境的逐渐改善，坝内淤积的泥沙整体上呈细化趋势，上游断面处此变化最为明显；受局部地形的影响，单个坝体内泥沙淤积无明驻规律；由于沙棘“柔性坝”的存在，沟道内泥沙粒径从上游到下游呈递减趋势，且沙棘对粒径大于0．25mm的粗颗粒泥沙具有较好的分选效果。     

沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响

为了进一步研究沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘"柔性坝"野外试验,根据单座沙棘"柔性坝"一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘"柔性坝"能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘"柔性坝"上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘"柔性坝"单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。     

淤地坝坝系工程除险加固施工时序安排探讨

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,黄河中游淤地坝建设是黄河流域生态保护和高质量发展的一项重要治理工程。淤地坝坝系工程除险加固受资金配置、施工力量等因素影响,不可能同时开工。如何根据大中型淤地坝在坝系中的位置,科学合理安排施工时序,是淤地坝除险加固需要考虑的一个重要问题。以临县万安沟小流域坝系工程为例,通过分析坝系中各坝之间的相互影响,建立了坝系相互影响关系图,并考虑下游影响范围内居民以及淤地坝淤积情况,较好地解决了施工时序安排问题。     

坝系相对稳定的标准和条件

坝系相对稳定是指在一定频率的暴雨洪水条件下，淤地坝能够保持工程安全和坝地作物保收，实现对洪水泥沙的控制利用。本文从淤地坝工程的防洪标准、坝地淹水对作物产量的影响、淹水深度与淹水历时及淤积厚度的关系考虑，提出黄河中游坝系相对稳定的标准：洪水频率为２％，坝地允许淹水深度为８０ｃｍ。通过坝系相对稳定指标和相对稳定临界值的分析计算，得到了黄河中游地区坝系相对稳定的条件：坝地面积与坝控流域面积之比达到０．０４～０．０５时，即达到相对稳定阶段。     

黄土高原淤地坝坝地淤积物两个重要物理特性指标研究

淤地坝淤积过程机理的研究是个薄弱环节，坝地淤积物的主要物理特性指标的研究能为淤积过程机理的研究提供重要依据。在调查典型淤地坝挖取剖面采集土样的基础上，通过室外试验与室内分析计算相结合的方法，研究了坝地各层淤积物的干容重和粒径级配两个物理特性。结果表明：淤积程度相似（淤积年限相近．淤积层数相当），淤积物的干容重的变化规律类似；对于同一座坝，淤积层厚度相近的各个淤积层，其干容重从上到下有增大的趋势；坝地各层淤积物的粒径主要集中在0．025～0．1mm之间。该结果可为进一步求解淤积沙量，建立各淤积层淤积量与次侵蚀性降雨的相关关系提供重要参数。     

沟壑坝系工程洪水、泥沙溢流计算

在水土流失区,沟壑治理多采取坝系配套工程。但却对沟壑坝系工程失事的溢流现象缺乏相应的观测资料,而不能解析。影响到沟壑治理的整体设计。2008年日本学者中谷洋明在首取川流域应用水中听音器系统观测流沙量,在中规模的101 km2流域进行流沙解析。揭示了沟壑坝系工程洪水流沙波形的变化规律。其结果,流沙波形前期由稍有堆积向小规模流出方向发展,中、后期流沙量有增加趋势。流沙的流出平均速度为0.461 m/s,约为流水的1/3。计算流量和计算流沙量几乎不相关。下游坝的计算流沙量多比上游坝大。虽然本次研究的事例规模较小,但通过在满沙的坝系工程泄洪排沙的定量分析,提出的分析方法,确定在一定程度上能够得到有价值的参考。有关此类事件分析,还有待于进一步积累观测分析,以指导坝系工程规划设计。     

黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区重力侵蚀分析与预测

黄土丘Ⅴ区因其独特的土壤及地形和水文地质条件,使淤地坝坝控区的重力侵蚀严重,以至于毁坏耕地、道路和桥梁等,严重影响淤地坝效益的发挥。针对黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区在运行期间因沟岸崩塌和岸坡滑塌等产生的重力侵蚀导致淤地坝泥沙淤积量计算失真的问题,采用实测库容与3S技术生成库容资料和原设计库容曲线复核率定的三重复核分析方法,对运行期淤地坝坝控区域的重力侵蚀来源、诱发因素及预测进行分析。结果表明:(1)反映淤地坝淤积形态的形态判别系数α'为0.711~208.517,均值48.238,说明除阳山上小型坝小于临界数2.2为椎体淤积外,其他淤地坝为三角洲淤积;(2)坝控区形态参数如淤积面面积、周长、淤积体积及淤积形态判别系数等对重力侵蚀影响较大,给出了重力侵蚀量及侵蚀模数的计算关系;(3)重力侵蚀模数的范围184.79~812.80t/(km~2·a),均值360.68t/(km~2·a),坝控区淤积产沙模数的范围225~2 719t/(km~2·a),均值1 382t/(km~2·a)。重力侵蚀模数约占淤积产沙模数的26.1%,说明在黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区淤地坝的库区拦沙既有上游因水力侵蚀产沙又有库区自身重力侵蚀所致,淤地坝的运行管理既要防止重力侵蚀破坏现有耕地,又要防止淤地坝淤积出的土地被沟道基流苦咸水破坏,从而导致淤地坝淤地无法高效利用。