黄土高原淤地坝水毁问题分析

淤地坝是黄土高原地区防止水土流失有效的工程措施之一,但淤地坝水毁事件时有发生,在一定程度上对当地群众的生活和农业生产造成影响,也制约了淤地坝的发展。超标准的暴雨洪水是引发淤地坝水毁的主要因素,同时淤地坝被淤满、坝坡无防护措施、施工质量差、管护不到位也是引发淤地坝水毁的因素。中小型淤地坝易发生水毁,水毁部位多发生在坝体。目前,业内主要依库坝破坏痕迹来推测淤地坝水毁过程,还未能真正实施对淤地坝从建坝到水毁的动态监测。由于缺乏有效的水毁风险预警体系,所以研究淤地坝水毁灾害对于淤地坝今后的发展具有重大意义。     

关于淤地坝水毁研究的几个问题

水毁是困扰黄土高原地区淤地坝建设发展的一个主要因素，但长期以来有关坝系水毁的科学研究却不很深入。淤地坝水毁是由于坝系不足以抵御暴雨洪水冲击而发生结构性的力学破坏过程，应有计划地开展实地观测和室内模拟试验，着重研究坝系流域突发性洪水的形成及其演进规律、坝库系统的受力状态及其形变规律和连锁垮坝情况下的水毁机理。淤地坝水毁过程机理的研究，必须充分体现一个“动”字，落实到一个“力”字上，才会使相关认识具有坚实的科学性。淤地坝水毁问题的解决，一靠完整工程体系的建立，二靠流域综合治理，实现坝系持续平衡与终极稳定目标。坝系相对平衡问题应成为今后研究的一个重点。     

淤地坝水毁灾害研究中的几个观念问题讨论

从系统理论的角度出发,给淤地坝的水毁灾害进行定义。对淤地坝水毁灾害的现状进行了总结,并将自然灾害中的两重性和共发性等基本概念引入淤地坝水毁的灾害研究中。认为从长时间尺度、大范围来看淤地坝的水毁并非是件坏事,这些概念的建立对于黄土丘陵沟壑区淤地坝的建设、淤地坝的水毁灾害研究、淤地坝水毁灾害的防治等都具有重要的意义。     

陕北黄土洼淤地坝粗颗粒沉积与暴雨关系探究

对陕西省子洲县黄土洼天然淤地坝洪水沉积剖面进行系统的样品采集、粒度成分和137 Cs含量测定。利用137 Cs断代技术建立研究剖面的年代框架,从而将剖面中存在的粗颗粒沉积与研究区域1954年以来的暴雨资料进行对比分析。结果表明,137 Cs断代技术指示1954年洪水沉积位于剖面深290cm,137 Cs含量峰值指示了1964年的洪水沉积,70cm处的沉积层为1986的洪水沉积;依据137 Cs断代技术建立的地层年代框架,1954年至今剖面中存在20次明显的粗颗粒泥沙沉积层,其与研究流域日降雨量≥50mm的暴雨事件没有显著关系,而与日降雨量≥60mm的暴雨事件具有极好的对应关系,进而提出黄土洼淤地坝粗颗粒沉积层能够指示研究流域内日降雨量≥60mm的暴雨事件。本研究建立了利用粗颗粒泥沙沉积层指示日降雨量≥60mm的暴雨事件的方法,为反演黄土洼淤地坝近440年来日降雨量≥60mm的暴雨事件提供科学依据。     

岔巴沟流域不同淤积状态下淤地坝淤积深度研究

为了进一步明确次暴雨条件下淤地坝的拦沙作用,利用岔巴沟流域不同淤积状态淤地坝泥沙沉积信息,结合线性回归和相关分析等方法,研究了不同淤积状态下淤地坝淤积深度关系。结果表明:(1)不同淤积状态淤地坝的最大淤积深度和平均淤积深度由高到低为堵塞坝(1.07 m,0.62 m)>水毁坝(0.72 m,0.53 m)>完好坝(0.70 m,0.45 m)>淤满坝(0.19 m,0.15 m)。(2)不同淤积状态下坝地淤积深度与降雨强度相关性拟合不明显; 堵塞坝和水毁坝坝地淤积深度与B值(坝地面积与坝控流域面积之比)呈指数负相关,相关指数分别为0.73,0.71。(3)不同淤积状态淤地坝平均拦沙模数由大到小依次为:堵塞坝(14 274 t/km²)>完好坝(12 480 t/km²)>水毁坝(11 725 t/km²)>淤满坝(3 350 t/km²)。综上所述,暴雨条件下,堵塞坝具有高效的拦沙作用,但小库容坝地极易产生较大的淤积深度,从而对坝体产生威胁; 堵塞坝和完好坝的合理配置是流域高效滞洪拦沙的关键。     

湖南省近50年降水特征分析

利用湖南省21个站点1961—2010年的日降水量数据和数理统计方法分析了近50 a湖南省年、季、月降水特征,以期为水资源的开发和防洪等提供数据参考。结果表明:（1）湖南省降水量主要集中在4—8月,占全年的63.09%;春夏两季多雨,约占全年降水量的36%和35%,秋冬两季少雨,仅占17%和12%。（2）降水最大年份2002年达1 964.95 mm,最小年份1974年仅为1 104.19 mm,各年代年平均降水量比较接近,介于1 354.00~1 513.08 mm之间;（3）全省多年平均暴雨量为305.75 mm,主要集中在5—8月,50 a年平均暴雨发生次数为4.1次;年暴雨量最大值为572.07 mm,出现在2002年,而最少的年份仅有150.12 mm,出现在1985年。总之湖南省降水量和暴雨量年内分布不均匀,季节变化明显,年际变化幅度较大,应按降水时空特征合理利用水资源且做好防洪措施。     

张健副厅长赴吕梁市调研水土保持工作

2月21日-23日,省水利厅副厅长张健深入吕梁市的方山、临县、兴县、柳林等县调研水土保持工作。张健副厅长深入工程现场,查看工程质量,并与市县领导、工程技术人员进行认真交谈,详细了解淤地坝、坝滩联治等工程的建设、管护、效益、安全运行等方面的情况。厅水保局副局长石生新,吕粱市水利局局长冯林春、副局长徐德明等陪同调研。     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。     

对黄土高原淤地坝建设战略定位的几点思考

淤地坝是黄土高原地区水土保持、淤地造田、改善交通、保护生态的重要工程设施。2019年9月,习近平总书记提出了黄河流域生态保护和高质量发展的战略。在这一重大战略的指引下,总结了淤地坝建设对黄河流域生态保护的重要作用,同时指出水毁灾害问题严重制约着淤地坝的发展。针对水毁灾害问题,分别提出了坝系溃决风险的评价方法和新型泄水、放水建筑物形式及技术,结合信息技术的预警,实现"中小洪水不垮坝,大洪水无人员伤亡"的淤地坝风险防控总体目标。探讨了淤地坝建设的市场驱动机制,展望了黄河流域新的水沙形势下淤地坝建设远景规划。     

桃江县汛期降水变化特征对资水流域柘溪水库调度的影响

利用桃江县1981—2016年汛期4—9月逐月降水量资料,分析桃江汛期降水变化特征,阐述对资水流域柘溪水库调度影响。结果表明:桃江县近36 a汛期降水呈增加趋势,气候倾向率54.505 mm/10 a;4—7月属降水量较多期,平均月降水量累积值797.5 mm,占多年汛期平均降水量76.4%;汛期暴雨累积日数为148 d,占近36 a暴雨总日数90.8%。暴雨日数总体呈上升趋势,气候倾向率0.332 d/10 a。汛期暴雨日数增加使资水流域防洪形势严峻,增加柘溪水库防洪负担,导致河道过流能力下降,阻碍柘溪水库正常泄洪。     

延河流域2013年7月连续暴雨下淤地坝毁坏情况调查与评价

[目的]查明2013年7月延河流域连续出现的5次范围广,历时长,量级大的强降雨条件下淤地坝的运行及毁坏情况。[方法]对延河流域3县区15个小流域45座淤地坝进行实地考察。[结果]被调查淤地坝中35座经受住了暴雨洪水的袭击。遭毁坏的10座淤地坝中9座为已淤满变为耕地的"闷葫芦"坝(一大件)及1座新建坝。而尚未淤满正在发挥作用的淤地坝以及新旧结合的坝系大多数都正常运行。[结论]延河流域该次淤地坝毁坏的直接原因是高强度和持续集中降雨造成的超标准暴雨洪水,同时淤地坝在建设、运行和管理方面也存在诸多问题。     

水土保持措施不同配置体系的滞洪减沙效应

主要以黄土高原多沙粗沙区皇甫川流域为例,依据野外实测资料分析了水土保持措施不同类型配置体系下的滞洪减沙效应。提出了"措施配置比"和"流域治理效应与水土保持治理措施类型配置方案有关"的概念。研究结果表明:在水土保持治理措施体系中,若单项措施的配置比不同,措施体系的滞洪减沙作用是不同的;当淤地坝配置比<2%时,流域治理的减沙效益很低;若坝库控制面积小于总流域面积的10%,尽管其它措施的治理度达45%左右,但对于面平均降水量>35mm、最大日降水量>50mm的暴雨洪水,流域治理措施体系的控制作用仍不明显。     

旋流排沙渠道排沙特性试验

旋流排沙渠道是基于旋转水流的特点提出的一种水沙分离新技术,为明确不同来流条件对旋流排沙渠道排沙特性的影响,该研究通过物理模型试验探究了来流流量、来流流速、泥沙级配及下游渠道水力条件下旋流排沙渠道的排沙、余沙及淤沙特性,分析了其截沙率变化规律。结果表明,当来流条件改变时,旋流排沙渠道的排沙特性发生规律性变化,在来流流量增加或流速增加或来沙中值粒径减小情况下,旋流排沙渠道的排沙量减小,余沙量增加,其中改变来流流量对截沙率的影响最为明显,最大变幅为16.3%。不同水沙条件下0.075～0.315 mm细颗粒泥沙的排沙量及余沙量均存在较大差异,且下游渠道余沙均以该粒径区间的泥沙为主,而粒径>0.315～3.0 mm泥沙的排除效果受水沙条件改变的影响极小。排沙洞内泥沙淤沙量随来流量和泥沙中值粒径的增加而增加,而随流速的增加而减少,但各水沙条件下最大淤沙量仅为来沙量的2.6%。在渠道下游设置挡水板后,旋流排沙渠道的排沙性能得到进一步提升,提高了粒径>0.16～0.315 mm泥沙的排除效果,与不设挡水板相比截沙率增加了4.6个百分点,也改善了排沙洞内的泥沙淤积问题。旋流排沙渠道具有良好的泥沙分选效果,能有效排除高含沙水流中的粗颗粒泥沙（在不同水沙条件下最小截沙率为76.9%）,从而减少了泥沙对渠道下游设施的影响,因此工程中可通过优化流量、流速、下游水力条件等提升旋流排沙渠道的排沙特性。研究明确了不同水沙条件下旋流排沙渠道的适用性,成果可为其在工程中的设计和应用提供参考。     

降雨类型对褐土横垄坡面土壤侵蚀过程的影响

雨型是影响土壤侵蚀过程的重要因子之一,而影响效应与耕作措施密切相关。目前,雨型对横垄坡面土壤侵蚀过程的影响机制尚不清楚。该文以褐土横垄坡面为研究对象,设计了平均雨强和降雨量相同的4种雨型(增加、减弱、增加-减弱和减弱-增加型),采用可同时调节垄向和坡面坡度的土槽进行模拟降雨,研究各个雨型下不同侵蚀阶段的产流产沙特征。结果表明:雨型间的径流量和侵蚀量在细沟间和细沟侵蚀阶段均差异显著,且差异在细沟阶段体现的更为明显。雨型间径流量的大小顺序为增加-减弱型减弱型减弱-增加型增加型,侵蚀量则为增加-减弱型减弱-增加型减弱型增加型。给定雨强下(30、60或90 mm/h),径流量、径流贡献率和侵蚀量贡献率均随降雨过程中雨强发生时序的延迟而增加,而单位径流侵蚀量呈相反趋势;雨型间给定雨强同一发生时序下的径流量和侵蚀量及其它们对总径流量和总侵蚀量的贡献率均差异显著。4种雨型下,幂函数均能很好的描述细沟间和细沟侵蚀阶段内产沙率与径流率间的关系,且方程中的指数均低于2,但雨型间幂函数方程中的指数存在明显差异。以上研究结果有助于深入理解褐土垄作系统下的土壤侵蚀机理,并为横坡垄作的合理利用提供科学指导。     

水土保持工程中的边坡稳定和渗流

<正> 水土保持工程量大面广,多是工程量较小的土方工程,农民群众施工多,有技术的专业队伍施工少,因此施工技术难以掌握,工程质量难以保证,致使一些工程在运行中发生毁坏现象。经调查分析,毁坏的小型蓄水工程有不少是因边坡稳定性差和渗流引起的,一般先发生边坡坍塌,随之出现渗水,造成流土或管涌,使工程穿洞而毁。     

中国土地整治新增耕地时空变化及其分析

土地整治是生态文明建设的重要手段,研究中国土地整治时空变化及未来发展方向,对发挥土地整治在生态建设中的作用具有重要意义。通过对中国土地整理、开发、复垦新增耕地面积的时空变化进行分析,表明,2001-2008年土地整理、开发、复垦新增耕地分别占土地整治新增耕地的21.8%、63.2%和15.0%;土地整理新增耕地主要分布在东部区域,土地开发新增耕地以西部和东部地区为主,土地复垦新增耕地在区域与年际方面变异性较大,没有明显的规律性;2001-2011年土地整理新增耕地面积加权重心逐渐向中国西部移动,2010-2011年与2001-2006和2007-2009年相比,向西移动的距离为769.59和603.44 km;土地开发新增耕地面积加权重心在2001-2006年位于中国地理重心的北部和西部,且有从西部往北部移动的趋势,2007-2011年呈从东部往西部移动的趋势;土地复垦新增耕地面积加权重心移动的方向存在不确定性。基于以上分析,认为:在中国进行生态建设和耕地面积基本稳定的背景下,应通过土地整治规划,减少土地开发项目,并在区域间合理布局土地开发项目,防止土地开发新增耕地面积加权重心向西部移动;土地整治应以土地整理提高耕地质量、建设优质农田为主;充分发挥土地复垦对局地的生态修复及建设作用。     

沈阳市雨涝源头控制措施关键影响因素分析

基于沈阳市1975—2005年降雨统计数据,通过芝加哥降雨过程线法建立沈阳市的设计暴雨雨型模型,研究了土壤稳定入渗速率K、一系列重现期P条件下的低势绿地下凹深度Δh、低势绿地面积率f与渗蓄率N的关系,分析了低势绿地设计的关键参数Δh和f的合理范围。结果表明:沈阳市降雨强度随着降雨历时先增大后减小,主体表现为单峰雨型,降雨历时在48 min时降雨强度达到最大。在一定的降雨强度条件下,Δh和f越大,K值越高,低势绿地的渗蓄效果越明显。为了保证实际降雨的完全下渗,K选取较低值1.0×10^-6 m/s;居民区绿化面积在15%~20%范围内时,低势绿地下凹深度宜在230~250 mm;工业区绿化面积在20%~40%范围内时,低势绿地下凹深度宜在120~250 mm。如果通过土壤改良将K提高到5×10^-6 m/s,下凹深度100~250 mm即可使得沈阳市98%的降雨量有效渗蓄。     

甘肃省淤地坝水资源的利用潜力

[目的] 分析淤地坝拦泥蓄水及其水资源利用潜力,为淤地坝水资源利用及管理提供依据。[方法] 本文通过调查法对甘肃省多沙粗沙区淤地坝建设现状、拦沙数量及空间分布、水资源利用效益和利用潜力进行分析。[结果] 截至2019年底甘肃省共建成淤地坝1 600座,其中大、中、小型坝各为559,452,589座;坝控面积4 101 km²,总库容4.82×10⁸ m³,其中设计拦泥库容2.29×10⁸ m³。目前拦泥库容1.43×10⁸ m³,占设计拦泥库容的62.37%;拦泥库容中,大、中、小型坝各占80.86%,13.21%和5.93%;泾河流域、黄河干流、渭河流域、洮河流域各占71.46%,13.91%,12.72%,1.91%。由于流域产沙量减少,大型坝平均淤积17 a后（平均设计淤积年限15 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的43.88%;中型坝平均淤积后（平均设计淤积年限10 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的38.81%。全省淤地坝剩余拦泥库容8.62×10⁷ m³,可作为今后蓄水利用的潜在库容。目前,淤地坝蓄水主要用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖、淤地坝田园综合开发利用等。庆阳、平凉、天水和定西市安定区今后可开发用于人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地、水体养殖（鱼塘）的淤地坝数量共147座。[结论] 为满足当地乡村振兴与高质量发展对淤地坝的社会需求,对有蓄水用水需求的区域,应提高新建坝的设计标准,建设可长期蓄水的高标准淤地坝;对已建成的大中型淤地坝进行提质改造,保证淤地坝坝体、防洪及水资源利用的安全性,同时建立淤地坝风险管控预警机制,有效化解缺水地区淤地坝蓄水用水与防汛管理的矛盾。     

省级土地整治规划中复垦规划方法与实证研究——以山西省为例

当前我国正在开展新一轮土地整治规划编制,而土地复垦规划作为土地整治规划的重要内容,因损毁土地基数不清、复垦潜力评价方法单一、复垦目标确定不够科学等问题严重影响土地复垦规划编制的科学性。该文采用统计分析法、典型调查法、实证分析法和类比法,结合山西省的具体情况,将损毁土地划分为煤炭、金属、砖瓦窑、公路、铁路、水利水电、自然灾毁7个类型,具体采用单位产量损毁系数测算法、典型调查法和统计分析法测算损毁土地面积、采用定性与定量结合的方法进行复垦适宜性评价、综合考虑多方面因素确定复垦目标。研究表明:山西省各类型损毁土地基数5.06×10⁵ hm²,待复垦损毁土地3.51×10⁵ hm²,损毁土地可复垦耕地潜力1.55×10⁵ hm²,规划期内确定土地复垦总目标3.0×10⁴ hm²。基于省级土地整治规划中损毁土地测算、复垦潜力评价及复垦目标确定的方法体系的探索,可为土地整治规划中复垦规划的编制、实施、监管和评价提供参考,具有重要的理论意义和实践指导意义。     

化害为利:黄土高原淤地坝旱作农业系统探析

淤地坝属于黄土高原重要的水土保持工程措施,兼具淤地造田之效。以淤地坝为载体,坝地作物种植为核心的淤地坝旱作农业系统是黄土高原独特的农业系统和农业景观。通过文献梳理和实地调研,对黄土高原淤地坝旱作农业系统进行了系统分析。研究表明:(1)黄土高原淤地坝的人工修筑史可以追溯至明代万历年间,距今至少已有400余年的历史,1950年代以后得到普遍推广;(2)淤地坝传统的修筑技术和坝地旱作农业耕作技术体系,体现出人与自然和谐共处的生存准则和先民智慧的生活理念;(3)淤地坝旱作农业系统具有显著的经济价值、生态价值、文化价值、景观价值、社会价值与科研价值等农业文化遗产价值,在黄土高原生态文明建设、农业可持续发展和农耕文化传承等方面具有重要意义。