对城西川流域坝系建设规模及工程布局的探讨

通过对城西川流域社会自然条件、水土流失治理现状、坝系建设潜力、减沙目标、淤地目标进行综合分析,确定该流域坝系建设的规模为:骨干坝14座、中小型淤地坝8座、48座,骨干坝与淤地坝配置比例为1∶4。根据建设规模提出该流域工程布局的原则、思路与方案。     

基于层次分析法的坝系工程除险加固防洪标准与洪水组合探讨

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,病险淤地坝除险加固是保障淤地坝安全运行、推进黄河流域高质量发展的一项主要措施。如何科学合理地确定各坝的防洪标准,做好洪水组合计算,是坝系工程除险加固设计时需要解决的关键技术问题。基于层次分析法相关理论,以山西临县万安沟小流域坝系工程为例,将坝系内大中型淤地坝划分为若干层次,构建层次结构模型,从而直观、快捷地分析流域内各坝的分布特征及上下游坝间的相关性,并在此基础上确定各坝的防洪标准、洪水组合和水文计算方法,为坝系工程除险加固设计提供理论支撑。     

韭园沟流域淤地坝坝系布局评价

淤地坝系的科学布局关系到流域的防洪安全,对淤地坝系布局进行评价,可以为流域坝系工程的规划、建设和设计工作提供理论依据。将黄土丘陵沟壑区韭园沟流域划分为1个主沟坝系单元和14个子坝系单元,选取了大型坝占总比、串联率、库容均衡度、稳定系数、侵蚀模数、洪量模数及保收率7个指标,采用AHP、IAHP、熵权法及组合权重法分别计算了各指标权重,依次对韭园沟坝系布局进行了评价。研究表明:（1）流域部分子坝系单元布局不合理,但全流域坝系布局合理;（2）IAHP法和组合权重法在计算权重时更客观,评价结果较为合理;（3）4种方法中,大型占总比权重系数均达到最大,表明骨干坝对坝系布局有决定性影响;（4）当骨干坝控制全流域50%以上,库容均衡度达0～20万m³/km²,稳定系数达到1/25～1/20,洪量模数0～10万m³/km²,骨干坝串联个数低于2.5座/km时,坝系布局基本合理。     

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.     

建立多元化管理机制提高坝系工程效益

隰县地处晋西黄土残塬的壑区，沟壑密度1．54km/km^2，建坝资源丰富，至2002年底，共建骨干坝13座，中小型淤地坝245座，已淤成坝地340hm^2，有5条流域已形成较为完整的坝系，为了管好用好坝系工程，使其充分发挥效益，采用了拍卖制，联村管护制，股份制等多种运行管理方式，收到了良好效果。     

退耕还林还草下坝系及坝系农业发展初探

以方塔流域为实例,讨论了退耕还林还草下的坝系及坝系农业发展问题,笔者认为淤地坝与退耕还林还草工程有机结合,构成了流域阻止泥沙出沟入黄的稳固屏障。建议在对流域生态经济问题调研的基础上,分析淤地坝建设及坝系农业发展的方向和规模。     

黄土高原坝系工程的相对稳定性

 坝系要达到相对稳定,最基本的条件有3个:一是相对稳定系数必须大于或等于一定的允许值,这是坝系要达到相对稳定的关键;二是有足够的防洪能力;三是坝系工程安全无病险。同时也应该满足以下条件:20年一遇的暴雨洪水标准下坝地作物可以保收;当淤地面积达到设计的可淤面积时,坝地平均淤积厚度<20cm。其控制方法主要是:合理布设坝系规模与建坝顺序;实现对暴雨洪水的均衡分配;坚持坡面治理,提高流域治理度;布设排洪渠,以防坝地积水及超标洪水;加强日常养护。     

黄丘五副区土地利用方式与土壤侵蚀关系研究

对黄土丘陵沟壑区第五副区三条典型流域库坝淤积的泥沙来源及其与土地利用方式关系的调查分析结果表明,在治理程度较高的流域,前期坝库拦蓄的泥沙主要来源于坝库区沟岸的重力侵蚀,其侵蚀量占坝库拦蓄泥沙总量的83.63％,坝库区以上由水力侵蚀带入坝库区的泥沙仅占16.37％。对流域产沙有显著减少作用的水土保持措施,其数量的变化与产沙多为非线性关系,当其数量超过某一数值时,其拦蓄功能会发生大的变化。荒坡、坡耕地是主要产流区,梯田是主要的坡面拦蓄减蚀工程。由坡面径流引起的沟岸扩张、沟底下切是主要的产沙方式,沟壑是小流域泥沙的主要来源区。     

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。     

山西省黄河水土保持生态工程建设经验

山西省黄河水土保持生态工程项目区涉及的昕水河、县川河两条流域治理，以骨干坝与坝系工程建设为重点，为大流域综合治理树立了典范。项目实施中，推行项目法人制、招标投标制、工程监理制和资金“报帐制”，采取专业队治理和大户治理，取得了明显成效，积累了丰富经验。     

关于坝系相对平衡系数(A_坝/A_流)局限性的讨论

坝系相对平衡系数，即淤地坝体系的淤地面积与坝系所控制的流域面积之比，目前被用作衡量坝系所处平衡状态的量化指标。但由于它把一个三维坝系平衡问题简化为二维平面问题，无法准确反映坝系流域地势高差并忽略了沟道坡度对坝系平衡的影响，因而具有地貌学方面的局限性；坝系相对平衡的实质在于坝系流域水沙产出通量、坝地水沙吸收储存与坝系工程拦排能力间的平衡关系，而坝系相对平衡系数仅表达了这一关系中的部分内容，在水文学方面具有局限性；坝系流域的平衡以库坝工程体系的安全稳定为基础，因而坝系相对平衡系数在工程学方面也存在一定的局限性。坝系流域的平衡或稳定，是一个基于全流域空间之上的综合性稳定，须从结构性稳定和生物性稳定两方面考虑。     

城西川小流域坡面治理措施与坝系工程拦沙效果分析

在黄土丘陵沟壑区第五副区选择甘肃省环县城西川小流域,采用实地测量、全面调查和在沟道内布设拦沙输沙监测点的方法,对该流域坡面治理措施和坝系工程的拦沙效果进行了连续5年的监测。对监测成果进行了分析,结果表明坡面治理措施和坝系工程均能有效拦截小流域产沙,坝系工程的拦沙量大于坡面治理措施的拦沙量,这主要是由于坝系工程能抬高侵蚀基准面、稳定沟坡,控制沟床下切和沟岸扩张,能快速有效地拦蓄径流泥沙,控制水土流失。监测成果可为开展黄土高原小流域综合治理效益评价等提供参考。     

子洲县小河沟流域坝系调查浅析

子洲县小河沟流域属黄土丘陵沟壑区，沟道坝系建设从50代初开始，已经有近50年的历史。现存淤地坝47座，其中小型坝大多已淤满，流域防洪拦泥主要靠主沟中的骨干控制工程。调查分析认为，由于坝工程分布不均衡，造成骨干工程负荷过大，不利于坝系安全。为了充分利用流域内的水沙资源，进一步发挥坝系的拦泥、防洪和生产功能，小河沟流域的坝系建设，必须进行必要的调整和补充，以完善坝系的整体功能。     

从揭皮沟坝系防治效果论黄土高原水土保持建设

揭皮沟流域属渭河上的一级支沟。多年来共建各类坝库56座。建坝密度为0．51座/km~2。骨干坝与淤地坝配置比例为1：2．7。结果表明：通过坝系建设,防洪能力提高,可防御2%频率的洪水。坝系工程初步实现了流域水沙的利用平衡。同时,保收面积和保收能力逐年增加。以往研究表明,在各项水土保持措施中,淤地坝对于入黄泥沙减少的贡献率远远高于其他措施；造林的贡献率居第2位,梯田的贡献率居第3位,种草的贡献率则最小。黄土高原沟壑面积占总面积的40%～60%,为淤地坝的发展提供了基本的条件。今后尚可新建控制性的治沟骨干工程2万多座,新建淤地坝13万座,涉及七省(区)32条主要支流。据初步预测,可累计拦蓄泥沙259亿 m~3,新增坝地3333km~2,加上已有坝地,将达到6667km~2,届时坝地成为黄土高原区主要的粮食生产基地。     

跌水坝可实现沟壑的快速治理

在沟壑治理工程布置过程中,存在着单纯拦截、贮蓄的现象,缺乏完全理论研究与指导。甚至水土保持技术文件也存在片面性,导致基层实施单位“年年筑坝年年垮、数量升级无实存”。根据伯努里能量守恒定律,工程布设应分为抬高侵蚀基点Z₂与降低侵蚀源点Z₁两种途径。为此引进跌水坝概念。提出在沟壑治理中,不可片面强调“抬或降”,应将抬高侵蚀基点与降低侵蚀源点有机配合,科学地将沟道分割成若干的水力平衡断面,上有跌水坝控制下切护床底,下有谷坊坝拦蓄水土可造田。这样,沟壑治理必然收到事半功     

基于数字流域的淤地坝规划水沙关系分析

以数字流域为基础,应用数字流域模型,对岔巴沟流域1960年6~9月的降雨—径流—产沙过程进行了模拟,分析了各沟道控制点的来水来沙规律,进而阐述了如何确定淤地坝的建坝位置、建坝顺序、建坝规模,再根据建坝规模确定淤地坝的设计标准。对于缺乏观测资料的支沟,模型还能通过模拟给出淤地坝的相关设计参数,解决了基础资料不足带来的困难。     

泥石流特性模拟方法与研究

对于泥石流特性的研究,2005年日本学者中谷洋明等人针对泥石流存在明显不同流动的现象,从流速和弯曲部位两方面入手,通过仿真模型演示泥石流在陡坡面上及弯曲部的流动特性,在此基础上采用解析法对模型的适用性进行评价。其结果表明:流速随时间变化有共同增大的趋势;弯曲部左、右岸水位落差为25 m,有显著偏流的结果。泥石流发生36 s后,对建筑物(堰坝)产生冲击,距洪峰(160 kN/m)到达时间只有1 s。正面龙头部分瞬间的冲击力很大。且在泥石流龙头部分集中大的砾石,其冲击力导致建筑物破损。计算的结果表明,最下游的堰坝及下游侧流出的沙石量与上游流入量对应成比例。并且,有堰坝其流速、偏流的高度,比无堰坝要小得多,流出的泥沙量也有减半的效果。今后,要在模型与粒径、粒度分布等的灵感度进行分析。并要考虑建立综合性的解析模型,以提高计算能力。     

依据河床比降、河宽的侵蚀模拟

评价预测泥石流泛滥区域和沟壑坝系等防御泥石流措施效果,最有效的方法是数值模拟。2009年日本学者铃木拓郎等人具体研究了伴随坡度变化、河床束窄区域及坝系工程的泥沙堆积过程。其结论:在侵蚀与堆积初期,在坡度变化点的下游发生侵蚀与堆积。在同等的水与泥沙总供给量、流量、持续时间的条件下,侵蚀与堆积过程在短时间内,由大流量供给,在下游有泥沙侵蚀与堆积现象。在固定坡度的条件下,河道宽度变化时,首先在狭窄部位上游发生堆积后,下游发生侵蚀,并慢慢上朔,最终出现全部发生侵蚀的结果。泥石流在冲击坝体的瞬间,泥沙急剧的堆积。流量变大,堆积坡度变小,坝下游的泥沙流出相应提前,更多的泥沙向下游流出。模拟结果符合现实发展的自然规律。     

辽宁省兴城头道沟小流域特色水土保持治理途径

辽宁省兴城市头道沟流域石质山区特色水土保持治理的特色主要表现在3个方面:1)沟壑多功能特色治理开发模式与当地生态景观建设相结合,沟壑特色水土保持治理工程为当地建设景观步道、凉亭、塘坝营造出大面积水域,使当地生态景观得到改善;2)特色治理与传统综合治理相结合,沟壑特色水土保持治理在沟壑的纵向布局上从沟头到沟道的沿线步步设防、层层拦蓄,在特色沟壑治理的同时,大搞传统综合治理工程,包括坡面水土保持工程,造林工程,果树梯台田,封禁治理;3)与当地特色生态旅游产业相结合,当地果园发展迅速,生态景观的改善促进当地特色旅游产业得到发展。     

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。