水土流失区淤地坝的拦泥减蚀作用及发展前景

淤地坝是水土流失地区拦泥、减蚀、增产的措施,不论从单坝、小流域、支流和全流域来看,其拦泥减蚀作用都非常显著。在无定河流域每公顷坝地平均拦泥５７１５０ｍ＾３,淤地坝的拦泥量约占水保总拦泥量的４０％￣８０％。淤地坝的发展前景是建设坝系相对稳定,在暴雨频率为１．０％￣０．５％时,坝地水深不大于０．８ｍ;淹水时间小于７昼夜,如达到此条件,淤地坝即可长期起拦泥减蚀增产的作用。因此坝系相对稳定量沟道发展淤地坝     

晋西北地区淤地坝减洪减沙效益计算方法研究

通过应用晋西北地区淤地坝典型调查资料，结合水观测资料的分析，提出；把淤地坝按已经淤满和正在淤积尚未淤平分别计算年减洪量和年减沙量，使计算结果符合多洪多沙年（丰水年）淤地坝多蓄多拦这一基本特征，为黄河中淤淤地坝拦蓄效益计算提供了新的途径，在晋西北片上保持措施减洪减沙效益研究中，该方法得到成功应用。     

黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益分析

根据皇甫川、窟野河、佳芦河、秃尾河、大理河5条支流内黄丘区小流域淤地坝的调查资料，分析了淤地坝单坝的淤积速度、拦沙指标和拦沙效益，以及与其影响因素之间的关系。研究结果表明，黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益与淤地坝的规格、流域的侵蚀产沙特征有着密切的关系。淤地坝的平均淤积库容在0.9～2.4万m³之间，平均淤地面积在0.14～0.45 hm²之间，与坝高、坝控面积、侵蚀产沙模数和泥沙粒径成正比；拦沙指标变化在500～760万t/km²之     

淤地坝对黄土浅层滑坡的减蚀作用

为了研究淤地坝淤积对浅层滑坡的减蚀作用,基于三维连续介质动态数值模型,采用Voellmy流变模型,分析了侵蚀基准面抬升后黄土滑坡运动参数、动力参数以及能量参数的变化规律。结果表明：浅层滑坡在沟谷坡运动过程中,平均速度、前缘速度、侵蚀物质体积和总动能急剧增加,导致滑坡在接触坡脚时前缘速度出现波动且坡脚处侵蚀严重,极具破坏性。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡运行时间和平均速度峰值呈“S”形函数下降趋势,前缘速度和滑坡移动距离呈线性函数下降趋势,侵蚀物质体积和总动能呈指数函数下降趋势。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡的运动空间和侵蚀空间逐渐减少,仅在一定程度上降低了滑坡速度,但却有效抑制了滑坡的侵蚀作用,使侵蚀物质质量急剧减少,从而有效减少了滑坡体侵蚀总动能,在很大程度上减轻了浅层滑坡的致灾强度和致灾规模。研究结果揭示了淤地坝可以通过抬升侵蚀基准面来减少侵蚀,有助于加深淤地坝对黄土浅层滑坡减蚀作用机理的理解。     

黄河中游淤地坝工程可持续减沙途径分析

黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用十分显著,但20世纪80年代以后呈降低趋势,如何实现淤地坝的可持续减沙作用值得探讨.以黄河中游淤地坝工程最多的黄河二级支流大理河流域为例,采用“水保法”计算了梯田、林地、草地、坝地四大水土保持措施的减洪减沙量,分析了淤地坝减沙总量及其变化过程,探讨了淤地坝工程实现可持续减沙的技术途径.结果表明,大理河流域平均每淤1 hm2坝地需要泥沙75 000 t;要达到1 km2流域面积发展坝地3.33 hm2的目标,需要17 a左右的时间;实现淤地坝可持续减沙作用的布坝密度为2.5座/km2;未来大、中、小型淤地坝的配置比例为1∶2.5∶5.5;进行坝系建设时应尽量采用自下游向上游的建坝时序.要实现黄河中游淤地坝的可持续减沙作用,应从坝地发展速度、布坝密度与大、中、小型淤地坝配比、建坝时序及坝体加高5大技术途径方面进行综合分析和实施.同时,还应从淤地坝的后续建设、坡沟兼治、预防超标准洪水、明晰产权制度和加强管理养护等方面,完善并制订相应的政策措施.尤其要重视淤地坝建设的相关科学研究,努力提高其科技含量.     

基于数字流域的淤地坝规划减水减沙效果模拟

减水减沙是淤地坝的主要作用,也是评价淤地坝效益的重要指标。以往淤地坝减水减沙效益的评估方法主要是水文法,对实测资料的依赖性强,在淤地坝规划阶段,尚不能提供建坝后的实测水沙资料,采用水文法存在困难。基于数字流域模型,提出了一种淤地坝减水减沙效益评估方法,将减水减沙效益分析提前到淤地坝规划阶段,这为评价淤地坝规划方案的优劣提供了科学的依据,是淤地坝规划的一个重要步骤。     

大理河流域淤地坝拦沙贡献率分析

为提高淤地坝拦沙贡献率的计算精度,揭示淤地坝拦沙量对流域输沙量减少的作用。以大理河流域为研究对象,提出一种基于GIS和土壤侵蚀模数的淤地坝逐年拦沙量计算方法,分析大理河流域淤地坝拦沙量对流域出口输沙量减少的贡献率。结果表明:(1)1954—2011年,大理河流域淤地坝逐年拦沙量呈波动式增加,多年平均拦沙量为0.12亿t,累积拦沙量为7.17亿t,其中1980—1989年年均拦沙量最高,为0.19亿t。(2)1960—2015年,大理河流域输沙量呈显著减少趋势,且在1971年和2002年均发生显著突变(P<0.05)。(3)人类活动是大理河流域输沙量减少的主要原因,1971—2001年淤地坝拦沙量占人类活动减少输沙量的贡献率为47.42%;随着流域植被恢复,2002—2011年淤地坝拦沙量占人类活动减少输沙量的贡献率降至31.04%。该方法对评价大理河流域淤地坝拦沙贡献率有一定的指导意义。2000年以后,由于植被恢复,大理河流域淤地坝拦沙贡献率下降。     

无定河淤地坝拦沙措施时间变化的分析与对策

运用大量实测资料对无定河淤地坝及其拦沙效应进行了研究。坝地面积增加率在20世纪70年代达到峰值。80年代发生显著衰减，90年代进一步衰减。用水文法对无定河流域水土保持措施的减沙效益进行了估算．结果表明，减沙效益从70年代开始急剧增大，并在70年代末、80年代初达到峰值，随后有减小的趋势。历年新增坝地面积从60年代中期开始急剧增大，并在70年代初达到峰值．随后有减小的趋势。由于后续淤地坝的建设未能及时跟上，新增坝地面积在70年代末和80年代中大幅度减少后．随着原有的淤地坝逐渐淤满失效，淤地坝减沙效益衰减。在这一因素的影响下，无定河产沙量在70年代开始大幅度减小，但在1986～1996年，修建于60年代末、70年代和80年代初的淤地坝相继淤满失效之后．后续淤地坝建设未能跟上，故无定河产沙量有增加的趋势。基于本研究，我们建议．在无定河的水土保持中应加强淤地坝建设，实现淤地坝的持续拦沙效应，才能使入黄泥沙减少的趋势能够长期持续下去。     

西柳沟流域拦沙坝沟道冲刷减蚀能力模拟

为探讨风水交错侵蚀区拦沙坝建设对流域沟道侵蚀动力过程及沟道冲刷侵蚀能力的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE以及一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了西柳沟流域洪水过程,分析了新建拦沙坝建设前后流域沟道侵蚀动力变化,通过建立流域次暴雨水沙响应模型估算了新建拦沙坝工程运行期内的沟道冲刷减蚀能力。结果表明：(1)拦沙坝建成后,流域出口处洪峰流量减少40.90%,洪水总量减小35.85%,显著改变了西柳沟流域洪水过程,洪水过程线明显坦化;(2)流域主沟道平均最大流速、最大径流剪切力和最大径流功率分别减小21.66%,22.02%和34.31%,有效降低了沟道侵蚀动力;(3)在多年平均降水情况下,预计流域新建拦沙坝工程在25年工程运行期内的冲刷减蚀能力可达到3 309.49万t。研究结果可为风水交错侵蚀区拦沙坝减蚀能力评估提供理论支撑。     

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。     

淤地坝赋存信息在流域侵蚀产沙研究中的应用

黄土高原淤地坝在拦蓄大量泥沙的同时,也赋存了大量环境变化信息。该文从淤地坝赋存信息在小流域侵蚀产沙速率、泥沙来源和泥沙输移比研究方面的作用进行了归纳和总结,分析了目前研究中存在的问题,提出了今后研究的发展方向,以期能为更好地利用这些赋存信息,发挥其在黄土高原土壤侵蚀和环境演变过程研究中的作用提供参考。     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。     

工程堆积体坡面侵蚀泥沙分选特性与运移机制研究

为揭示工程堆积体陡坡坡面在径流驱动下侵蚀泥沙颗粒分选特征及搬运机制,设计了3种上方来水流量(10,20,30 L/min)下的野外模拟径流冲刷试验,对杨凌弃土工程堆积体陡坡坡面(32°)侵蚀泥沙的颗粒分布特征进行分析。结果表明:侵蚀泥沙(分散前)中黏粒、细粉粒较原始土壤明显增加,易产生侵蚀;径流对团粒破碎作用影响侵蚀泥沙黏粒含量,当径流功率＜1.71 N/(m·s)时,黏粒含量与径流功率呈负相关,＞3.89 N/(m·s)时则呈正相关;侵蚀泥沙中细粉粒、粗粉粒主要以单粒的形式搬运,而黏粒以及砂粒多以团粒的形式搬运;侵蚀泥沙中黏粒表现为富集,砂粒表现为贫化;泥沙颗粒粒径决定其主要搬运形式,＜0.11 mm的泥沙颗粒以悬移/跃移搬运为主,＞0.11 mm的泥沙颗粒以滚动搬运为主;滚动搬运的贡献率随径流搬运能力的增强呈先增大后减小。研究结果将有助于揭示工程堆积体坡面水蚀过程机理,为提高工程堆积体陡坡坡面水蚀模型预测精度提供科学依据。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的闷葫芦淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

Impact of Land Use Change and Dam Construction on Soil Erosion and Sediment Yield in the Black Soil Region,Northeastern China

Since the 1960s, the implemented soil conservation measures on steep slopes and the densely planted shelterbelts as well as the constructed reservoirs and ponds in Baiquan County, northeastern China have dramatically altered the landscape and would greatly influence soil erosion and sediment yield (SY ). However, how these land use changes and the constructed dams affected soil erosion and SY still remained unclear. A physically distributed soil erosion model WaTEM/SEDEM that has been calibrated and validated using 25 reservoir SY s in the study area was applied using nine land use scenarios (land uses in 1954, 1975 and 2010, each with 8, 32 and without dams) to assess their impacts on sediment delivery at the Shuangyang catchment (915 km²). The results show that land use changes as well as the increased dam numbers progressively decreased catchment sediment delivery and the impact of dams on sediment delivery was more efficient under the intensified land use condition (1954 land use without reservoirs). With respect to 1954 land use without dams, current land use condition (2010 land use with 32 dams) was simulated to decrease SY by 61·8%. Soil conservation measures (terrace and contour tillage as well as shelterbelts) on the slopes greatly influenced SY and over 80% of the reduced SY were caused by land use changes. This study indicates that soil conservation measures are sustainable sediment control measures for the black soil region because the accumulation of sediment in dams causes shortening of the useful life in reservoirs and ponds and implies increasing financial costs. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

柳谷坊水毁机理及其规划设计

柳谷坊作为一种小型高效的沟道工程，已经逐渐在山区、丘陵区小流域综合治理中试验推广。但是，目前柳谷坊的规划设计只从川台化要求出发，对沟道洪水及集流特点未加考虑；施工中的许多技术指标没有做出量化设计，只能凭借经验数据，造成大量柳谷坊因规格不能满足实际要求而水毁。本文运用水力学有关原理，分析探讨了柳谷坊水毁机理，论述了柳谷坊的间距、断面形状、自身强度及地基强度等方面的规划设计方法。     

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.