20世纪60年代初,人们受天然聚湫全拦全蓄的启发,提出了淤地坝相对平衡概念。1986年经 国家计委立项,开始在黄河中游多沙粗沙区进行治沟骨干工程试点建设;“八五”期间,国家将“ 多沙粗沙区沟道流域淤地坝坝系相对稳定研究”课题列入攻关计划<1>,由黄河水利委员会牵头 ,通过典型坝系的调查分析,提出了沟道坝系相对稳定含义、坝系相对稳定的标准及定量判别方法 ;在“九五”期间“黄土丘陵沟壑区小流域坝系相对稳定及水土资源开发利用研究”课题列入黄委 会水保科研基金项目和水利部科技计划项目开展研究<1>,但研究结果至今未见报道;在“十五 ”期间,坝系研究进一步深入,但也未见到国内外有坝系相对稳定要满足的多项条件集合的报道< 2>,多为淤积面积与坝控面积之比。本文通过对影响坝系稳定有关因子的分析研究,认为应当用 坝系相对稳定系数、防洪能力、布局与结构及坝系工程安全系数4大条件的集合去分析坝系工程的 相对稳定性。1现状坝系相对稳定分析1·1流域治理与建设现状西黑岱沟流域位于内蒙古自治区准格尔旗境内,是皇甫川流域十里长川的一条支沟,流域面积32km2,属黄土丘陵沟壑区,水土流失十分严重。经过40多年的水土保持综合治理,生态环境得到初步改善。1·1·1坡面治理截至2003年底,已治理水土流失面积1 961·35 hm2,其中基本农田100·72 hm2,营造水保林1 787·33 hm2,人工种草73·30 hm2,治理度达61%。这些措施对减少入黄泥沙,提高粮食产量,增加群众收入和改善生态环境 都起到了积极的作用。1·1·2沟道坝系工程建设目前流域内共建有大中小淤地坝20座,其中 骨干工程7座,中、小型淤地坝12座,治沟造地工程1座,已拦沙429·60万m3,可淤地114·97hm2,已淤地96·72 hm2,利用种植80·76 hm2,年产值52·22万元,蓄水24万m3,自流灌溉48 hm2,已初步形成防洪、拦泥、蓄水、生产相结合的利用格局,取得了显著的经济效益。西黑岱沟坝系工程建设现状见表1。表1西黑岱沟流域坝系工程建设现状Tab.1 Activity of dam system construction in Xiheidaigou watershed坝型工程名称控制面积km2坝高m淤积高度m库容/万m3淤地面积/hm2总已淤剩余可淤已淤利用修建年份骨干坝杨家沟坝3·00 22·0 13·6 69·0 25·3 43·7 6·00 5·40 5·40 1988哈拉沟坝3·20 17·0 9·5 73·8 31·2 42·6 9·00 7·80 7·80 1988满连沟坝3·00 18·0 13·8 68·4 34·9 33·5 10·00 10·00 10·00 1989学校坡坝1·60 17·0 108·4 38·0 70·4 10·93 1995孤儿子沟坝1·90 22·0 14·1 68·4 19·8 48·6 6·00 5·50 5·50 1989小黑岱沟坝3·20 20·3 13·9 73·8 35·4 38·4 10·10 9·80 9·80 1989脑木图坝4·50 19·0 9·9 104·4 38·5 65·9 13·30 12·00 9·30 1988小计20·40 566·2 223·1 343·1 65·33 50·50 47·80治沟造地满连沟台田1·50 5·5 4·6 68·4 63·0 5·4 6·53 6·30 6·30 1994中型坝贾家门坝1·40 11·8 63·6 26·5 10·61 9·60 5·00邬家坡坝1·10 4·7 26·6 14·4 9·61 8·70 6·40肖家沟坝1·60 15·3 24·0 20·0 2·63 2·63 2·20白家沟坝0·30 12·0 23·4 15·6 6·74 6·74 5·73哈拉沟门坝0·20 9·8 23·7 16·2 5·54 4·96 2·27脑木图口坝0·50 7·2 10·6 8·3 2·70 2·50 1·73孤儿沟掌1·10 8·0 10·1 7·2 2·20 2·20 1·60小计6·20 182·0 108·2 40·03 37·33 24·93小型坝庙沟坝0·14 9·8 7·2 0·67 0·45刘先旧门坝0·20 10·0 9·5 8·1 0·80 0·73 0·67刘保沟坝0·12 9·0 9·0 8·3 0·55 0·55 0·53李风山坝0·14 8·0 5·9 4·5 0·53 0·33裴家过路1号坝0·09 8·0 8·0 7·2 0·53 0·53 0·53小计0·69 42·2 35·3 3·08 2·59 1·73总计28·79 858·8 429·6 348·5 114·97 96·72 80·76该流域20年一遇的洪量模数2·60万m3/km2,100年一遇的洪量模数4·4 4万m3/km2。1·2坝系建设结构与布局流域内共有骨干工程7座,治沟造地工程1座,中型淤地坝7座,小型淤地坝5座,大、中、小型坝共计20座,控制面积28·8km2。其中:7座骨干坝分别布设于主沟1座,主沟两岸较大的支沟6座,控制面积20·4 km2;7座中型淤地坝,主沟道分布6座,支沟仅分布有1座,控制面积6·2 km2;5座小型淤地坝均分布于支毛沟,控制面积0·69 km2;还有一座治沟造地工程分布于满连沟沟口,靠近于主沟中游。整个坝系布局为:上游骨干坝 2座,中游布设骨干工程5座,7座中型淤地坝与5座小型淤地坝,大部分布设于中下游。这些工 程虽都已投入使用,在拦蓄洪水泥沙、防洪保收方面发挥了作用,但其坝系建设的结构与布局还不 够完善。1·3坝系相对稳定系数坝系相对稳定系数的计算采用下式<3>:I=0·01S/F c(1)式中:I为坝系稳定系数;S为实有坝地面积,hm2;Fc为坝控流域面积,hm2。西黑岱沟流域2003年实有的坝地面积为96·7hm2,坝系控制的流域面积为28·8km2,经计算,现状坝系相对稳定系数为1/30。1·4坝系防洪能力分析西黑岱沟流域现状坝 系的防洪能力主要取决于现状骨干工程,其分析方法是以各坝的控制集水区内不同设计频率洪水总 量与现有实际防洪能力进行比较,以判断其防洪能力。流域现状坝系的防洪能力分析计算结果见表 2。可以看出,西黑岱沟流域现状坝系防洪能力较高,杨家沟、哈拉沟、满连沟、学校坡、孤儿子沟、小黑岱沟、脑木图,这些骨干工程的表2西黑岱沟流域现状坝系防洪能力分析计算Tab.2Analysis of preventing and controlling flood capacity in Xiheidaigou watershed坝名控制面积km2枢纽组成库容/万m3不同频率的洪水总量/万m3总库容剩余库容0·2%0·33%0·5%1%2%5%建成年份杨家沟3·0两大件69·0 43·7 50·7 45·4 27·9 24·2 1988哈拉沟3·2两大件73·8 42·6 54·1 48·4 29·8 25·8 1988满连沟3·0两大件68·4 33·5 50·7 45·4 27·9 24·2 16·0 1989学校坡1·6两大件108·4 70·4 27·0 24·2 14·9 12·9 1995狐儿子沟1·9两大件68·4 48·6 32·1 28·7 17·7 15·3 1989小黑岱沟3·2两大件73·8 38·4 54·1 46·4 29·8 25·8 17·1 10·1 1989脑木图4·5两大件104·4 65·9 76·1 68·1 41·9 36·2 24·0 1988注:表中%所代表的为几年一遇的洪水次数的倒数。下表同。防洪能力均为200年一遇的 洪水标准。1·5坝系安全系数坝系安全系数采用下式计算:Icp=WPA实(h+hc)(2 )式中:Icp为坝系安全系数;WP为频率为P的洪水总量,万m3;A实为坝地实有面积,h m2;h为坝地允许淹水深度平均值,m;hc为洪水所含泥沙落淤平均厚度,m。1)该流域坝控面积28·8km2,流域治理度61%。作物保收的设计洪水总量采用下式计算:WP=KM治Fc(3)式中 :K为小面积洪水折减系数,一般取值0·8~1;M治为治理流域洪量模数,万m3/km2; Fc为坝控流域面积,km2。2)作物保收的洪水标准,采用频率P=5%。经计算该流域20 年一遇的洪量模数M治=2·6万m3/km2。W5%=67·4万m3。3)根据西黑岱沟流域7月份坝地种植玉米的株高为1m的实际情况,(h+hc)的取值<4>为0·6 m。4)将以上数值代入式(2),经计算求得I5%=1·16>1因此,现有坝系在20年一遇 的洪水标准下仍不能保收。1·6存在的问题分析1)主沟缺乏骨干工程控制,形不成坝系相对稳 定的主骨架。该流域现有的7座治沟骨干工程中,仅有1座工程布设在主沟道上游,控制流域面积只有1·6km2,其余6座骨干工程均分布在主沟两岸的支沟。从防洪角度看,骨干工程对保护主沟道坝地生 产起了重要作用,但从流域坝系整体结构分析,还未形成相对稳定的主骨架。2)骨干坝与淤地坝 的布设不合理,影响了坝系整体综合功能的充分发挥。目前西黑岱沟流域的坝系建设中,只在主沟 布设了较多的淤地坝,而在支沟仅设2座淤地坝,这样导致了支沟骨干工程的提前淤满,减少了骨 干工程的防洪年限,影响坝系整体功能的充分发挥。3)淤积面积较少,坝系缺乏安全性。目前, 沟道工程在20年一遇的洪水条件下还不能够保收,坝系利用以及坝地生产缺乏安全性。2今后坝 系建设中的相对稳定分析2·1建设目标与规模根流域水文、泥沙特点、水土流失规律和沟道工程现状,针对目前坝系工程运行中存在的
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