水利工程论文-淤地坝的试验研究.doc

水利工程论文淤地坝的试验研究摘要黄土高原淤地坝建设所取得的巨大成就与经验，是与科学研究分不开的。从西周到晚清，自劳动人民在生产实践中创造了坡地修梯田，沟壑筑坝淤地等水土保持措施以来，其试验研究工作也就相运而生......关键词淤地坝试验研究黄土高原淤地坝建设所取得的巨大成就与经验，是与科学研究分不开的。从西周到晚清，自劳动人民在生产实践中创造了坡地修梯田，沟壑筑坝淤地等水土保持措施以来，其试验研究工作也就相运而生。民国时期和建国初期，国家主管部门对淤地坝建设的推动，都是从开展科学研究入手，首先是建立科学研究机构。水利专家李仪址先生于1927年提出在沟道中修筑淤地坝，防治沟壑扩展，减少入黄泥沙的技术方案，作为治黄方略的一个重要组织部分付诸实施。20世纪40年代，国民政府农林部和黄委会，先后在天水和西安建立了水土保持实验区，开展水土保持科学研究。1945年由国家投资，黄委会关中水土保持试验区在西安市郊荆峪沟流域支沟上修建留淤土坝一座，控制流域面积2.6km2，土方2万m3，是黄河流域第一座官办淤地坝。建国后，随着水土保持事业的发展，水保科研机构也相应地发展。在此基础上，根据各个时期的工作需要，采取试验、示范、推广相结合，室内实验与野外试验相结合，与教学单位和业务管理部门联合攻关等不同形式，开展科学研究，在沟道侵蚀机理、淤地坝规划布局、设计技术、施工技术、监测技术、管理技术等基础理论和应用研究以及新技术、新方法、新工艺开发方面，取得了大量的研究成果。新中国成立后，黄土高原科研单位和业务管理部门，在总结历史经验的基础上，把筑坝淤地作为水土保持的一项重要工程措施，积极试验、示范、推广，其发展过程大致经历了4个阶段试办示范阶段（19491957）从1949年开始，在陕西省米脂县试修淤地坝。1952年绥德水保站成立后，以绥德、米脂、佳县、吴堡四县为重点试办区，积极宣传推广修坝淤地，两年内筑坝214座，一般坝高510m，单坝控制面积0.5km2以下。1953年后，在晋、陕、蒙得到大面积推广，筑坝淤地技术得到普及。西峰水保站也重点开展了塬面治理和沟壑治理的试办与推广，创建了南小河沟十八亩台沟壑土坝。大发展阶段（19591980）由于前阶段试办成功，使群众看到筑坝的好处。建立了以沟坝为中心的基本农田，在淤地坝施工中，各地大搞技术革新现和工具改革，较多地采用爆破松土、拖拉机碾压、水枪冲土、水中倒土、水坠法筑坝技术，淤地坝有了突破性进展，建坝工效成倍提高，成本大幅度下降。仅1968年到1980年12年，共修淤地坝2.76万座，可淤地3.3万hm2。陕西省榆林、延安地区19731975年新增坝地17.6万亩山西省19701980年11年内新增坝地占19491987年内新增坝地的50.6内蒙古自治区黄甫川流域，70年代所修淤地坝占淤地坝总数的61.7％。但这段时间，有些地方在筑坝淤地中曾出现不按自然规律办事的偏向，工程设计不合理，施工质量差。在19771978年两次特大暴雨中，这部分工程遭到不同程度的水毁损失。但这段时期淤地坝的发展数量、坝系布设和施工技术都比过去有较大突破，而且在拦泥、淤地、增产上卓的成效。以治沟骨干工程为支撑的坝系建设新阶段（19811992）这一时期，虽然淤地坝建设速度比70年代减缓，但筑坝技术、效益则进一步提高。各地认真总结30年筑坝淤地经验教训，对淤地坝的坝系规划、工程结构、设计洪水标准和防洪保收、建坝顺序和规模、拦洪蓄水淤泥生产相结合、坝地水土资源高效利用、生产管理和维修养护等方面进行了大量研究，取得了重要成果，其中以坝保库、以库保坝、小多成群有骨干等经验为群众所共识。1986年以来，经国家计委批准立项，开始在黄河中游多沙粗沙区进行治沟骨干工程专项建设。由于有正规的设计，库容比较大（大于50万m3），不仅有拦泥库容，而且有防洪库容。因此，能够起到上拦下保的控制作用，充分发挥拦泥、淤地、防洪、保收等综合效益，在多次暴雨袭击下，未发生垮坝现象。19862002年，共修建骨干工程约1500座，淤成坝地32.0万hm2，保护川台地1.87万hm2。晋西、陕北一些开展淤地坝建设较好的小流域沟道已形成坝系，有些已接近相对稳定。坝系相对稳定建设研究阶段进入90年代中期，在国家八五攻关课题多沙粗沙区沟道流域淤地坝坝系相对稳定研究、九五水保科研基金课题黄土丘陵沟壑区小流域坝系相对稳定及水资源开发利用研究指导下，广大科技人员以沟道坝系为主要研究对象，重点开展坝系相对稳定、沟道坝系水土资源开发利用、淤地坝运行管理机制、淤地坝的监测技术等方面的研究，并将研究区域和领域进一步扩大。科学试验研究为领导决策，确立以支流为骨架、小流域为单元，骨干坝和中小型淤地坝相配套，建设沟道坝系的思想起到了科技支撑作用。目前，黄土高原地区初步建成了以陕西省宝塔区碾庄沟、山西省离石县阳坡、内蒙古准格尔旗川掌沟、甘肃省定西县花岔、宁夏西吉聂家河等为代表的一大批小流域坝系，对坝系建设起到了积极的典型示范作用。在试验研究内容上，经过广大科技人员几十年的辛勤工作，在淤地坝的拦泥减蚀机理、坝系规划、坝库设计、工程施工、管理养护、新技术应用等方面取得了大量科研成果，并为黄土高原的淤地坝建设起到了科技支撑的作用。淤地坝拦泥减蚀机理研究，基本摸清了沟壑中产水产沙规律，为领导决策提供了科学数据20世纪80年代以来，国家自然基金、水利部水沙基金、黄委会水保基金等相继开展了河龙区间水沙变化分析研究，其中淤地坝拦泥减蚀作用分析是很重要的一部分。重点开展了小流域水沙变化、淤地坝减水减沙减蚀作用和效益计算方法研究，并对黄河来水来沙区域和趋势进行了分析预测。淤地坝的减水减沙作用，从大量的调查的测量，得到每公顷坝地的拦泥量随坝高不同而不同，坝愈高单位面积坝地拦泥量愈大通过对河龙区间21条支流分析，淤地坝减沙量占水保措施减沙量的4280，坝系的拦泥减沙效益是其它水保措施不能比的淤地坝具有抬高基准面，防止沟道下切和沟岸坍塌、扩张的作用。据西峰水保站在南小河沟的观测，该流域泥沙主要来自沟床下切，红土泻溜和坍塌，其侵蚀量占全流域产沙量的25.5和60左右熊贵枢等用支流把口站的资料分析了无定河赵石窑以上坝库的减蚀量，得到其减蚀作用约为多年平均输沙量的20.8。可见坝库的减蚀作用是可观的坝系规划布局研究，使淤地坝建设逐步迈入规范化、科学化和区域化的轨道淤地坝规划是指坝系建设规划。坝系建设的主要含义，就是在一条小流域内，规划修建小多成群有骨干的土坝工程体系，做到遇洪水能拦，遇天旱能灌，淤地能种，水多能排，来沙能淤，种植安全。围绕坝系建设，各地科研单位在规划原则、工程结构、合理布局、建坝密度，洪水调节等方面开展了研究。1959年，绥德水保站在韭园沟小流域修筑淤地坝时，将一条沟道中的坝分为主坝与腰坝，拦截上游的洪水，保护坝地安全生产。此时开始出现坝系的概念。此后，随着淤地坝的增多，坝地防洪保收问题愈来愈突出，1961年，绥德水保站在坝地较多的王茂沟流域进行坝地防洪保收试验研究时，有意识地进行坝系规划。并提出坝系规划的原则是因地制宜，全面规划，大小结合，蓄种相间，轮蓄轮种，计划淤排在坝系布局上提出全面利用，以排为主和蓄种相间，蓄排结合两种形式在建坝顺序上提出了支毛沟由下到上、干沟由上到下或上下结合的办法。1970年以后，由于水坠坝技术的应用推广，淤地坝发展到一个新阶段，淤地坝不断增多。淤地坝的坝系布设在王茂沟坝系布设的基础上，各地结合实际，又开展了多种形式的坝系规划研究工作。七十年代中后期，黄河中游地区连续发生暴雨洪水毁坝事件，在总结二十年淤地坝建设经验和洪水毁坝教训的基础上，提出坝系中应增加控制性骨干淤地坝（此即后来所说的骨干坝），1979年将王茂沟坝系规划原则改为因地制宜、全面规划、骨干控制、滞洪排清、全面利用，一次设计、分期加高、防洪、拦泥生产相结合，这一规划布设与防洪保收原则，首先反映坝系应中增设骨干坝以提高其防洪能力其次，它反映出淤地坝的结构以两大件为主，以便于滞洪排清再次，反映出坝系建设的目标是，长期发挥防洪、拦泥和生产效益，以便相对稳定的实现。进入八十年代，坝系研究由建实体模型、总结经验为主转入理论研究为主的阶段。1983年，绥德站应用正交试验分析法，对小流域坝系的布坝密度、骨干坝位置、泄水建筑物形式（结构组成）、打坝顺序及建坝时间间隔等进行优化研究1987