（水利水电工程专业论文）延安市水土保持淤地坝规划.pdf

摘要 摘要 长期的水土保持实践经验表明，淤地坝是黄土高原地区水土流失治理的关键 措施。大规模的淤地坝建设不仅对于改善黄土高原地区的生态环境，促进经济社 会的可持续发展，全面建设小康社会具有重要意义，而且对于减少入黄泥沙，确 保黄河安澜也具有不可替代的重要作用。 本文阐述了我国淤地坝建设领域的研究成果和今后的研究趋势。在对延安市 淤地坝建设状况的实地考察的基础上，准确地摸清了延安市现状淤地坝建设的数 量，总结出延安地区淤地坝建设的重要的经验。以生态型流域建设为目标，实现 生态良好、生产发展、生活富裕，为建设小康社会奠定经济和环境基础；以有效 控制入黄泥沙为国家需求，确保黄河安澜；以流域为单元，行政分区和流域分区 相结合；以综合整治为中心，多种措施并举；以水沙平衡理论为基础，建立相对 稳定的坝系；以科技为支撑，科学规划和建设淤地坝，正确评价淤地坝的综合效 益：在小流域综合治理模式的基础上，开展大示范区成片治理、示范及推广。 本论文所做的工作，在一定程度上丰富了区域淤地坝规划的内容与方法。对 于黄土高孤其它地区的淤地坝规划工作有一定地借鉴作用。 关键词淤地坝；骨干坝；水土保持；监测系统；大示范区 l 索工业犬学工学疆学佼论文 a b s t f a c t l o 致g t e 黼i la n dw 搬fe o 热s e 弭采i 髓拶a c 圭至c ee x 辨l o n e e s 曲o w 氆旗氆e c h e c k d a mi sm ek e ym e a s u r eo fs o i le r o s i o n 锄dw a t e rl o s sm a n a g e m e n t si 拄啦el o e s s p l a t e a ur e g i o n al a r g 争s c a l eo fc h e c k d a m sc o n s n l l c t i o nn o to n l yh a s 也e 拶呤a t s i 撕 薹e a n c 。娃i m p f o v i n g 氆ee c o e 赫啊f o 黼黼to fl o e 豁p 蕊e a u 糟菩o n ，p r 润。畦n g 蹦s t a i n a b l ed 钾e l o p m e n to fe c o n 嘲i cs o c i e f y ，b 城l d 撼ga 、糙l l - o 娌s o c i e t y 狐a n a l l 哪岫d 、v a 弘b u ta l s op l a y s 甜i m p i ) r t a l l tm l ei nr e d l l c 抽gs e d i m e n te n t e “n gy b l l o w r i v e fa n de n g 潮n gy e l l o wr 至v e rs 娥 t h i sp 印啦i 珏t d u c e d 掉s e 馘吐端姒t s 则勤抛辑，s 辖辩毪瓣h 撙d 遗重量辖彝畦do f c h e c k - d a mc o n s t f u c t i o ni no i l rc o u n t 阱o nm eb 蹈i so fi i l v o s t i 艄t i n gt h ep r e s e n t c h e c k d a mc o n s t m c t i o no n 吐l es p o r ti n1 | 黝a l lc i t y ，w ef m do u te x a c t l y 幽eq u a n t i t y 鞠硅s 豫l m 撕瓣建略l 哟。娥鞠l 锚p e f i e 兹e e so f 氇ep r e s e 瓣盛e e k d 稚le o n s l 搦e i 黼强 t l l ew h o l ec i 啦w i me c o t y p ew a t e r s h e dc o n 8 t r u c t i o nf o rt a r g m 呔eg o o d e c o e n v i r o n m e n t ，p r o d l l c t i o nd 嚣v e l o p m e n ta n dl i f ew e a l 也yc o m et n l e ，l i e t l l e e n o m y 鞋耐髓v i 蝴m e 嫩岛豫d a t 主o n 秘b 珏主韬i n gaw e l l 一硪s o c i e 毛y ；e o n 缸诌l l 涵g e f f e c t i v e l y 也es e d i m e n te n 妇 n gi n t o 蜘ey 毫l l o 、v 薹娃v e rt om e e t 也ec o u n 姆sd e m a 靠d ， e n s u r ey b l l o w 飚v e rs a f e ；m a l 【i n g 也ew a t e r s h e da sat 聃证t ，t h e 瓤l m i l l i s l 嗡t i v er e g i o n d i v i s i o n sa n dt kw a 把r s h e dr e g i o t ld i v i s 主o n se o m b i 珏et o g 锄e r ；碱谦c o m p 糟h e n s i 、e m 勰a g 嘲鞠t 妇c e n t v a d 傩sm e a 飘雠sc a nb et 威e n ；t a 蛀珏gw a t e 卜s e d i 撵e n t b a l a l l c et h e o r ya sf o u n d a t i o n ，b u i l du p 幽er e l a t i v c l yc o n s t a i l td a ms y s t e m ；1 a k i n g s c i e n c ea 1 1 dt e c h n 0 1 0 9 ya ss u p p o r t ，p l a i la n dd e s i g l lc h c c k d a m ss c i e n t i _ f i c a l l y ，a i l d i g 瓤l ye v a b 越e ke o m p r l 锚s i v eb e n e 曩l so fe h e c 圭( - d a 氆；0 n 氆嚣b 舔l so fs 糙a l l w a t e r s h e di n t e 耵a t e dm a n a g 锄e n tm o d e l ，c a r r yo nm 锄a g e m e n t s ，d e m o n s 妇t i o na i l d e x t e n s i o ni n 饿e1 a 喈ed e m o n s t t a t i ( m 甜e a t h ew o 纛氇a t 氇；sp 印群d o e s ，e 戚e k s 氇oc o n 括n 圭sa n di 黼氇商o f 辩g i o n c h e c k - d 籼p l a n j l i n gt os o m ee x t e n t i th a s ac e r t a i n l yf e f h e n c e df h n c t i o nf o ro t h e f r e 西o n sc h e c k m d 蜘p 1 姗i n gi n1 0 e s sp l a t e a u k e yw o r d se h e c k d 拄m ；k e yd a m s ；s o i la n dw a l 娌c 蝴s e 搿a 畦o n ；黼o n i t o f i n gs y s t e 搬；也e 1 a r g ed e m o n s t r a t i o n a r e a l l 独创性寒明 奉久声疆掰整交鹃论文是我个人京导耀獾导下逶露静磅究工露及取褥煞磺 变成果。尽我所知，除了文中特别加以标注鞠致谢媳地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一问工 乍的同虑对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了鞠确的说萌并表示了谢意。 签名；羔遂拯疆麓i 竺垒! 丝 关于论文使用授权的说明 本人宪全了解j e 京工娩大学有关保留、使用学位论文的蕊定，帮：学校有税 保鹜送交论文静复印 串，允许论文被套阕和氆凝：学校褥疆公毒论文静全都或帮 分内骞，w 以袋用影印、缆印或其娃复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密聪应遵守此规定) 签名：二蹲导努签名：埤疆期：鱼竺垒趾 第1 章绪论 1 1 淤地坝综述 l1 1 研究背景 黄河隐患的症结是泥沙问题，而解决泥沙问题的根本措施在于黄河中游黄土 高原地区的水土保持工作。在黄河中游水土保持委员会第六次会议上，明确提出 黄土高原水土保持工作要以控制水土流失为根本，以减少流入黄河泥沙、恢复植 被、改善环境和群众的生活生产条件为目标。 黄河中游多沙粗沙区地形破碎、坡陡沟深、土质疏松、植被稀少、暴雨集中， 洪水造成沟床f 切、沟头延伸，沟谷侵蚀产沙量占流域总产沙量的5 0 7 0 。 长期的水士保持实践经验表明，淤地坝是黄土高原地区水土流失治理的关键措 施，是一种行之有效的既能拦截泥沙、保持水土，又能淤地造田、增产粮食的水 土保持工程措施。大规模建鼓淤地坝不仅对于改善黄土高原地区的生态环境，促 进经济社会的可持续发展，全面建设小康社会具有重要意义，而且对于减少入黄 泥沙，确保黄河安澜也具有不可替代的重要作用。2 0 0 3 年水利部将淤地坝建设 列为“三大亮点工程”之酋。淤地坝工程建设作为实施西部犬开发战略，加快生 态环境建设，巩固退耕还林成果，实现区域经济杜会可持续发展的一项重大举措， 已在黄土高原地区全面实施。 1 1 2 淤地坝的基本知识 1 1 21 概念及特点淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目 的而修建的坝工建筑物，其拦泥淤成的土地叫坝地。在流域沟道中，用于淤地生 产的坝叫淤地坝。坝系是指小流域沟道中由淤地坝组成的工程体系，包括骨干坝、 生产坝、塘坝等，各工程之间相互配合，联合运用，在防洪保收、拦泥淤地、水 资源利用、抗御自然灾害等方面发挥作用。在坝系中，不同的单坝所起的作用不 同，对坝系防洪拦泥起控制作用的淤地坝又称为骨干墁( 或治沟骨干工程) ，以 拦泥淤地、发展生产为主的又称为生产坝，以蓄水和灌溉为主的又称为塘坝口j 。 淤地坝主要目的在于拦泥淤地，般不长期蓄水，其下游也无灌溉要求。随 着坝内淤积面的逐年提高，坝体与坝地能较快地连成一个整体，实际l 可看作是 着坝内淤积面的逐年提高，坝体与坝地能较快地连成一个整体，实际上可看作是 摩工业大学工学龋士学证论文 一令重力式撼淀( 主) 蟪。一簸淤逮攒出瑗体、滋洪遂、救求建筑耪三个部分缀残， 溢洪道烂排泄洪水建筑物，当淤地坝洪水饺超过设计舞度时就出溢洪邀羲 蹬，以 保证坝体的安全和坝地的正常艇产；放水建筑物多采骚井式和卧管式，沟道常流 水、库内清水等通过水设备排泄到下游；反滤排水设备是为排泄坝内地下水，防 壹壤穗簸碱健，增翔顼玻稳定经雨设置酌。淤穗瑷的设计、施工、管瑗技术与永 摩凑相圈熬方瑟，毽有不弱魏方瑟。淤邀壤在构成上瞧要求大域、溢蠛遂稻敖零 涵管“三太件”齐全，但由于它主要用于拦泥巅非长勰蓄水，因此，淤地坝e b 水 库大坝设计洪水标准低，坝坡比较陡，对地质条件要求低，坝基、岸坡处理和背 承坡踯排水设施简单。淤地坝在设计和运用上一般可不考虑堠基渗漏和放水骤降 等润题。 1 + 1 2 2 淤地坝的童乍用 ( 1 ) 拦泥保土，有效减少入黄泥沙黄河治理的滩点魑如何处理淀沙，在源 头控制泥沙是根本措施。黄土高原的千沟万壑魑黄河漏沙的主要发源地，淤地坝 的建设有稠予抬高沟道的侵蚀基准两，阻丘沟邋的继续下翻，从而获源头上封堵 了葭蓑海卞游输送滋涉静逶道。摄据窍关测雾，淤蟪璞每淤爨l 京逵，警均霹拦涎 沙3 0 0 拈9 0 吨，拦沙效果照瓣淤地坝规模的增加薅挺赢，缀合域系的拱沙效果更 为显著。据有关水沙变化研究成果分析，2 0 世纪7 0 年代以来，水利水保措施年均 减少入黄泥沙己达到3 亿t 左右，其中库坝工稳减沙占6 6 。由此可见，淤地坝 豹建设已为黄河减淤防灾作出了区大豹贡献。 ( 2 ) 淤壹l 塾造爨，增声绦牧淤地坝鲮羹要佟髑之裁是将蔑荛鲍海蟪淤袋撼势 平坦宽润的坝地，e 担于坝她土籁松软、毒4 予耕作，而且茕l l l 鲠含璧赢，土地月巴沃敬 坝地为粮食增产创遗了有芹q 条件。此外，由于坝地形成时间短，土壤多璺疏松网状 结构，利于储水，嶷有较强的抗旱能力。特别是在大旱的情况下，坝地抗灾效果更 魏显著。 辨5 年获蹰省遭遇季誓太予翠，徐捧蒂横由县怒石辞流域坝缝每公顷产均在 4 5 0 浊g 以上，露驶辫地每公暖双产1 5 0 删舢。因此，埂缝鸯裁予确保粮食酶增产爨 收。 ( 3 ) 改善了农村生产生活条件，促避群众脱贫致富坝地水肥条件良好，利 尉溪地发展棚栽等齑效农渡，德使过去单一的粮食生产结拇转变为农、稀、牧、副、 瀵蠢监并举，缮翔了农民收入，程避了经济发震，改善了出嚣天生产生活祭件， 键进了农$ 重社会发鼹，鸯q 快了全恧建设小壤社会步伐。在淤地坝建成初期，由予可 第l 举绪论 以利用的蚬地较少，可以将尚未淤积的坝地空间伥为储存水源的小水库使用，可以 宠分篱瓣醚表径流，瓣褰拳滚源瓣嚣溪攀，鳃波承瓷源疑麓逡蕊骢天瓷铰瘩涟题。 黄主离蘸逸送承资滚麓映，添期薛搿占全年降雨爨静6 。7 0 ，基多淤暴搿形式蹴 瑗，簿零舞翅亿l 筠钇珏1 3 暴薅臻豁睡娃裂鼹删。淤迪坝传巍墩痒使婚，戳毒散 拦裁海运疼鹣洪嫩，褥熙整缀霹鞫瓣褰强度瑟藤转豫舞胃戳到麓靛镰冬零滚，遮 到调节j ! j 毛水、合理利用水资源的黼的，实现水资源的整襻零取，为改善当域的嫩 产和生满条件产生鬟疆的作用。 毒键逮邋瓣述棒，羧饕垒卷琢蠛淤邈竣戆建设，秀娄涎表爱捷袋了毽淡 的可以嚣爨兹她螫源，改变了当地群众广葶申薄收、越旁越照的辫修习搂，优化 了土地利用结构，达剡了退耕还栋还草的目的，摭动了大面积的植被恢复，有利 于当撼整悫嚣凌麴致荣蠢太涎璧滏壤羹熬鬟蹇。掇禧初步襞诗，获j 致逮嚣擎均镪 亩顼施研i 蘸还坡耕撼6 亩左右，绥德蔟王菠窿小流域膏淤蟪矮2 0 余窿，埙瑰 2 6 。6 豫，在入鞠增熬，粮食摇耱瑟积缭夺愤嚣下，粮食戆产糅连攀建媾，搜大 量出皱滚述耱逐牧，生翘剥楚缝鞫氇发生了燕羹炎证，骖缝疆获巍者憨鬻缓熬 5 6 9 下降到2 7 9 ，林地面积由3 2 上升到4 5 ，草地预积出3 1 。b 升剿6 7 。 坝地面积嫩仅占耕她蕊积l5 1 ，产= 蠹却占全树粮食总产的6 矗9 ，人均粮食越 子斥。 ) 剡蜂滞洪，鸯裁予防淤城突敬保护太怒熬龠魏声蜜垒学予蠼其誊恝燎 滞洪、拦混淤地等功糖，如果以小流域为单凭，通过淤地坝的建设，建立以骨于 凌为控涮、中小篷臻食毽毒鲞豹 舞系缀合，遴j 童缀系静簇罴攒蓄，霹骧蠢效逮滋 减局部潦两形成的滋峰，达到上拦下像的作用，脊散地防丘滚水泥沙对下游工农 监叟产逑袋匿大藏耱。襄1 9 8 9 年疼蒙古准裱象臻筵豢j | | 藏：蠛瞽蘩特大黎鬻，流 蠛囊1 4 黪治逮嚣于溪菸拦赣漠承灌渗5 9 3 。2 蠢o ，不餐工程冤一爨失，述蘩笋了 下游2 6 0 l l n l 2 坝地和3 4 0 h m 2j l l 、台、滩地的安焱生产，减灾效菔达2 0 0 多河元1 5 1 。 ( 6 ) 埙路结台，便利了交遴黄土瘫原地区严重的水土流失，将村成和土地 努害8 戒海翁、幽粱，形藏予海万整，交逶卡努不倭。蓊嫒蓐，嫒矮藏了塞产道躇 或公薅，倭羁了交遴燃。弱辩逢餐裁了瓣众瓣燕产生活条绺，键遴了辏嶷、文绽 交流嬲囊撼经济豹发袋。据统计，浚海嚣于工稷灼约2 0 成为当地的主婴交通道 路。建亵撩花裁小滚壤餐系建袋精，逡遽了s 敛m 挺= 窿遂爨，全流域瓣奄毒重、缝 与缀之间都可以通汽率，沿途先聪办趱了8 个农副产品加工点和商黼代销点，健 j 京工业大学工学颈士学位逢文 遴了缝方经济豹发照5 。 1 1 3 淤地坝建设的发展状况 1 1 3 1 黄土高原地区淤地坝建设成就截止2 0 0 2 年底，整个黄高原地区共建 成淤地坝1 1 3 5 2 5 魔，其中骨干坝】4 8 0 虞，中小型坝1 1 2 0 4 5 座。已建淤地坝数 羹按7 个省送的分布特镊是：陕西躐多，占黄土高原地区总数的3 9 7 ；山西次 之，占黄主豢嚣恐嚣蕊数静2 6 9 ；甘肃第三，基黄离羰遮嚣葸数静1 5 ，2 ； 内蒙古第四，占黄土毫原地区总数的1 2 5 ；宁夏、海海秘海枣较少，分别占黄 土高原地区总数的3 。o 、1 4 和1 3 嘲。详见袭1 。l 。 袭l l 黄圭巍磊逮速各省蘧已建淤蜷域努瘫情况 t 抽i e1 - 1t h ed i 洲b u l i o no f c h e c k - d 籼c o n s t r u c t e do ni h e1 0 e s sp l a t e a u 项目青海甘肃宁麓内蒙古陕西山西 河南 合计 数燕渲) 3 7 1 6 4s 3 3 2 4 毒4 3 3 9 23 7 1 4 豹 骨干坝 比例( ) 2 51 1 15 62 1 92 9 92 6 52 5l o o 数挺( 座) 1 5 7 71 7 1 2 93 2 7 91 3 8 7 5 4 4 6 6 43 0 1 i 31 4 0 81 1 2 0 4 5 中小裂淤地坝 毙铡瀚 l 。掌1 5 。32 p1 2 ，43 擘孽2 6 ，9 l 3 l 数鬣( 座) 1 6 1 41 7 2 9 33 3 6 2 】4 1 9 94 5 1 0 73 0 5 0 51 4 4 51 1 3 5 2 5 鸯计 比例( 呦 1 4 1 5 2 3 o1 2 53 9 72 6 91 3 1 0 0 1 1 3 2 淤地坝建设发鼹阶段的划分在黄土高原地区，淤地坝建设距令已有4 3 5 年的历史，综观其发展历程，可以翔分为5 个阶段。 ( ) 经骧禚累蔽羧( s 麓纪7 爵年戎 9 4 8 年) 甥找疆庆三年( 公元1 5 秘 每) ，我陕鹾予溯装黄土洼，爨自然湮坡、坍塌形成必然黎漱，痿经人工修蹩瑟 形成淤地坝，这是肖记载以来最早的淤地坝。葡最早媳人工筑坝出现1 明代万历 年间( 公元1 5 7 3 年1 6 1 9 年) ，对此间有“涧河沟渠下湿娥，淤漫成地易于收获 高田，值旱可以抵租，向有勤民修筑”韵史料记载。清 弋咸丰三年( 1 8 5 3 年) ， 玉疆攒棒瑟赘家壤树燹奉淳掺壤4 瘵，淤穗4 。6 妇f ，套螯单产2 8 5 簸妒鞠2 ，谷 予单产3 o k 鲫珏n 2 ；光缝三年( 1 8 7 7 年) 大旱，隧避坡地颞粒涎收，两贾家蛉 坝地小麦单产仍达2 1 0 0 k 朗n 2 ，于是周围村庄的群众纷纷修坝。到了民国期阅， 农民对淤地坝的作用有了进一步的认识。水利专家李仪祉先生，1 9 2 2 年在蕤所 著黄河之稻本治法商襁孛，阐述了淤施顼的伟丽翻。1 9 4 5 箨，黄溺窳剥委员 会在嚣安枣荆蟮滋流域修建了第一簌富方投姿、鼹予辩学磺究的淤避埂。蕊之， 第l 苹绪论 该阶段的淤地坝几乎都是农民根据实践经验自发修建的，有关淤地坝建设的科学 理论尚未建立。 ( 2 ) 试验示范和普及推广阶段( 1 9 4 9 2 0 世纪7 0 年代) 该阶段在农民实 践经验的基础上，加强了淤地坝修建的试验研究。在淤地坝试验示范获得成功后， 得到了普及和推广，淤地坝建设的速度明显加快。现有淤地坝主要是这一阶段修 建的，并且多为中小型淤地坝。由于缺少统一规划和科学设计，标准低，目前大 多数已淤满，需要进一步加固配套。 ( 3 ) 增建控制性骨干坝阶段( 2 0 世纪8 0 年代2 0 世纪9 0 年代初期) 在 第二阶段，淤地坝建设的速度得到了明显加快，但存在着淤地坝单坝规模小、中 小型淤地坝数量多、无控制性骨干坝，即形成“小、多、成群无骨干”的现象， 遇较大的暴雨洪水易出现跨坝的闯题，通过总结第二阶段淤地坝建设的经验和教 训，经过科学研究，在沟道适当位置增建骨干坝，拦截上游洪水、保持下游中小 型淤地坝安全，提高了防洪标准，大大降低了遇较大洪水连锁跨坝的风险。 ( 4 ) 坝系建设阶段( 2 0 世纪9 0 年代中期2 0 0 2 年) 为进一步保持淤地坝 的运行安全和充分发挥整体效益，在全面总结第三阶段淤地坝建设经验的基础 上，经过多方面的试验研究，确立了淤地坝建设的新指导思想，即：“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”。这期间， 黄土高原地区初步建成了以甘肃省定西县花岔、宁夏西吉聂家河、内蒙古准格尔 旗j f i 掌沟、陕西省宝塔区碾庄沟、山西省离石县阳坡等为典型代表的小流域坝系， 对促进全黄土高原地区的坝系建设起到了积极的辐射带动作用。 ( 5 ) 大示范区建设阶段( 2 0 0 3 年以后) 2 0 0 3 年水利部将淤地坝建设列为 “三大亮点工程”之首，并审批了黄土高原地区水土保持淤地坝规划，自此， 黄土高原地区淤地坝建设进入了规划全面、规模大、标准高的大示范区建设的新 阶段。 1 1 3 3 新时期淤地坝建设的技术思想 新时期大规模建设淤地坝，必须坚持“生态效益、经济效益和社会效益相统 一”的原则，以流域为系统，充分体现全局观点，兼顾当地和下游地区利益，科 学有效地发挥拦沙、保水和淤地等综合功能，以促进当地农业增产、农民增收、 农村经济发展，巩固退耕还林成果，改善生态环境，有效减少入黄泥沙，为确保 黄河安澜和全面建设小康社会做出贡献。为此，提出了新时期在黄土高原建设生 就襄王弛大学工学硕士掌毽论文 态型、节水型和可持续发展型淤地坝的技术思想【l o l 。 l 。l 。4 磷究动态 1 4 1 淤地坝建设的研究进展及成果目前的研究在坝系规划布设、工程建设、 拦沙减蚀效益以及小流域坝系相对稳定研究等方灏作了大量的工作。淤地坝建设 簸单楚拦漉淤建是流壤矮系综合藏效裂爱，麸擎圾控裁蠢缓系综台控裁方淘发 展。坝系建设是我国学者针对黄土高原水土流失的特殊性提出的特殊措施，是一 个具有中国特色的专用名词，国外几乎没有相关报道。 ( ) 淤圭蠹璞壤系浚翔毒设凌系篾翔裁是褒薅壹全流域窳主流失戆懿疆下， 使坝系工程总投资最小。多年来，水土保持工作者在此方顽做了大量的调畿研究 工作。坝系布设形式主器有8 种：上拦下种，淤种结合；上坝嫩产，下坝拦淤； 轮蘩轮耱，蓄秘绥合；支漓漆洪，予沟生产；淡窳分浚，漫淤结含；毅撵为主， 漫淤滩地；坝库相间，清洪分治；隔山凿洞，邻沟分洪i 川。李锵录等将坝杀规划 的时空优化问题的求解转化成o l 熬数规划和指派问题的联合求解，并建或了相 应豹数学壤鍪。实黢嚣骥，转纯方法愚恕正确，转仡嚣嚣鼗学摸鍪袭舞蓠革，节 省时间【l2 1 。另外，李智泶等还针对小流域治沟骨干工程坝系规划问题应用系统工 程的理论和方法，建立了该规划问题的数学模型，通过求解获得了小流域内最优 建凌篷含纛势年发实瓣联痔，爨臻麓戆程搴是令完整翡逶蠲矮系鬟鑫l 款静镪， 可适应予释种地形的小流域治沟骨于工程坝系规划问题。各种优化参数都符合要 求，为小流域治沟骨干工程坝系进彳亍系统科学的规划开辟了条新路1 1 3 】。段辫明、 王治国针对，j 、流域淤麓蹶嫒系毒竣方案鹃饶德闷舔，获j | 舞垃、域系密渡、矮蕊、 建坝顺序、建坝时间间隔等几个方面进行了比选，为流域淤地坝墩系的合理布设， 提供了科举的理论依搬与精确的定爨方法1 1 4 】。遮魑规划运用系统工程的理论方 法，整蘩予诗算辊进行豹袈系侥纯瓣潮磷究，冀一簸特豢篷将矮系蔑麓阚憨分为 两个阶段进行，即先进行坝高的优化，然后把坝高作为已知参数，优化确定打坝 顺序及恻隔年限。这种方法在坝高的优忧中，只考虑? 坝系淤漩形成后的效擞最 往，焉没有考虑瑛裔瓣变饶对埂系褒形成鬟效豢麴影旗，有一定豹理论弱黻往。 基于此认识，秦向阳提出了采用动态缀济法，一次解决坝系优化问题的数学模型， 考虑了坝离、打坝顺序及间隔时间的综合协调影响l ”l 。武永昌挺如了变区间线性 饶往方法墩是对线瞧躐翻方法戆改遂，将拦嚣瘁褰、滞漤瘁容、建竣霹穿逡行了 同步优化，计算结果更为稳定、可靠。该方法为坝系优化提供了一个新的手段和 第l 章绪论 可能性，但尚需在实践中不断完善【j6 j 。 淤地坝系规划工作量大。为便于淤地坝规范设计的普及应用，张汉雄等根据 淤地坝的设计原理和计算方法，用b a s i c 语言编制了通用软件】。该软件由坝体 ( 含放水洞) 与溢洪道两个模块组成，相互联接，交互运行，按设计程序逐步运行， 前级计算结果又可作为后级的计算参数，联为一体。整个设计过程实际上是一个 循序渐进、逐步寻优、不断反馈的过程系统。该软件为坝系设计提供了一个有效 工具。 ( 2 ) 坝系工程建设淤地坝体积的计算是规划和设计中经常遇到的工作，虽 然目前已有不少的计算方法和公式，但有的公式很繁琐，有的不适用坝坡变化和 设有马道的坝体。武永昌介绍了一种较简单的方法，他根据实测的沟道横断面， 以沟地最低点为坐标原点，沟道一侧的岸壁曲线可用幂函数形式表示之。利用这 种幂函数关系，对于坝坡均一的坝体，在设定埂顶宽、坝高和上下游边坡之后， 推导出沟道一侧坝体体积的计算公式，沟遭两侧的坝体体积即为坝体总体积。对 于非均一坝坡、设有马道的坝和坝体加高的体积，可将坝体横断面分为几个均一 坝坡组成的坝体断面，分别计算其体积【1 铂。徐建华等在实测淤地坝资料的基础上， 分析了无定河流域坝地淤积形态及其有关拦泥参数，认为影响坝地淤积形态的因 素复杂，其中原沟底比降和坝前淤厚是两个重要因素；实测结果表明，坝地“翘 尾巴”现象虽远不如水库明显，但均为斜淤积，直接拦泥效益比设计平库容要大， 不过数值不大，平均斜淤积量占总淤积量的1 2 1 ；同时分析计算出截止到1 9 8 9 年底每公顷坝地拦沙量为5 8 5 0 0 t l l 9 】。 淤地坝是水土保持的熏要工程措施，在黄河中游多沙区应用得非常广泛。合 理确定浸润线的位置对坝体稳定性分析，断面设计及渗流计算都有着重要的意 义。然而，目前在生产上仍沿用土坝浸润线计算方法来确定，计算结果与实测值 相差甚远，致使淤地坝设计得排水体太高，资金浪费很大。为此，郝月清根据淤 地坝的特征，参照苏联水工设计手册有关计算方法，提出淤地坝浸润线的合理计 算方法，供生产设计参考之用【2 0 。根据对淤地坝的结构特征及运用状态的分析， 认为确定淤地坝浸润线的合理模型应为透水地基上均质土坝在具有水平上游承 压坡的渗流模型和具有垂直承压坡的渗流模型的叠加，其解可按前苏联科学家涅 里松一斯柯尔尼亚科夫的2 种典型公式叠加计算。穆天亮通过分析计算，提出以 在同等设计条件下工程投资最小为目标的枢纽结构形式选择方法，在分析溢洪道 北京工业大学工学硕士学位论文 宽度与其工程量及坝体工程量，推求溢洪道投资和坝体投资与溢洪道关系的基础 上，提出了相应的计算方法【2 1 】。 然而，我们在国内刊物和文集上看到的关于淤地坝系优化规划的文章，都是 只考虑拦泥坝高的优化而回避了滞洪坝高的优化问题。这种处理方法虽然使淤地 坝系的优化规划大为简化，但也使优化结果在相当程度上失去了可信性。淤地坝 的总坝高由下部的拦泥坝高与上部的滞洪坝高两部分叠加而成。因此，最优的拦 泥坝高不但应使自身的工程费用最小，还应使滞洪部分的工程费用也最小。考虑 到淤地坝的最优拦泥坝高与最优滞洪坝高之间存在着密切的关系，武永昌等提出 了在坝系优化规划中对两种坝高同时进行优化的思路及数学模型翻。在数学模型 中避免了对经济、社会及生态效益的计算，采用了能间接反映三种效益而又较为 简单的目标函数及约束条件。 ( 3 ) 淤地坝的作用和效益黄河泥沙主要来源于黄河中游黄土高原的千沟万 壑。修建于各级沟道中的淤地坝，不但能够抬高沟床，降低侵蚀基准面，稳定沟 坡；有效制止沟岸扩张、沟底下切和沟头前进，减轻沟道侵蚀，而且能够拦蓄坡 面汇入沟道内的泥沙。根据黄河水利委员会黄河上中游管理局初步调查统计，黄 土高原区1 1 万多座淤地坝可拦泥2 8 0 亿t ，对黄河安澜起到了极其熏要的作用。同 时，淤地坝通过有效的滞洪，将高含沙洪水一部分转化为地下水，使水资源得到 了合理利用。淤地坝将泥沙就地拦蓄，使蔬沟变成了人造小平原，增加了耕地面 积。坝地主要是由小流域坡丽上流失下来的表土层淤积而成，土壤肥沃，水分充 足，抗早能力强，成为高产稳产的基本农田。 布局合理的小流域坝系对暴雨洪水具有较强的抵御能力。根据黄河流域水保 基金研究成果统计，1 9 7 0 1 9 8 9 年，黄河中游2 6 条支流淤地坝年均拦沙量约为1 l 亿t ，淤地坝拦沙量占各项水保措施总拦沙量的6 0 ，以无定河流域为例，截止 1 9 8 9 年，该流域共有淤地坝1 1 6 9 1 座，有效控制面积8 5 4 8k m 2 ，总库容2 4 8 7 亿m 3 ， 可淤地面积2 5 l 万h m 2 ，已淤地面积2 l 万h m 2 ，累计拦沙量1 3 7 亿m 3 ，1 9 7 0 1 9 8 9 年， 无定河流域淤地坝平均每年拦沙4 7 1 6 万t ，淤地坝拦沙量占水保措施总拦沙量的 6 4 。调查研究表明【2 3 j ，韭园沟流域从1 9 5 3 年开始坝系建设，大致经过试验示范、 发展、改建和充实提高4 个阶段，通过实测降雨、径流、输沙资料及不同流域对 比分析表明，流域沟道坝系拦泥作用十分显著，流域输沙模数由治理前的1 8 万 t i 锄2 降到目前的2 0 6 0 们锄2 ，洪水泥沙基本得到控制，坝系接近相对稳定。坝系 第1 章绪论 已淤地2 8 2 o h m 2 ，与流域面积之比为1 ：2 5 1 ，已拦泥2 0 0 8 5 万m 3 ，相当于流域治 理前2 1 年的产沙量。王茂沟流域从1 9 5 3 年到1 9 8 6 年，淤地坝拦沙总量为1 6 6 5 万t ， 年均拦沙5 0 5 万t 。流域输沙模数由治理前的1 8 0 0 0 饥【i n 2 降低到治理后期的5 0 4 t l ( m 2 ，减少了9 7 ，基本上实现了对泥沙的完全控制【2 4 】。1 9 6 4 年7 月5 日，王茂沟 流域降雨量1 3 1 8m m ，降雨强度6 2 m m ，1 1 ，流域内各坝均安全度汛，洪水泥沙大 部分被拦在坝系之内。坝系拦水量为3 6 6 万m 3 ，占流域产流量的7 8 ；坝系拦沙 量1 3 5 万t ，占流域产沙量的7 2 。1 9 7 7 年8 月5 日，王茂沟流域降雨量1 6 2 7m m ， 主沟各坝安全度汛，支沟坝系中虽有少数坝拉开缺口，但坝系泥沙冲失轻微，支 沟坝地冲失的泥沙又被主沟坝系拦截。坝系拦水量4 0 5 万m 3 ，占流域产流量的6 9 ；坝系拦沙量1 3 6 万t ，占流域产沙量的5 8 。 尹增斌等还研究了坝坡作为土地资源能否进行开发利用以及由此可能产生 对坝体安全稳定的影响程度，坝坡开发利用及其防护措施的模式的建立等问题 【2 5 1 。通过试验示范和调研分析，采取工程整地造林的方式，建立坝坡林果园，能 收到良好的防护效益，社会经济效益显著，且技术上可行，可以在淤地坝上推广。 ( 4 ) 淤地坝相对稳定理论的探讨随着淤地坝建设的发展，黄土高原不少小 流域沟道已形成坝系，其中一些已基本达至4 相对稳定。2 0 世纪6 0 年代初，人们受 天然聚湫对洪水泥沙全拦全蓄、不满不溢现象的启发，提出了淤地坝相对平衡的 概念，并从8 0 年代开始对典型流域坝系进行分析，并对坝系相对稳定的条件、标 准等进行了研究，取得了较好研究成果【2 鸵s 】。当淤地坝达到一定高度，坝地面积 与集流面积的比例达到一定数值之后，淤地坝对洪水泥沙将长期控制而不致于影 响坝地作物生长，即洪水泥沙在坝内被消化利用，达到产水产沙与用水用沙的相 对平衡。已有的研究对绥德王茂沟流域淤地坝系、王家沟流域坝地发展潜力以及 西黑岱小流域坝系相对稳定布设模式进行了研究和分析，表明在多沙粗沙区已初 步形成坝系的沟道，只要有旧坝加高的条件，或有打新坝的条件，都可向相对稳 定方向发展。相对稳定坝系建设是保证黄土丘陵沟壑区淤地坝持续安全和高效利 用的关键措施。在相对稳定坝系的不同形成时期，坝系的发展方向和形成速度随 着自然、社会和经济等外部条件及坝系淤积、防洪、生产状况的变化而变化。通 过合理安排和动态调控坝系中各单坝的布设过程及坡面措施配套步骤等，使坝系 内各单坝的淤积、防洪状况及生产条件等得以有效控制，能够降低坝系形成过程 中的水毁风险，节约投资，提高效益，促进坝系相对稳定目标的快速实现。因此， 乾裒工韭大学工学蔟士掌倥论文 曾茂林认为坝系相对稳定的含义，是在一定暴雨洪水频率下，能保证坝系正程 静安全；二是在另一暴霭洪东频率下辘僳涯琰圭| 燕农撵蘩不受攒失或少受援失；三 是沟道流域的水沙资源得到充分利用，泥沙基本不出沟；四是献碱危害小、与水 工建筑相遥应；五是年均淤积厚度较游，后期的坝体加高维修正程量小，群众可 以承担葵护咎趣。袈系穗慰稳定蒡不怒接每令摹凌舔毒1 霉能羁必要全部达嚣稳瓣稳 定。坝祭相对稳定的最大设计单元控带9 在面积3 0 5 0 h 2 的小流域内比较符台实 际【3 0 1 。 蓬饕掰采蠲夔坝系稷霪稳定豢数( 淤速瑟羧与壤控裁嚣羧之览) 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，被用作衡量坝系所处平衡状懑的 量化指标。但由于它把个三维坝系平衡问题简化为二维平面问题，无法准确反 酸凌系滚域遗势离差势忽臻了沟遂皱菠薅褒系平键戆影响，爨藤其寿蘧貔攀方瑟 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、域地水沙吸i 芟储存 与坝系工糨拦蓄能力间的平衡关系，丽坝系相对平衡系数仅表达了这一关系中的 罄分内容，在零文学方纛其奏是羧靛；凌系滚域瓣警饔跌痒壤工程蒋系数安全稳 定为基础，因而坝系相对平衡系数猩工程学方面墩存在一定拘髑限性。坝系流域 的平衡或稳定，是一个蒸于全流域空间之上的综念性稳定，但肖一定局限憔，应 鞋魏系数麓审。建立套戆全瑟掇遮矮系援慰稳定凌态夔撵掭谤系，帮疑缝耩毪 稳定和生物性稳定两方面考虑3 。j f 垃期，朱小驹等3 2 采用潮络控制方法，能够 明确表示出坝系内单坝组成、建设时间和坝间关舔，预先确定锯坝的修建时菠、 关疆璞露叛及援蓑帮戆爱建凌露螽续矮骖建及整令缓系建设黪影羲，霹俸为辍系 形成过程控制的依据。 1 1 4 2 淤地坝建设磁究的发展趋瓣 与淤穗餐工程建设取褥了较大缎蓑稳魄，辩磷工痒摇霹潞嚣，秘技支游办凄 不够。淤地坝建设需进一步研究解决的问题 3 3 】为； ( 1 ) 相对稳定坝系规划布设优化研究具体内容是：坝系改建规划布设优化 疆窥，淤蟪埂援麓有关参数赘嚣蠢磷究与试验磅巍，稳黠稳定壤系实_ 薅模溪豹建 设。 ( 2 ) 新材料在淤地坝建设中成用的研究目的是降低泄水建筑物的造价。包 瑟：凌髂貉渗穆麓试骏磺究，：饔体播承耱鞫蓑验磺究，掰掰瓣凌灌拳建筑稳审痤 用的试验研究。 第l 幕绪论 ( 3 ) 淤地坝筑坝技术讲究具体内容是：淤地坝机械碾压筑坝技术总结，怒 向爆破筑坝技术试验研究，砒砂岩筑坝技术试验研究( 在过去试验研究的基础上 进行，诧砑l 臻究包藜整工歉寒帮最爨凝激秀方嚣内褰) 。 ( 4 ) 淤地坝建设运 彳管理机制研究具体内容商：淤地坝建设投资政策研究 及制定，淤地坝建设管理体制研究，淤地坝产权制度改革研究。 ( ) 淤圭l 羹壤建设审鍪溯疮容窝检溯方法疆突像撬：淤逸壤建设过程孛整测 的内容和方法的研究，坝系运行过程中j l 矗测内容和方法的研究，坝系效益监测内 容和方法豹研究等。 2 论文谍题来源鞠生要研究内容 1 2 1 论文课题来源 本论文选题来源予中潮永剥泰电辩学鹾究浣农炎源疑在磅的毒； 磅顼曩：延 安市水资源综合规越的予谦题水土保持瓶划。 1 2 2 论文斑要研究内容 第一，辩延安遮速建设淤蟪溪数潜力送行分摄计冀，教减沙为溪蠢摄诗雾 建坝规模，以淤地为目标分析计算建坝般模，经此三个方案分析比较研究出此次 规划拟建淤地坝的规模，黪按照不同的分区在时间和空间上对延安市的淤地坝建 泼捧塞褒麓。 第二，对淤地坝建设中的技术支撑和建设管理措施进行研究，邋点以杏子河 大示范区为例探索完善今肠淤地坝建设措施体系。 蘩三，瓣本次延安枣承主镙耩淤缝瑷囊翻港孬全疆蟪经济效懿谱绥，茭孛氛 括生态环境评价。 第2 章延安市淤地坝建设概况 第2 章延安市淤地坝建设概况 2 1 淤地坝工程建设现状 2 1 1 延安市淤地坝建设的发展概况 延安市淤地坝建设历史悠久，早在清朝嘉庆年间，黄河沿岸延川、延长等 县已有群众在沟中打坝、拦泥生产。民谚有“垒埝如垒仓、澄泥如澄粮，有坝 就有地，有地就有粮”。纵观延安市的淤地坝建设发展历史，大体经历了经验 积累、试验示范、推广普及和巩固发展等四个阶段： 第一阶段主要为建国前的经验积累阶段。最初的淤地坝雏型是自然滑坡、 坍塌形成的。勤劳聪明的陕西人民在生产实践中逐渐发现了淤地坝的作用和益 处，从而开始自发地建设淤地坝，最初的淤地坝建设规模小而且较为分散；在 革命时期，延安地区的淤地坝建设得到了大力发展，积累了丰富的建坝经验， 到1 9 5 0 为止，延安市已建设淤地坝2 2 3 0 座，其中仅宝塔区就建设了2 0 4 9 座， 达到了总数的9 2 ，详见表2 一l 。 表2 - 1 延安市i i 地坝各建设时段数量统计表 t a b l e2 - 1q u a n t i t yo f c h e c k - d a m si nd i 髓r c n tp e r i o d si ny a n a j l 县区各时段建设数量( 座) 名称合计1 9 5 0 年前1 9 5 0 - 1 9 5 91 9 6 肚1 9 6 91 9 7 1 9 7 91 9 8 0 一1 9 8 91 9 9 0 1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 l 全市总计1 1 9 9 8 2 2 3 09 5 01 5 9 55 3 3 69 7 66 9 92 1 2 宝塔区 3 9 1 12 0 4 97 0 25 7 64 1 61 0 25 01 6 延长县 2 1 5 21 6 01 2 81 3 6 8 8 0 5 6 0 2 7 61 2 延川县 2 4 9 21 2 3 64 0 01 6 6 88 01 9 51 0 l 子长县 1 2 4 4074 21 0 4 68 74 81 4 安塞县 8 6 l23 l1 5 66 2 l3 01 29 志丹县 4 9 6084 83 9 42 81 62 吴旗县 1 9 1o1 22 84 95 32 52 4 甘泉县5 7 772 62 0 72 4 12 56 56 富县 3 4o021 0191 2 洛川县 40o000l3 宜川县 2 70o0l o1 016 黄龙县 6o00 1014 黄陵县 300 0 0 003 芤京工魏大学i _ 学硬士学位论文 第二阶段是1 9 5 1 9 6 9 年的试验示范阶段。新中国成立后，在总结以往 建凌经验瓣基础上，遂安泰在一些纛熹太支沟建设试验整示落沟壑主坝，褥嚣 了群众的积极响应。猩2 0 年问，嫩安地区共建坝2 5 4 5 座，其中1 9 5 0 1 9 5 9 年建坝9 s o 座，1 9 6 0 1 9 6 9 年建坝1 5 9 5 座，分别占总数的3 7 和6 3 ，后 1 0 年的建矮溪漠是蘩l o 霉夔遥嚣绥，表鹅淤逡壤建设莛至了臻显豹承范效莱， 为以后淤地坝建设和发展奠定了坚察的基础。 第三阶段是l9 7 0 一1 9 7 9 年的摊广普及阶段。在北方农业工作会议芹n 中央 给延安复蠹穰捧静鼓舞鞫攘动下，黪嗣是经过浃爱1 9 辐年、i 譬7 2 年于警豹严 峻考验，群众对坝地的认识更加明确，视其为“粮仓”、“救命田”。同时，随 着水枪冲土、水坠坝、定向爆破等先进技术的出现，淤地坝的建设得到了迅速 燕广和普及，蘩建翡数爨这羁了窆懿静臻摸，凌遮短薤豹卡冬翔滴，延安撼嚣 修建的淤地坝数量达剿了5 3 3 6 座，占全市现有总萤的4 5 ，平均每年修建5 3 4 座。 第溪狳段是1 9 8 6 年班后戆璇瓣发震玲段：在1 9 嚣年耱1 9 7 8 年薅筚特大 暴雨洪水缴坝教训的影响下，八十和九十年代的淤地坝建设从遇速推广和普及阶 段转向巩固提高阶段，在此期间，除了修复加固z k 毁工程之外，通过总结缀骏教 瑗，铮对淤途凌“褒模誊、孛鍪多、袋群无鸯予”遴较大暴焉滚零蠹骜壤等麓题， 提出增建骨干坝来提黼防洪标准、确保下游中小擞淤地坝安全的解决办法，扭转 了过去多次洪水淤积、一次较大洪水连锁垮坝的被动局面，农此带动下，延安 枣开始了汉蚤予工程梵主，餐于、审夸鳖淤囊l 璞鞠结合瓣矮系王疆建设。遴天 九十年代，在中央、衡、市各级领导的重视下。延安淤地坝建设出现了圜家、 集体、个人一起上，多渠道、多元化投资兴建淤地坝的热潮，在水利部2 0 0 3 年亮点王疆豹捂弓l 下，淤逢壤建设豢貉遴上一令凝麓发展除莰。 2 1 2 延安市淤地贝建设的成就 经过疆令蹬段的发展，延安枣瓣淤缝璞建设已经取褥锻丈的残鼗，截至 2 0 0 2 年全市己建成淤媲坝1 1 9 9 8 赢，其中骨干淤遣坝3 0 3 座，占己建淤地坝 总数的2 5 2 ；中型淤地坝1 2 0 2 廪，占总数的1 0 0 2 ，小型淤地坝1 0 4 9 3 庭， 占总数弱s 7 + 4 6 ，黉予、中型、小鍪淤遮埂约魄铡缝为l ：4 ：3 5 ，控铡蛙鼹予 坝明显偏小。总库容1 2 9 9 亿m 3 ，撼泥库容9 2 3 亿m 3 ，已淤库容7 6 2 万m 3 ， 第2 章延安市淤地坝建设概况 己淤地1 2 8 6 8h m 2 。 从行政地区分布来看，淤地坝建设主要集中在宝塔区、延长县、延川县及 子长县，此三县一区的淤地坝总数、骨干坝数、中型、小型坝数分别为9 7 9 9 座、1 8 0 座、7 8 4 座及8 8 3 5 座，分别占全市对应淤积坝数的8 1 6 7 、5 9 4 1 、 6 5 2 2 及8 4 2 0 ：安寨县、志丹县、吴旗县及甘泉县等四县的淤地坝建设次 之，淤地坝总数为2 1 2 5 座，占全市淤地坝数的