趙石畔流域壩系結(jié)構(gòu)及壩系相對穩(wěn)定分析

來源：水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)網(wǎng) 上傳日期:2018-07-23 打印本文章【字體】大中小

2003年9月22日

摘要在分析趙石畔流域壩系發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，根據(jù)流域的實(shí)際情況，建設(shè)流域攔、蓄、淤、種有機(jī)協(xié)調(diào)、循環(huán)提高的壩系工程防護(hù)體系，對流域壩系相對穩(wěn)定情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：該流域壩系實(shí)現(xiàn)相對穩(wěn)定是完全可能的，該流域壩系防護(hù)體系建設(shè)對黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)小流域溝道壩系建設(shè)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞壩系防護(hù)體系相對穩(wěn)定

一、流域概況

趙石畔流域位于陜西省橫山縣境內(nèi)，屬無定河流域蘆河支流的一級支溝，流域總面積６０．６８ｋｍ２溝壑面積為３３．８ｋｍ２，占流域總面積的５５．７％，溝間地面積２６．８８ｋｍ２，占總面積的４４．３％。主溝長１９ｋｍ，溝道平均比降２．０％，共有大小支溝８０條，其中面積在５ｋｍ２以上的４條，３～５ｋｍ２的７條，３ｋｍ２以下的６９條，溝壑密度為５．８ｋｍ／ｋｍ２，屬典型的黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)，在該區(qū)具有廣泛的代表性。

二、壩系發(fā)展過程及現(xiàn)狀

趙石畔流域經(jīng)過４０年的綜合治理，溝道川臺化已基本形成，流域內(nèi)壩系發(fā)展過程大致可分為３個階段：

１．初步建設(shè)階段

自１９５６年開始建壩，群眾在流域內(nèi)較小的支溝修建了一些小壩，當(dāng)時(shí)叫做“溝壑土壩”，工程結(jié)構(gòu)僅為土壩壩體，由于庫容較小，流域內(nèi)坡面治理較差，水土流失嚴(yán)重，庫容很快就淤滿利用，群眾初步認(rèn)識了淤地壩的生產(chǎn)作用。２０世紀(jì)７０年代初期，在趙石畔流域很快形成了“大隊(duì)打群壩，小隊(duì)筑大壩”的打壩高潮，到１９７４年流域內(nèi)共修建大小淤地壩４３座，由于該階段壩系建設(shè)沒有進(jìn)行合理的壩系規(guī)劃和設(shè)計(jì)，建壩庫容小，又缺乏控制性骨干工程，土壩水毀時(shí)有發(fā)生，到１９７４年底流域內(nèi)淤地壩的保存數(shù)為３０座，保存率為７０％。

２．加固維修階段

針對第一階段的土壩水毀現(xiàn)象，１９７５年開始，在流域內(nèi)修建了４座較大庫容的淤地壩，同時(shí)注重了中小型淤地壩的加固維修，到１９８５年底流域內(nèi)淤地壩的保存數(shù)為３０座，保存率為８５％。

３．壩系鞏固階段

１９８６年流域內(nèi)的淤地壩多數(shù)基本淤滿，１９８８年經(jīng)黃河上中游管理局批復(fù)修建了葉家畔骨干工程，隨后相繼修建了趙石畔、石碹、寺好峁、前石畔、駝巷等５座骨干工程，從而使壩系防洪能力得以加強(qiáng)，壩系結(jié)構(gòu)也趨于合理。

截至２００１年，流域內(nèi)共有骨干工程６座，大型壩１座，中型壩３座，小型壩１５座，已攔泥沙１４８７．４萬ｍ３，骨干工程的淤積率為６７．３％，淤地壩的淤積率為９１．１％，已淤壩地１２９．７ｈｍ２，已初步形成防洪、攔泥、蓄水、生產(chǎn)相結(jié)合的利用格局。

三、壩系建設(shè)布局分析

１．壩系結(jié)構(gòu)

從趙石畔流域壩系結(jié)構(gòu)分析，主溝道上分布著５座骨干工程和１座大型淤地壩。溝掌葉家畔骨干壩以防洪、攔泥為主；駝巷骨干壩在防洪的同時(shí)，由于受到葉家畔骨干工程的保護(hù)，以種植生產(chǎn)為主；前石畔骨干壩由于有地下水補(bǔ)給，水源有保證，以蓄水、養(yǎng)殖為主，為下游興龍寺大壩供水；興龍寺大型壩已淤地３２ｈｍ２，目前已配套了灌溉渠道，成為自流灌溉水壩地；石碹骨干壩以蓄水、養(yǎng)殖為主要任務(wù)，并為趙石畔壩提供灌溉用水；位于溝口的趙石畔壩原建于１９５６年，淤成壩地４０ｈｍ２，１９９０年被洪水沖毀壩體后配套建設(shè)為骨干壩，壩地全部為自流灌溉水地。１８座中小型淤地壩均分布在流域內(nèi)的支毛溝內(nèi)，在攔泥生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用。由此可見，趙石畔流域壩系的整體布局是合理的，主溝自上而下已形成了壩庫相間配置，防洪、攔泥、蓄水、養(yǎng)殖、種植綜合利用的壩系生態(tài)農(nóng)業(yè)體系，對控制流域水沙、促進(jìn)當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂槐夹】灯鸬搅酥匾饔谩?/FONT>

２．主要問題

趙石畔流域呈長條柳葉形狀，溝道由主溝和１１條３～１０ｋｍ２的支溝組成，除寺好峁溝有骨干工程控制外，其余支溝均無骨干工程控制，壩系的主支溝空間布局不均衡，結(jié)構(gòu)不完善，導(dǎo)致主溝工程的防洪負(fù)載過重。另外，各支溝的中小型淤地壩絕大多數(shù)已淤滿并出現(xiàn)險(xiǎn)情，垮壩率很高，生產(chǎn)運(yùn)行難以為繼。

四、壩系建設(shè)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)趙石畔流域水文、泥沙特點(diǎn)及溝道工程建設(shè)現(xiàn)狀，針對壩系運(yùn)行中的突出問題，為完善壩系功能，在孫家溝、陳窯子溝等７條支溝增建以防洪為主的骨干工程，在支毛溝內(nèi)建設(shè)中小型淤地壩４８座，將主溝兩側(cè)較大支溝全部攔鎖，提高壩系防洪能力和水沙資源利用率，實(shí)現(xiàn)泥沙就地?cái)r蓄。使該流域形成防洪、攔泥、生產(chǎn)各功能既相對獨(dú)立，又互相支持、互相配合的壩系運(yùn)行體系。

１．以趙石畔骨干工程為中心的攔淤排體系

位于流域溝口的趙石畔大壩原建于１９５６年，１９９６年加固配套為骨干壩，樞紐組成為三大件。由于該壩已淤滿，不發(fā)揮攔泥作用，因此，在其控制的１０．８ｋｍ２內(nèi)布設(shè)孫家溝骨干壩，賀塌、武家洼、高界以及孫家溝壩系單元內(nèi)的張家畔、白草峁等５座中型壩和４座小型壩，控制來沙面積７．４６ｋｍ２，最大限度地?cái)r截該區(qū)段內(nèi)的洪水泥沙，使趙石畔大壩的攔沙面積減少到３．３４ｋｍ２，延長趙石畔壩的生產(chǎn)運(yùn)行周期。剩余的來洪來沙除有計(jì)劃地漫淤趙石畔壩地外其余從溢洪道排出，從而形成攔泥、淤地、淤漫、排洪體系。

２．以石碹、前石畔骨干壩為中心的清洪分治體系

石碹壩和前石畔壩屬于壩庫運(yùn)行的前期，是主溝內(nèi)以小水庫運(yùn)行的２座骨干工程，分別為趙石畔大壩和興龍寺大壩已淤成的壩地提供灌溉供水。為了充分發(fā)揮其小水庫作用，設(shè)計(jì)中以盡量減少兩壩的入庫泥沙，延長水庫效用為目標(biāo)，在石碹與興龍寺、寺好峁之間的６．０ｋｍ２內(nèi)新建好地洼、四塔２座中型淤地壩，加固魏山峁、王家溝２座中型淤地壩，控制攔沙面積３．９８ｋｍ２在前石畔壩與駝巷壩之間的１２．９ｋｍ２內(nèi)布設(shè)沙背洼、駝峁、石廟３座骨干壩和高石畔、張家、黃好梁等３座中型淤地壩，支溝壩系骨干工程控制面積為９．１６ｋｍ２。通過上述工程的布設(shè)，石碹和前石畔壩在一般運(yùn)行年份的來洪面積只有２．０２ｋｍ２和２．６０ｋｍ２，大部分洪水泥沙進(jìn)入緩洪攔泥壩，泥沙沉淀后清水放入水庫內(nèi)，形成清洪分治體系。

３．以興龍寺、駝巷、葉家畔為中心的攔淤種植體系

興龍寺大壩、駝巷和葉家畔大壩的控制面積分別為９．２ｋｍ２、９．３ｋｍ２和７．１ｋｍ２，已淤壩地分別為３２．０ｈｍ２、１９．３ｈｍ２和１４．７ｈｍ２。通過在興龍寺壩與前石畔壩之間的支溝內(nèi)布設(shè)黃草梁、陳窯子２座骨干壩和西溝、周家溝、榆樹峁３座中型壩，在駝巷和葉家畔壩之間支溝內(nèi)布設(shè)新峁骨干壩和大路峁、宋家梁、新峁、小塌子等４座中型壩，使該３座工程的最終控制面積分別為２．９５ｋｍ２、６．１ｋｍ２、７．１ｋｍ２，從而減小主溝生產(chǎn)壩系的控制面積，實(shí)現(xiàn)主溝以生產(chǎn)為主，支溝以滯洪為主，干支溝各壩區(qū)間流域面積循環(huán)調(diào)節(jié)、輪流控制洪水，進(jìn)而形成攔、蓄、淤、種有機(jī)協(xié)調(diào)，循環(huán)提高的壩系工程發(fā)展體系。

以上三大體系間既相對獨(dú)立，又互相支持、互相配合，將流域中的洪水分而治之，既發(fā)揮了壩系整體防洪功能，又為控制利用洪水創(chuàng)造了條件，可有效解決壩系防洪、攔泥和生產(chǎn)三者之間的矛盾。在壩系發(fā)展過程中隨著泥沙的不斷淤積，主溝壩系的大壩之間功能互換，干支溝壩系互補(bǔ)，攔泥、生產(chǎn)、防洪、灌溉交替循環(huán)，形成壩系良性發(fā)展的格局（壩系布局功能設(shè)計(jì)見圖１）。

五、壩系防護(hù)體系相對穩(wěn)定分析

１．防洪能力分析

除趙石畔骨干壩為三大件外，其余均為兩大件。趙石畔骨干壩位于溝口，而趙石畔修建于１９８９年，總庫容６４７萬ｍ３，攔泥庫容５９０萬ｍ３，滯洪庫容５７萬ｍ３，已淤庫容５９０萬ｍ３。溢洪道校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為３００年一遇，設(shè)計(jì)最大下泄流量為６０ｍ３／ｓ。由于在其上游支溝內(nèi)新建孫家溝骨干壩１座，其控制面積為４．６２ｋｍ２，因此趙石畔壩實(shí)際控制面積為６．１８ｋｍ２。按５００年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，一次洪水總量為５６．２０萬ｍ３，小于趙石畔的現(xiàn)有滯洪庫容５７萬ｍ３，因此趙石畔現(xiàn)狀防洪能力為５００年一遇的洪水。

本壩系防洪能力分析時(shí)段確定為５年、１０年、１５年、２０年，洪水重現(xiàn)期確定為２％、１％、０．５％、０．３３％、０．２％。

在建壩５年后，骨干壩均能防３００年一遇以上的洪水。

在建壩１０年后，趙石畔、石碹壩無防洪能力。葉家畔壩能防１００年一遇至２００年一遇的洪水，其余壩均能防３００年一遇的洪水。石碹、葉家畔壩需要加高。

在建壩１５年后，石碹、葉家畔壩無防洪能力，寺好峁壩能防５０年一遇至１００年一遇的洪水，其余壩均能防５００年一遇的洪水。寺好峁壩需要加高。

在建壩２０年后，孫家溝、黃草梁、石廟、陳窯則、駝峁、新峁、沙背洼等７座能防２００年一遇洪水；陳窯則壩能防３００年一遇洪水；前石畔、駝巷兩座壩能防３００年一遇洪水。

２．壩系保收能力分析

（１）壩地作物保收標(biāo)準(zhǔn)

影響作物保收的因素有三個：一是淹水深度，二是淹水歷時(shí)，三是淤積厚度。有關(guān)耐淹試驗(yàn)結(jié)果表明，高稈作物允許淹水深度為８０ｃｍ，淹水歷時(shí)為３～５天，允許淤積厚度為３０ｃｍ。據(jù)山西王家溝１９５５－１９８１年觀測資料及綏德水保站調(diào)查資料，當(dāng)壩地最大允許淹水深度為８０ｃｍ時(shí)，其淹水歷時(shí)、淤積厚度均小于作物允許淹水歷時(shí)和壩地最大允許淤積厚度，所以，只要壩地淹水深度不超過作物允許淹水深度，淹水歷時(shí)、淤積厚度均不會超過允許值。可見，壩地允許淹水深度是衡量壩地能否保收的關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)壩地７～８月淹水深度不超過８０ｃｍ時(shí)，壩地作物能夠防洪保收。因此將壩地允許淹水深度８０ｃｍ作為壩地防洪保收標(biāo)準(zhǔn)。

（２）壩地防洪保收率

計(jì)算頻率分別?。保埃?、５％、３．３３％、２％，通過計(jì)算可知：在設(shè)計(jì)頻率為１０％的洪水條件下壩系防洪保收率為８８．９％，在設(shè)計(jì)頻率為５％的洪水條件下壩系防洪保收率為７５．２％，在設(shè)計(jì)頻率為３．３％的洪水條件下壩系防洪保收率為６０．５％，在設(shè)計(jì)頻率為２％的洪水條件下壩系防洪保收率為５４．６％。

３．壩系相對穩(wěn)定分析

根據(jù)該流域水文泥沙特性分析，在５０年一遇的洪水條件下實(shí)現(xiàn)相對穩(wěn)定，壩控面積內(nèi)的淤地面積須達(dá)到３５６ｈｍ２，壩系相對穩(wěn)定系數(shù)１／１６．８，壩系防護(hù)體系控制面積為５９．７ｋｍ２，設(shè)計(jì)淤地面積為３１９．３ｈｍ２，壩系的相對穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到１／１８．７在３０年一遇的洪水條件下實(shí)現(xiàn)相對穩(wěn)定，壩控面積內(nèi)的淤地面積須達(dá)到２９２．５ｈｍ２，壩系相對穩(wěn)定系數(shù)１／２０．４。由此可見，擬建壩系滿足３０年一遇洪水條件下的相對穩(wěn)定條件，壩系布局既考慮了壩系攔洪淤地生產(chǎn)，又盡量充分利用水資源，最大限度地發(fā)揮了攔泥、淤地、種植、灌溉效益。

六、結(jié)論

趙石畔流域壩系經(jīng)過４０多年的建設(shè)，已經(jīng)形成了以趙石畔骨干工程為中心的攔淤排體系，以石碹、前石畔骨干壩為中心的清洪分治體系，以興龍寺、駝巷、葉家畔為中心的攔淤種植體系。這三大體系將流域中的洪水分而治之，既發(fā)揮了壩系群體防洪功能，又為控制利用洪水創(chuàng)造了條件，可有效解決壩系防洪、攔泥和生產(chǎn)三者之間的矛盾。

壩系相對穩(wěn)定是小流域溝道治理的必然結(jié)果，隨著時(shí)間的推移和攔泥量的增加，趙石畔流域?qū)崿F(xiàn)壩系相對穩(wěn)定也是必然的，它在黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)具有廣泛的代表性，因此，在黃土丘陵溝壑區(qū)的大多數(shù)壩系小流域中實(shí)現(xiàn)壩系相對穩(wěn)定是完全可能的。

（作者單位：黃河水利委員會綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站）

責(zé)任編輯韋鳳年

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趙石畔流域壩系結(jié)構(gòu)及壩系相對穩(wěn)定分析

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