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溝道壩地優(yōu)化利用方式研究工學(xué)論文
摘要：針對(duì)我國(guó)黃土高原地區(qū)溝道壩地利用方式單一、利用期滯后和效益尚未充分發(fā)揮的問題，提出壩地利用應(yīng)按溝道壩系、壩型及不同時(shí)期壩地形成特點(diǎn)，選擇不同的壩地利用方式、相應(yīng)的防洪保收設(shè)計(jì)洪水頻率及工程布局形式，從而實(shí)現(xiàn)溝道壩地優(yōu)化利用，并提出壩地優(yōu)化利用方式的選擇原則、主要利用方式類型。
關(guān)鍵詞：黃土高原地區(qū)溝道壩地優(yōu)化利用方式研究
一、壩地優(yōu)化利用必要性與可行性
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黃土高原地區(qū)的壩地是在溝道建成淤地壩的基礎(chǔ)上由泥沙淤積溝道的過程中逐步形成的，其壩地面積的增加與壩控區(qū)溝道特征、洪量模數(shù)、輸沙模數(shù)及淤積年限等呈正相關(guān)關(guān)系，即溝道寬平、來洪量大、輸沙率高、淤積年限長(zhǎng)，則壩地面積的增加速率就大。這說明要形成可保收農(nóng)作物的壩地是需要一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)段的。依據(jù)壩系相對(duì)穩(wěn)定最小系數(shù)的公認(rèn)指標(biāo)１／２０（即壩地面積與壩控面積之比），經(jīng)單壩典型設(shè)計(jì)推算表明：在位于強(qiáng)度侵蝕區(qū)的隴東南部高原溝壑區(qū)，淤地壩單壩達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)需年限大多在１００年以上，能確保壩地農(nóng)作物在出現(xiàn)頻率為１０％的洪水時(shí)保收的淤積壩地實(shí)需年限約為３５～４０年，在位于極強(qiáng)度侵蝕區(qū)的隴東北部丘陵溝壑區(qū)，淤地壩單壩達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)需年限也需５０～７０年，能確保壩地農(nóng)作物在出現(xiàn)頻率為１０％的洪水時(shí)保收的實(shí)需年限約為３０～３５年。據(jù)此，即將大規(guī)模實(shí)施的黃土高原淤地壩建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施后，其所淤壩地在較短時(shí)間內(nèi)是很難發(fā)揮種植農(nóng)作物效益的。因此，優(yōu)化壩地利用方式，調(diào)整壩地利用結(jié)構(gòu)，摒棄單一種植形式，實(shí)行宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、宜果則果、宜草則草的運(yùn)用方式勢(shì)在必行。這既是實(shí)現(xiàn)壩地快速利用和發(fā)揮最大效能的戰(zhàn)略措施，也是今后壩地利用方式的主要拓展方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)黃土高原地區(qū)壩地的優(yōu)化利用至為重要。
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壩地利用采用多元方式，主要是基于溝道淤地壩建成后，壩地的形成尚需經(jīng)歷一個(gè)從無到有、從慢到快、從少到多逐漸增加的過程和溝道年際來水來沙過程大多屬于低于設(shè)計(jì)頻率的實(shí)際而設(shè)計(jì)。就一般而論，在淤地壩建壩初期，壩地面積隨淤積年限增加的速率相當(dāng)緩慢。隨著淤積年限和攔泥壩高的增加，壩地形成速率（即攔泥壩高增加１ｍ時(shí)壩地的增量）始趨增大，庫區(qū)次積水深度及年淤積厚度將漸趨減小，壩地利用的概率增加，但仍需選擇符合上述壩地形成過程及來水來沙特點(diǎn)的不同利用方式。經(jīng)對(duì)甘肅省環(huán)縣小河溝治溝骨干壩（１９７６年由當(dāng)?shù)厝罕娮越�，壩控面積５．３１ｋｍ２，壩高１５ｍ）的走訪調(diào)查和實(shí)地勘測(cè)：該壩建成第５年遇頻率約為１０％的雨洪徑流入庫，最大積水深度３．５ｍ，年淤積厚度１．８ｍ，累計(jì)攔泥壩高達(dá)到７．９ｍ；第６年最大積水深度１．５ｍ，年淤積厚度０．６ｍ；至第７年汛期，該壩壩體被洪水沖出一個(gè)豁口，庫水泄空，已形成壩地露出水面，第８年春季，當(dāng)?shù)厝罕娫趲靺^(qū)插植柳樹（高１．６～１．８ｍ），當(dāng)年成活率達(dá)１００％；第９年春季，重新維修加高壩體至２１ｍ并加修放水工程，當(dāng)年汛期來水最大次積水深度１．１ｍ，當(dāng)年淤積厚度０．４ｍ，柳樹平均高已達(dá)到２．２ｍ（不包括被淤的０．４ｍ）；之后５年的汛期庫區(qū)最大積水深度依次為１．４ｍ、１．６ｍ、０．５ｍ、２．３ｍ和０．７８ｍ，年淤積厚度依次為０．３ｍ、０．４ｍ、０．１ｍ、０．５ｍ和０．１ｍ，泥面以上平均樹高（即不包括被淤部分）依次為３．１ｍ、３．９ｍ、４．９ｍ、５．７ｍ和６．８ｍ。該壩建成１４年后，形成壩地面積５．６５ｈｍ２熚壩控面積的１／９４，第９年春季栽植５年的柳樹累計(jì)平均胸徑達(dá)２９ｃｍ。該例充分說明：
（１）壩地不僅僅是在可種植農(nóng)作物時(shí)才可利用煻是自可栽植局部短期淹沒不致?lián)p壞和影響其生長(zhǎng)的植物時(shí)即可利用，但應(yīng)設(shè)置放水工程設(shè)施，排泄庫內(nèi)蓄水，以確保壩地林木的正常生長(zhǎng)。
�。ǎ玻〾蔚乩玫囊驎r(shí)制宜和方式的多元化，可使壩地實(shí)現(xiàn)由淤成之后的單一種植利用變?yōu)橛僦屑纯稍炝址N草，發(fā)展林、果、草多種產(chǎn)業(yè)的快速高效利用，提前壩地的可利用期。
（３）壩地利用的因地制宜和地域特色化，可使黃土高原不同區(qū)域的壩地發(fā)揮最大效益。
�。ǎ矗〾蔚氐膬�(yōu)化利用為黃土高原地區(qū)解決“三農(nóng)”問題、改善生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)山川秀美帶來了極好時(shí)機(jī)和條件。如在高塬溝壑區(qū)實(shí)行壩地利用的林果化，不僅可為該區(qū)農(nóng)民早日奔小康開辟一條新財(cái)源，而且可使該區(qū)早日恢復(fù)植被，實(shí)現(xiàn)山川秀美。
黃土高原地區(qū)壩地利用方式實(shí)現(xiàn)多元化的基本條件完全具備，關(guān)鍵技術(shù)也基本形成，具備大面積示范推廣的條件。
二、壩地優(yōu)化利用方式選擇原則及主要類別
１．方式選擇原則
壩地優(yōu)化利用方式選擇應(yīng)遵循的基本原則是：
�。ǎ保┛紤]溝道壩系各壩壩型及其功能特點(diǎn)；
�。ǎ玻┮罁�(jù)不同建設(shè)、運(yùn)行期壩地形成速率；
�。ǎ常└鶕�(jù)已形成壩地面積與壩控面積比值；
�。ǎ矗┌凑諌慰貐^(qū)實(shí)際洪量模數(shù)與輸沙模數(shù)；
�。ǎ担┓蠅慰貐^(qū)自然特征及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)；
�。ǎ叮┙�(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益及社會(huì)效益兼顧。
２．方式主要類別
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深水類壩地主要是指溝道淤地壩初次建成至設(shè)計(jì)淤積年限中后期形成的壩地。此階段壩地的地面高程全部低于設(shè)計(jì)淤泥面，壩上庫區(qū)已形成的壩地一直處于被庫水淹沒狀態(tài)，壩地自身尚處于無法利用期，但卻是水面利用的最佳時(shí)期。利用方式主要是利用壩水發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，但后期可采用養(yǎng)魚和栽植水生植物（如蓮藕等）或旱生高大喬木等水土資源混用形式。特別對(duì)治溝骨干壩而言，因其設(shè)計(jì)淤積年限較長(zhǎng)，一般多為２０～３０年，據(jù)理論計(jì)算和單壩運(yùn)行情況調(diào)查，當(dāng)淤積年限大于１０年時(shí)，壩地形成速率明顯提升，庫區(qū)同頻率洪水的年次淹水最大深度和年平均淤積厚度開始趨小，壩地進(jìn)入可利用期，但次淹水深度及年淤積厚度仍遠(yuǎn)大于農(nóng)作物利用的設(shè)計(jì)防洪保收洪水頻率（即Ｐ＝１０％）的相應(yīng)值。據(jù)單壩計(jì)算分析，如遇頻率為１０％～２０％的洪水入庫，壩地次最大淹水深度多在１．５～２．５ｍ之間，年平均淤積厚度為０．４～０．６ｍ，對(duì)農(nóng)作物將造成嚴(yán)重影響，而對(duì)高大喬木類植物則相對(duì)是安全的，但浸泡時(shí)間不能過長(zhǎng)。為了提早充分利用壩地，當(dāng)頻率為１０％～１５％的洪水入庫時(shí)，若次淹水深度小于１．５ｍ、泥沙年平均淤積厚度小于０．４ｍ時(shí)，應(yīng)考慮采取栽植楊、柳、榆等高大喬木的壩地利用方式，并采用適度降低放水臥管最低泄水孔高程的“低孔控流法”泄空庫內(nèi)蓄水，調(diào)節(jié)壩內(nèi)水位，以利壩水魚類、壩地林木等動(dòng)植物的正常生長(zhǎng)。
�。ǎ玻\水類壩地利用方式
淺水類壩地是指壩地在經(jīng)歷初建淤積—加高淤積兩個(gè)以上設(shè)計(jì)淤積期后入庫泥沙不斷淤積過程中形成的壩地。此類壩地的地面高程全部高于放水臥管最低泄水孔高程，由于壩體加高，壩地累計(jì)淤積年限增長(zhǎng)（淤積年限大多已達(dá)３０年以上），溝道蓄滯洪區(qū)大多抬升至谷寬坡緩高程段，壩地面積隨形成速率加快而迅速增加，壩地在同頻率洪水下的年次淹水最大深度和年平均淤積厚度明顯趨小。以環(huán)縣七里溝＃１骨干壩（１９６６年建成，壩控面積７．３ｋｍ２煟┪例：該壩建成至第２４年（即１９９０年），淤成壩地１２ｈｍ２熚壩控面積的１／６０，當(dāng)年春天在壩地種植玉米，長(zhǎng)勢(shì)極好，至９月２１日突遇暴雨（Ｐ＝１５％）洪水，淹水深度１．１ｍ（本屬淺水），泥沙淤積厚度０．２１ｍ（也不算很厚）煹洪水泥沙卻吞噬了即將到手的糧食。而在淹水深度為１．８ｍ的環(huán)縣安樂掌淤地壩庫區(qū)壩地上生長(zhǎng)的楊樹（時(shí)高６．９ｍ）則安然無恙。這說明：淺水類壩地宜發(fā)展梨、桃、杏等一般高度的喬木經(jīng)濟(jì)林或蘆葦、檸條等可發(fā)展編織業(yè)的灌木。另也可種植蓮藕等喜水植物。
�。ǎ常o水類壩地利用方式
無水類壩地是指壩地上游建有骨干壩，具有“攔上保下”功能的壩地或壩地相對(duì)穩(wěn)定系數(shù)已大于１／２０（壩地相對(duì)穩(wěn)定系數(shù)為１／？）的壩地。此類壩地已成為可用于農(nóng)、林、果、草各業(yè)利用的安全型壩地，此處不再贅述。
三、啟示與建議
壩地利用在我國(guó)黃土高原地區(qū)是一個(gè)古老的話題，但壩地的優(yōu)化利用及方式的多元化則是一個(gè)全新的命題。黃土高原地區(qū)的壩地利用雖歷史已久，但當(dāng)初的利用方式多屬被動(dòng)等待型，即只有當(dāng)壩內(nèi)存水被特大暴雨洪水沖泄、壩地自然露出水面時(shí)才可利用。自２０世紀(jì)５０年代人民治黃以來，隨著淤地壩建設(shè)的較快發(fā)展，壩地面積的逐步增加，壩地作用日益凸現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)壩地的快速、高效利用就顯得尤為重要。在壩地利用方式至今仍囿于“以糧為綱”的單一種植業(yè)范圍，認(rèn)為只有種糧食才算發(fā)揮了壩地的最大效益，其實(shí)不然。因?yàn)榉N植農(nóng)作物的利用方式基本屬于淤成利用。在壩系穩(wěn)定系數(shù)很�。唇▔危玻啊常澳昶陂g）時(shí)，采用壩地農(nóng)作利用方式的保收率很低。但在此階段后期，采用在壩地上造林種草，發(fā)展林、果、草等產(chǎn)業(yè)利用方式的保收率則較大，但尚無大面積采用的典型。為此提出如下建議：
�。ǎ保┙ㄗh黃土高原已建淤地壩并已形成一定壩地規(guī)模的地區(qū)，選擇符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的壩地利用多種方式，以實(shí)現(xiàn)壩地作用及效益的快速高效發(fā)揮。
�。ǎ玻〾蔚貎�(yōu)化利用的核心問題是利用方式的多元化、時(shí)空流程的合理化。其中因時(shí)、因地制宜應(yīng)是各地選擇具體利用方式的首要原則，而最終目的是為提高壩地利用的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。但由于此題未列專題研究，本研究所得結(jié)論仍缺乏可靠的定量界定指標(biāo)，尤其是黃土高原地域廣袤，自然、社經(jīng)條件差異大，實(shí)現(xiàn)壩地優(yōu)化利用的方式也千差萬別。隨著黃土高原淤地壩建設(shè)項(xiàng)目的大范圍、大規(guī)模實(shí)施，如何使溝道壩地盡快發(fā)揮最大效益，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化利用的問題，已是擺在我們面前的一個(gè)值得深入研究的新課題。本文旨在拋磚引玉，同時(shí)建議國(guó)家在黃土高原地區(qū)淤地壩建設(shè)項(xiàng)目的科研監(jiān)測(cè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)中列資研究此題，以求早日為黃土高原地區(qū)溝道壩地的優(yōu)化利用提供科學(xué)依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
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