赵石畔流域坝系结构及坝系相对稳定分析
来源： 水土保持生态环境建设网 上传日期:2018-07-23 打印本文章 【字体】 大 中 小2003年9月22日
摘 要 在分析赵石畔流域坝系发展过程的基础上，根据流域的实际情况，建设流域拦、蓄、淤、种有机协调、循环提高的坝系工程防护体系，对流域坝系相对稳定情况进行分析，结果表明：该流域坝系实现相对稳定是完全可能的，该流域坝系防护体系建设对黄土丘陵沟壑区第一副区小流域沟道坝系建设具有一定的指导价值。
关键词 坝系 防护体系 相对稳定
一、流域概况
赵石畔流域位于陕西省横山县境内，属无定河流域芦河支流的一级支沟，流域总面积６０．６８ｋｍ２沟壑面积为３３．８ｋｍ２，占流域总面积的５５．７％，沟间地面积２６．８８ｋｍ２，占总面积的４４．３％。主沟长１９ｋｍ，沟道平均比降２．０％，共有大小支沟８０条，其中面积在５ｋｍ２以上的４条，３～５ｋｍ２的７条，３ｋｍ２以下的６９条，沟壑密度为５．８ｋｍ／ｋｍ２，属典型的黄土丘陵沟壑区第一副区，在该区具有广泛的代表性。
二、坝系发展过程及现状
赵石畔流域经过４０年的综合治理，沟道川台化已基本形成，流域内坝系发展过程大致可分为３个阶段：
１．初步建设阶段
自１９５６年开始建坝，群众在流域内较小的支沟修建了一些小坝，当时叫做“沟壑土坝”，工程结构仅为土坝坝体，由于库容较小，流域内坡面治理较差，水土流失严重，库容很快就淤满利用，群众初步认识了淤地坝的生产作用。２０世纪７０年代初期，在赵石畔流域很快形成了“大队打群坝，小队筑大坝”的打坝高潮，到１９７４年流域内共修建大小淤地坝４３座，由于该阶段坝系建设没有进行合理的坝系规划和设计，建坝库容小，又缺乏控制性骨干工程，土坝水毁时有发生，到１９７４年底流域内淤地坝的保存数为３０座，保存率为７０％。
２．加固维修阶段
针对第一阶段的土坝水毁现象，１９７５年开始，在流域内修建了４座较大库容的淤地坝，同时注重了中小型淤地坝的加固维修，到１９８５年底流域内淤地坝的保存数为３０座，保存率为８５％。
３．坝系巩固阶段
１９８６年流域内的淤地坝多数基本淤满，１９８８年经黄河上中游管理局批复修建了叶家畔骨干工程，随后相继修建了赵石畔、石碹、寺好峁、前石畔、驼巷等５座骨干工程，从而使坝系防洪能力得以加强，坝系结构也趋于合理。
截至２００１年，流域内共有骨干工程６座，大型坝１座，中型坝３座，小型坝１５座，已拦泥沙１４８７．４万ｍ３，骨干工程的淤积率为６７．３％，淤地坝的淤积率为９１．１％，已淤坝地１２９．７ｈｍ２，已初步形成防洪、拦泥、蓄水、生产相结合的利用格局。
三、坝系建设布局分析
１．坝系结构
从赵石畔流域坝系结构分析，主沟道上分布着５座骨干工程和１座大型淤地坝。沟掌叶家畔骨干坝以防洪、拦泥为主；驼巷骨干坝在防洪的同时，由于受到叶家畔骨干工程的保护，以种植生产为主；前石畔骨干坝由于有地下水补给，水源有保证，以蓄水、养殖为主，为下游兴龙寺大坝供水；兴龙寺大型坝已淤地３２ｈｍ２，目前已配套了灌溉渠道，成为自流灌溉水坝地；石碹骨干坝以蓄水、养殖为主要任务，并为赵石畔坝提供灌溉用水；位于沟口的赵石畔坝原建于１９５６年，淤成坝地４０ｈｍ２，１９９０年被洪水冲毁坝体后配套建设为骨干坝，坝地全部为自流灌溉水地。１８座中小型淤地坝均分布在流域内的支毛沟内，在拦泥生产中发挥了积极作用。由此可见，赵石畔流域坝系的整体布局是合理的，主沟自上而下已形成了坝库相间配置，防洪、拦泥、蓄水、养殖、种植综合利用的坝系生态农业体系，对控制流域水沙、促进当地群众脱贫致富奔小康起到了重要作用。
２．主要问题
赵石畔流域呈长条柳叶形状，沟道由主沟和１１条３～１０ｋｍ２的支沟组成，除寺好峁沟有骨干工程控制外，其余支沟均无骨干工程控制，坝系的主支沟空间布局不均衡，结构不完善，导致主沟工程的防洪负载过重。另外，各支沟的中小型淤地坝绝大多数已淤满并出现险情，垮坝率很高，生产运行难以为继。
四、坝系建设结构分析
根据赵石畔流域水文、泥沙特点及沟道工程建设现状，针对坝系运行中的突出问题，为完善坝系功能，在孙家沟、陈窑子沟等７条支沟增建以防洪为主的骨干工程，在支毛沟内建设中小型淤地坝４８座，将主沟两侧较大支沟全部拦锁，提高坝系防洪能力和水沙资源利用率，实现泥沙就地拦蓄。使该流域形成防洪、拦泥、生产各功能既相对独立，又互相支持、互相配合的坝系运行体系。
１．以赵石畔骨干工程为中心的拦淤排体系
位于流域沟口的赵石畔大坝原建于１９５６年，１９９６年加固配套为骨干坝，枢纽组成为三大件。由于该坝已淤满，不发挥拦泥作用，因此，在其控制的１０．８ｋｍ２内布设孙家沟骨干坝，贺塌、武家洼、高界以及孙家沟坝系单元内的张家畔、白草峁等５座中型坝和４座小型坝，控制来沙面积７．４６ｋｍ２，最大限度地拦截该区段内的洪水泥沙，使赵石畔大坝的拦沙面积减少到３．３４ｋｍ２，延长赵石畔坝的生产运行周期。剩余的来洪来沙除有计划地漫淤赵石畔坝地外其余从溢洪道排出，从而形成拦泥、淤地、淤漫、排洪体系。
２．以石碹、前石畔骨干坝为中心的清洪分治体系
石碹坝和前石畔坝属于坝库运行的前期，是主沟内以小水库运行的２座骨干工程，分别为赵石畔大坝和兴龙寺大坝已淤成的坝地提供灌溉供水。为了充分发挥其小水库作用，设计中以尽量减少两坝的入库泥沙，延长水库效用为目标，在石碹与兴龙寺、寺好峁之间的６．０ｋｍ２内新建好地洼、四塔２座中型淤地坝，加固魏山峁、王家沟２座中型淤地坝，控制拦沙面积３．９８ｋｍ２在前石畔坝与驼巷坝之间的１２．９ｋｍ２内布设沙背洼、驼峁、石庙３座骨干坝和高石畔、张家、黄好梁等３座中型淤地坝，支沟坝系骨干工程控制面积为９．１６ｋｍ２。通过上述工程的布设，石碹和前石畔坝在一般运行年份的来洪面积只有２．０２ｋｍ２和２．６０ｋｍ２，大部分洪水泥沙进入缓洪拦泥坝，泥沙沉淀后清水放入水库内，形成清洪分治体系。
３．以兴龙寺、驼巷、叶家畔为中心的拦淤种植体系
兴龙寺大坝、驼巷和叶家畔大坝的控制面积分别为９．２ｋｍ２、９．３ｋｍ２和７．１ｋｍ２，已淤坝地分别为３２．０ｈｍ２、１９．３ｈｍ２和１４．７ｈｍ２。通过在兴龙寺坝与前石畔坝之间的支沟内布设黄草梁、陈窑子２座骨干坝和西沟、周家沟、榆树峁３座中型坝，在驼巷和叶家畔坝之间支沟内布设新峁骨干坝和大路峁、宋家梁、新峁、小塌子等４座中型坝，使该３座工程的最终控制面积分别为２．９５ｋｍ２、６．１ｋｍ２、７．１ｋｍ２，从而减小主沟生产坝系的控制面积，实现主沟以生产为主，支沟以滞洪为主，干支沟各坝区间流域面积循环调节、轮流控制洪水，进而形成拦、蓄、淤、种有机协调，循环提高的坝系工程发展体系。
以上三大体系间既相对独立，又互相支持、互相配合，将流域中的洪水分而治之，既发挥了坝系整体防洪功能，又为控制利用洪水创造了条件，可有效解决坝系防洪、拦泥和生产三者之间的矛盾。在坝系发展过程中随着泥沙的不断淤积，主沟坝系的大坝之间功能互换，干支沟坝系互补，拦泥、生产、防洪、灌溉交替循环，形成坝系良性发展的格局（坝系布局功能设计见图１）。
五、坝系防护体系相对稳定分析
１．防洪能力分析
除赵石畔骨干坝为三大件外，其余均为两大件。赵石畔骨干坝位于沟口，而赵石畔修建于１９８９年，总库容６４７万ｍ３，拦泥库容５９０万ｍ３，滞洪库容５７万ｍ３，已淤库容５９０万ｍ３。溢洪道校核洪水标准为３００年一遇，设计最大下泄流量为６０ｍ３／ｓ。由于在其上游支沟内新建孙家沟骨干坝１座，其控制面积为４．６２ｋｍ２，因此赵石畔坝实际控制面积为６．１８ｋｍ２。按５００年一遇洪水标准计算，一次洪水总量为５６．２０万ｍ３，小于赵石畔的现有滞洪库容５７万ｍ３，因此赵石畔现状防洪能力为５００年一遇的洪水。
本坝系防洪能力分析时段确定为５年、１０年、１５年、２０年，洪水重现期确定为２％、１％、０．５％、０．３３％、０．２％。
在建坝５年后，骨干坝均能防３００年一遇以上的洪水。
在建坝１０年后，赵石畔、石碹坝无防洪能力。叶家畔坝能防１００年一遇至２００年一遇的洪水，其余坝均能防３００年一遇的洪水。石碹、叶家畔坝需要加高。
在建坝１５年后，石碹、叶家畔坝无防洪能力，寺好峁坝能防５０年一遇至１００年一遇的洪水，其余坝均能防５００年一遇的洪水。寺好峁坝需要加高。
在建坝２０年后，孙家沟、黄草梁、石庙、陈窑则、驼峁、新峁、沙背洼等７座能防２００年一遇洪水；陈窑则坝能防３００年一遇洪水；前石畔、驼巷两座坝能防３００年一遇洪水。
２．坝系保收能力分析
（１）坝地作物保收标准
影响作物保收的因素有三个：一是淹水深度，二是淹水历时，三是淤积厚度。有关耐淹试验结果表明，高秆作物允许淹水深度为８０ｃｍ，淹水历时为３～５天，允许淤积厚度为３０ｃｍ。据山西王家沟１９５５－１９８１年观测资料及绥德水保站调查资料，当坝地最大允许淹水深度为８０ｃｍ时，其淹水历时、淤积厚度均小于作物允许淹水历时和坝地最大允许淤积厚度，所以，只要坝地淹水深度不超过作物允许淹水深度，淹水历时、淤积厚度均不会超过允许值。可见，坝地允许淹水深度是衡量坝地能否保收的关键指标，当坝地７～８月淹水深度不超过８０ｃｍ时，坝地作物能够防洪保收。因此将坝地允许淹水深度８０ｃｍ作为坝地防洪保收标准。
（２）坝地防洪保收率
计算频率分别取１０％、５％、３．３３％、２％，通过计算可知：在设计频率为１０％的洪水条件下坝系防洪保收率为８８．９％，在设计频率为５％的洪水条件下坝系防洪保收率为７５．２％，在设计频率为３．３％的洪水条件下坝系防洪保收率为６０．５％，在设计频率为２％的洪水条件下坝系防洪保收率为５４．６％。
３．坝系相对稳定分析
根据该流域水文泥沙特性分析，在５０年一遇的洪水条件下实现相对稳定，坝控面积内的淤地面积须达到３５６ｈｍ２，坝系相对稳定系数１／１６．８，坝系防护体系控制面积为５９．７ｋｍ２，设计淤地面积为３１９．３ｈｍ２，坝系的相对稳定系数达到１／１８．７在３０年一遇的洪水条件下实现相对稳定，坝控面积内的淤地面积须达到２９２．５ｈｍ２，坝系相对稳定系数１／２０．４。由此可见，拟建坝系满足３０年一遇洪水条件下的相对稳定条件，坝系布局既考虑了坝系拦洪淤地生产，又尽量充分利用水资源，最大限度地发挥了拦泥、淤地、种植、灌溉效益。
六、结论
赵石畔流域坝系经过４０多年的建设，已经形成了以赵石畔骨干工程为中心的拦淤排体系，以石碹、前石畔骨干坝为中心的清洪分治体系，以兴龙寺、驼巷、叶家畔为中心的拦淤种植体系。这三大体系将流域中的洪水分而治之，既发挥了坝系群体防洪功能，又为控制利用洪水创造了条件，可有效解决坝系防洪、拦泥和生产三者之间的矛盾。
坝系相对稳定是小流域沟道治理的必然结果，随着时间的推移和拦泥量的增加，赵石畔流域实现坝系相对稳定也是必然的，它在黄土丘陵沟壑区第一副区具有广泛的代表性，因此，在黄土丘陵沟壑区的大多数坝系小流域中实现坝系相对稳定是完全可能的。
（作者单位：黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站）
责任编辑 韦凤年
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