陳石畔小流域壩系建設布局探析

申雷

（橫山縣水土保持監(jiān)督站陜西橫山719100）

陳石畔小流域壩系建設布局探析

申雷

（橫山縣水土保持監(jiān)督站陜西橫山719100）

本文通過分析無定河陳石畔小流域的情況和溝道工程運行現(xiàn)狀，對壩系的防洪能力、保收能力和存在問題進行了探討，提出了陳石畔小流域溝道工程建設應以骨干工程為中心，配套中小型淤地壩的布設方案，可供情況相近流域治理時借鑒。

淤地壩；建設；方設計分析；方案

1 概況

陳石畔流域位于橫山縣南部，屬無定河二級支流，全流域總面積96.8km2，屬典型的黃土丘陵溝壑區(qū)。主溝道長12.2km，溝內有大小支溝共146條，平均溝道比降在1.3%～4.4%之間，溝壑密度5.2km/km2。溝谷形狀多呈“梯”型和“V”型兩種。該流域多年平均侵蝕模數(shù)為1.2萬t/km2·a，年均輸沙量86.0萬T，水土流失相當嚴重。流域內涉及艾好峁鄉(xiāng)和韓岔鄉(xiāng)的8個行政村,共有人口5400人，人均基本農田0.06hm2。

2 水土流失及溝道建設現(xiàn)狀

2.1 水土流失治理狀況

陳石畔流域自上個世紀五十年代就開始了水土流失治理工作，截止2002年，累計治理面積2565hm2，治理度為26.5%，建成各類淤地壩13座，其中骨干工程和大型淤地壩5座，中型淤地壩3座，小型淤地壩5座，總庫容1336.7萬m3，攔泥庫容1134.0萬m3，已淤庫容1100萬m3，已淤地119.1hm2。初步形成了防洪、攔泥、蓄水、生產相結合的利用格局，并取得了顯著的經濟、生態(tài)、社會效益。

2.2 壩系防洪能力分析

陳石畔流域現(xiàn)狀壩系的防洪能力主要取決于骨干工程，而該流域目前僅有新建1座骨干工程，且位于主溝道中上游，其防洪能力僅為骨干工程以上的控制面積。該壩原建于1984年，現(xiàn)泥面至壩頂4.0m，總庫容890萬m3，攔泥庫容810萬m3，現(xiàn)有空庫容只能抵御5年一遇一次洪水總量。因此必須在該壩上游興建控制性骨干工程，以減輕該壩的洪水泥沙壓力，同時對該壩進行加高加固，使該壩能夠安全運行。

2.3 壩系防洪保收能力分析

根據(jù)流域現(xiàn)狀壩系工程的類型及數(shù)量，計算現(xiàn)狀壩系工程全面發(fā)揮效益時達到的設計淤積面積在不同設計暴雨頻率條件下的淹水深度和泥沙淤積厚度與壩地種植農作物耐淹水深及泥沙淤積允許厚度進行比較，進而推算壩系工程在設計頻率10%條件下防洪保收能力。防洪保收能力計算結果見表2-1。

從表2-1可以看出，該流域現(xiàn)狀壩系全部不保收，因此需進一步加強壩系工程建設。

3 溝道工程存在的主要問題

3.1 壩系工程布局不合理

（1）缺乏控制性骨干工程。截止目前，流域內僅有1座骨干工程和4座大型淤地壩，骨干工程控制面積較大，分布在流域主溝的中上游，工程運行負擔太重，其余4座大型淤地壩均分布在骨干壩下游的四條支溝內，多年的運行已全部淤滿，失去了防洪能力，整條壩系處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）工程數(shù)量少。平均7.4km2只有一座溝道工程，壩系的水沙資源沒有得到充分的利用，直接影響著流域水沙的有效攔蓄和壩系相對穩(wěn)定的形成。

（3）分布不均勻，流域內淤地壩分布比較分散，呈零星分布，沒有形成完整的壩系體系。

（4）類型不配套。由于工程數(shù)量少，形成了“各自為戰(zhàn)”的布設形式，大、中、小淤地壩相互關聯(lián)性小，缺乏相互的調蓄和保護，壩系的綜合效益無法得到很好的發(fā)揮。

表2 -1現(xiàn)狀壩系防洪保收能力分析（P=10%）

3.2 壩系工程防洪能力不足

根據(jù)現(xiàn)狀分析，現(xiàn)有的1座新建骨干壩分布在流域的中上游，壩控面積40.0km2，雖空庫容較大，但控制面積太大，其防洪問題令人擔憂。流域內其它工程基本上喪失了防洪能力。因此，陳石畔流域補充完善壩系結構已迫在眉睫。

3.3 淤積嚴重

流域內大多淤地壩已淤滿，失去了滯洪能力，病險嚴重。其壩地的保收能力低，需增大布壩密度或加高加固壩體。

3.4 工程攔蓄能力差

流域內較大支溝是流域洪水的主要來源區(qū)，現(xiàn)有的中小型工程均已淤滿，失去了攔蓄泥沙的能力，使現(xiàn)有的骨干工程負擔大大加重，需在適當位置增設骨干工程。

4 壩系布局建設方案

為了有效的控制泥沙，提高流域壩系的整體防洪攔蓄能力，確保壩系安全運行，需要對陳石畔流域壩系工程進行補充完善。

4.1 建設總目標

針對目前壩系工程運行中存在的突出問題，結合流域壩系建設和經濟開發(fā)的特點，確定本項壩系建設的總體目標為：完善壩系結構，提高壩系防洪能力和水沙資源的利用率，建設穩(wěn)產高產的基本農田，促進退耕還林還草，在較短的時間內，盡快建立一個高標準的相對穩(wěn)定的壩系示范工程。4.2壩系布局方案

針對陳石畔流域溝道現(xiàn)狀壩系存在的問題，結合流域內的水沙分布特點、建壩條件及壩系布設原則，該流域壩系總體布局初擬兩種布局方案。

方案一：控制支溝，發(fā)展生產。

基于陳石畔流域面積較大，溝道現(xiàn)狀壩數(shù)量少，坡面治理程度差，洪水泥沙多的情況，為滿足建設目標，在主溝興建大路峁、周家峁和佛店石骨干壩，改建新建骨干壩，各大支溝興建控制性骨干工程，將現(xiàn)有的四座大型淤地壩改建為骨干壩，在面積較小的支溝布設中小型淤地壩，對已淤滿的壩進行加高加固，充分利用大路峁壩和新建骨干壩攔蓄主溝道上游的常流水和峰則峁壩、沙山壩攔蓄支溝的常流水，采取自上游到下游分期分段建壩，由溝頭到溝口，逐級治理，逐步形成壩系，從而盡快達到最大限度攔蓄泥沙和發(fā)展生產、種植利用的目的。本方案建設骨干工程18座，其中新建13座，改建5座，骨干工程控制面積85.4km2，占流域總面積的88.2%；中型淤地壩35座，新建33座，加固2座；小型淤地壩34座，總庫容達4357.4萬m3，攔泥庫容3236.4萬m3，可淤地512.2hm2。

方案二：全攔全蓄，實現(xiàn)生態(tài)建設與經濟建設相結合的目標。

為使陳石畔流域盡快形成完整的相對穩(wěn)定的壩系，力爭確保洪水泥不出溝，使生態(tài)建設與經濟建設相結合。經實地勘測，根據(jù)現(xiàn)狀壩系溝道地形地質條件及交通要求，在流域主溝道合適位置布設控制性骨干工程6座，（其中新建骨干壩為改建），較大支溝布設骨干工程9座。將現(xiàn)有的西溝、堡山、南溝、席老莊四座大型淤地壩改建為骨干工程，使骨干工程總數(shù)達到19座。初步形成以骨干工程為骨架的防洪、攔泥體系。這樣，流域內全部洪水泥沙被得到有效的控制，主溝道15L/S和支溝5L/S的常流水被攔蓄，年蓄常流量達46萬m3，有效的水資源得到充分利用。同時結合骨干壩，在其上游適當位置合理配置中型淤地壩32座，其中現(xiàn)狀加固3座，小型30座，加固舊壩5座，使壩系的布局和結構趨于合理。全流域累計建設大、中、小型淤地壩81座，總庫容達4609.0萬m3，攔泥庫容3391.3萬m3，滯洪庫容1217.7萬m3，淤地面積可達538.6hm2。工程建成后，全流域的防洪標準提高到200年一遇洪水以上，骨干壩壩地面積與控制面達1/18，在10年～20年一遇洪水條件下可實現(xiàn)防洪保收，實現(xiàn)了壩系相對穩(wěn)定的目標。

4.3 方案比較

4.3.1 擬選方案相對穩(wěn)定分析

方案一：骨干工程控制面積85.4km2，占流域總面積的88.2%，淤地面積占流域壩控面積的6.0%，全流域壩系相對穩(wěn)定系數(shù)1/16，流域壩系防洪能力為200年一遇洪水標準，在設計頻率為10%的洪水條件下，壩地防洪保收能力能達100%；在設計頻率5%的洪水條件下，壩地防洪保收率達90%；在設計頻率3.3%洪水條件下，壩地保收率為67%；在2%洪水條件下保收率達44%，泥沙攔蓄率為88%。

方案二：骨干工程控制全流域總面積96.8km2，淤地面積占流域壩控面積的5.6%，壩地相對穩(wěn)定系數(shù)1/18。流域壩系防洪能力為200年一遇洪水標準，在設計頻率為10%的洪水條件下壩地全部保收；在設計頻率5%的洪水條件下壩地保收率為80%；在設計頻率為3.3%的洪水條件下壩地保收率為42%；在設計頻率2%的洪水條件下壩地保收率為26%；流域內流失泥沙全部被有效的控制。

4.3.2 擬選方案的投資、效益及經濟評價

方案一：壩系工程估算投資3618.6萬元，其中骨干工程投資1640萬元，淤地壩投資1978.6萬元，工程累計靜態(tài)凈效益7250萬元。經濟評價靜態(tài)累計凈效益7250萬元，動態(tài)I=7%時，經濟凈現(xiàn)值3550萬元，內部回收率10.1%，效益費用比1.7，投資回收年限13年。

方案二：壩系工程估算總投資3304.6萬元，其中骨干工程投資1544萬元，淤地壩投資1760.6萬元。經濟評價靜態(tài)累計凈效益7340萬元，動態(tài)I=7%時，累計凈效益3666萬元，內部回收率12.8%，效益費用比2.0，投資回收年限9年。

4.4 布局方案選擇

綜合分析陳石畔流域壩系布局兩方案，方案一投資大，累計凈效益小，投資回收年限長，壩系控制面積小，不利于有效攔泥蓄洪；方案二投資小，骨干工程控制面積大，流域內所有洪水泥沙全被攔蓄控制，相對穩(wěn)定系數(shù)大。通過方案比較，確定方案二為該流域壩系建設總體布局方案。

4.5 建設規(guī)模

骨干工程：新建以防洪為主的骨干壩14座，改建骨干壩5座，新增總庫容2499.7萬m3，新增滯洪庫容740.5萬m3，淤地面積增加409.0hm2。共需移動土方178.9萬m3，石方1.77萬m3，砼306m3。

淤地壩：流域內新建中型淤地壩32座，總庫容668.8萬m3，攔泥庫容435.3萬m3，可淤地97.3hm2，小型淤地壩30座，總庫容103.8m3，可淤地32.3hm2。淤地壩共移動土方180.4萬m3，石方1.77萬m3，砼420m3。

5 結語

通過新增骨干工程19座，其中改建5座，新增中型淤地壩32座，加固3座，骨干工程控制面積達全流域總面積，工程建設總庫容可達到4609.0萬m3；工程建成后，流域內壩系可達到相對穩(wěn)定，壩系整體防洪能力可達到200年一遇洪水標準以上。工程建成后可淤壩地538.6hm2，將促進坡耕地退耕還林還草，改善農業(yè)生產條件，減少水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，為使該項目順利實施并盡快實現(xiàn)壩系相對穩(wěn)定，建議如下：

（1）壩系建成后，防洪能力將隨著時間的推移而逐年下降，需要不斷地加高壩體或增設溢洪道，以保證壩系設計防洪能力。建議主管部門應建立壩系動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，適時進行加高或改建。

（2）壩系建設方案，從長期控制洪水泥沙，實現(xiàn)壩系相對穩(wěn)定的角度，宜采用壩體和放水工程“兩大件”結構，因此工程建設有淹沒損失，建議在國家投資允許的條件下予以考慮。

（3）由于骨干工程屬于大型公益性建設項目，投資較大，年投入的防汛和后期維修加高費用較高，建議按照國家對公益性建設項目管理的有關規(guī)定，根據(jù)工程的隸屬關系，從地方財政中予以定額補助。陜西水利

（責任編輯：暢妮）

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