陜北黃河粗泥區(qū)攔沙工程建設(shè)規(guī)劃探析

王 萍

(榆林市橫山區(qū)水土保持監(jiān)督站，陜西 榆林 719100)

黃河粗泥沙集中來源區(qū)主要分布在黃河中游右岸皇甫川、清水河、孤山川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、無定河、清澗河、延河等9條主要支流[1]，總面積1.88萬km2。涉及陜西、內(nèi)蒙古2省(區(qū))3市的15個(gè)縣(旗、區(qū))，其中陜西省涉及榆林、延安2市12縣(區(qū))，粗沙區(qū)總面積1.40萬km2，占總面積的74.7%。粗泥沙集中來源區(qū)自然環(huán)境惡劣，水土流失特別嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，年產(chǎn)沙量達(dá)3億t以上，是黃土高原強(qiáng)烈侵蝕的中心。根據(jù)《黃河近期重點(diǎn)治理開發(fā)規(guī)劃》、《黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩規(guī)劃》和《黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程項(xiàng)目工程可行性研究報(bào)告》，為了確保該項(xiàng)目科學(xué)合理實(shí)施，現(xiàn)對(duì)攔沙壩進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)分析。

1 基本情況

1.1 自然條件

1.1.1 地貌及植被

黃河粗泥沙集中來源區(qū)位于黃土高原北端與鄂爾多斯高原相鄰地區(qū)，高程800～1500 m，相對(duì)高差100～300 m，地勢(shì)西北高，東南低，總體呈現(xiàn)出梁峁起伏，溝壑縱橫的地貌特征，溝壑密度約為3.0～8.0 km/km2。粗泥沙集中來源區(qū)土壤大部分地方為黃土，占總面積的77.83%，黃土覆蓋層約30～100 m。項(xiàng)目區(qū)植被類型屬溫帶干旱、半干旱草原植被，林草覆蓋率在10%～30%之間?？傮w植被稀疏，天然植物種類少[2]，北部主要以針茅、沙蒿、沙柳、檸條及菊科、豆科等植被為主；南部以禾本科等草類植物為主，在河谷谷地殘留有少量沙棘等灌木。

1.1.2 水文特征

項(xiàng)目區(qū)氣候特征屬中溫帶干旱大陸性氣候，多年平均降水量350～500 mm，降水時(shí)空分布不均，降水量由東南向西北遞減；多年平均徑流量9.90億m3，徑流年內(nèi)分配極不均勻，且主要由暴雨形成，季節(jié)性河流特征明顯；洪水一般發(fā)生在7—9月，尤以7—8月最多，洪水峰高量小、暴漲暴落、頻率大；多年平均輸沙量3.04億t，大于等于0.05 mm粗泥沙1.14億t，大于等于0.10 mm粗泥沙0.46億t；侵蝕產(chǎn)沙主要集中在6—9月，占全年沙量的93%，并且主要集中在幾場(chǎng)暴雨洪水中；多年平均含沙量168.3 kg/m3，7—8月平均含沙量高達(dá)344 kg/m3。

1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

黃河流域粗泥沙集中來源區(qū)涉及的陜北12個(gè)縣(區(qū))，總土地面積4.16萬km2，粗沙區(qū)總面積1.40萬km2，其中耕地20.89萬hm2，林地27.91萬hm2，草地7.85萬hm2，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)總?cè)丝?14.96萬人，農(nóng)民人均純收入為1668元。

2 水土流失現(xiàn)狀及存在問題

2.1 水土流失現(xiàn)狀

粗泥沙集中來源區(qū)地形破碎，加之不合理的人類活動(dòng)，是導(dǎo)致該區(qū)產(chǎn)沙量巨大的主要原因。項(xiàng)目區(qū)水土流失北部大于南部，水土流失類型主要以水力侵蝕為主，平均侵蝕模數(shù)高達(dá)2.17萬t/km2·a，局部地區(qū)侵蝕模數(shù)高達(dá)3.00萬t/km2·a以上[3]，是黃土高原強(qiáng)烈侵蝕的中心和黃河粗泥沙主要策源地。經(jīng)過多年建設(shè)，截止到2011年底，該區(qū)共興建大中小型攔沙壩855座。其中：大型攔沙壩8座，控制面積1184.0 km2，總庫容39 056萬m3，已淤庫容19 744萬m3；中型攔沙壩357座，控制面積1622.4 km2，總庫容36 730萬m3，已淤庫容11 798萬m3；小型攔沙壩490座。

2.2 存在的主要問題

(2)單壩規(guī)模大，建筑物不配套。目前粗泥沙集中來源區(qū)內(nèi)已有中型攔沙壩平均單壩控制面積為4.44 km2，平均單壩庫容為104萬m3。其中一半以上單壩控制面積大于5 km2，庫容大于100萬m3，并且大部分單壩由壩體和溢洪道“兩大件”建筑物組成。單壩規(guī)模與建筑物組成與水利部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)淤地壩等水土保持?jǐn)r擋工程建設(shè)管理和安全運(yùn)行的若干意見》中要求的“一般情況下不得建設(shè)庫容規(guī)模在100萬m3以上的骨干壩”，“未經(jīng)論證，不得建設(shè)兩大件骨干壩”相差較大。

這些存在問題，急需對(duì)攔沙壩工程進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

3 規(guī)劃原則、布局及任務(wù)分析

3.1 規(guī)劃原則

(1)以支流為骨架、小流域?yàn)閱卧咨茀f(xié)調(diào)干、支流，上、下游關(guān)系，以溝道攔沙工程為重點(diǎn)，合理布設(shè)中、小型攔沙壩。

(2)壩址應(yīng)選擇在“口小肚大”、建筑材料采運(yùn)容易、交通方便、庫區(qū)淹沒損失小、建筑工程量小、有布置泄水建筑物的地方。

(3)中型攔沙壩控制面積一般為3 km2左右，對(duì)于中型攔沙壩無法控制，溝道面積較小，不適合布設(shè)中型攔沙壩的地方布設(shè)小型攔沙壩；對(duì)于中型攔沙壩控制范圍內(nèi)，根據(jù)地形情況選擇布設(shè)小型攔沙壩。

3.2 規(guī)劃項(xiàng)目區(qū)選擇

鑒于黃河流域地域遼闊，治理的任務(wù)十分繁重，相對(duì)于目前國家投資能力和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平，為使有限的投資盡快發(fā)揮更大的減淤效益，需要明確重點(diǎn)，集中力量治理。通過分析黃河下游不同粒級(jí)泥沙淤積比發(fā)現(xiàn)，粒徑大于0.05 mm以上粗泥沙難以利用水流挾沙能力排沙入海，粒徑大于0.10 mm的粗泥沙絕大部分淤積在中水河槽中。經(jīng)過分析論證，選取粒徑大于0.10 mm的粗泥沙輸沙模數(shù)大于1400t/(km2.a)的區(qū)域?yàn)辄S河中游粗泥沙集中來源區(qū)，確定粗泥沙集中來源區(qū)總面積1.88萬km2，陜北12個(gè)縣(區(qū))的規(guī)劃治理面積為1.40萬km2。具體分布情況見表1。

3.3 措施布局

按規(guī)范要求，在小流域(片)支毛溝上，根據(jù)流域水沙控制情況，首先進(jìn)行單元壩系劃分，布設(shè)中型攔沙壩，中型攔沙壩庫容50萬～500萬m3，修建在主溝的中、下游或較大支溝下游，單壩集水面積3～5 km2，主要作用為上攔下保；對(duì)于中型攔沙壩無法控制，溝道面積較小，不適合布設(shè)中型攔沙壩的地方布設(shè)小型攔沙壩，小型攔沙壩庫容10～50萬m3，修建在較大支溝下游或主溝中上游，單壩集水面積1～3 km2，主要作用為攔沙淤地、發(fā)展生產(chǎn)；對(duì)于中型攔沙壩控制范圍內(nèi)，根據(jù)地形情況選擇布設(shè)小型攔沙壩。根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》和《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范溝壑治理技術(shù)》， 中型攔沙壩工程級(jí)別為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a或30 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a或300 a一遇，設(shè)計(jì)淤積年限可取10～20 a。小型攔沙壩，工程等別和主要建筑物級(jí)別參照五等工程和5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取50 a一遇，設(shè)計(jì)淤積年限取5～10 a。

3.2 檢查調(diào)整。對(duì)整機(jī)上各緊固螺絲、螺帽進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)要及時(shí)緊固;對(duì)主離合器、插秧離合器、秧針與導(dǎo)軌的間隙、秧針與苗箱的間隙等進(jìn)行檢查調(diào)整。

表1 陜北粗泥沙集中來源區(qū)粗沙分布及各縣攔沙工程建設(shè)規(guī)模情況

中、小型攔沙壩壩址選擇在溝道兩岸有豐富的土料、100 km2以下的溝道內(nèi)。工程全部為碾壓式均質(zhì)土壩，中型攔沙壩和中型攔沙壩控制范圍以外的小型攔沙壩全部由壩體、溢洪道和放水建筑物三部分組成；中型攔沙壩控制范圍內(nèi)的小型攔沙壩由壩體和放水建筑物兩部分組成。

3.4 規(guī)劃任務(wù)

3.4.1 工程規(guī)模

通過典型小流域壩系布局分析論證和實(shí)地壩址調(diào)查，陜西省粗泥沙集中來源區(qū)適宜布設(shè)146條小流域，其中榆林市137條，延安市條9條，總體規(guī)劃建設(shè)攔沙工程8004座，其中中型攔沙壩1494座，占18.7%，小型攔沙壩6510座，占81.3%。

3.4.2 進(jìn)度安排

規(guī)劃采用先上游后下游、先支溝后主溝，考慮實(shí)際的建設(shè)能力，統(tǒng)籌安排的原則。一期項(xiàng)目工程建設(shè)期為3年，第一年安排建設(shè)中小型攔沙壩959座(其中中型攔沙壩173座、小型攔沙壩787座)；第二年安排建設(shè)中小型攔沙壩884座(其中中型攔沙壩159座、小型攔沙壩725座)；第三年安排建設(shè)中小攔沙壩845座(中型攔沙壩152座、小型攔沙壩693座)。

3.4.3 水土保持監(jiān)測(cè)

攔沙工程水土保持監(jiān)測(cè)主要任務(wù)是通過監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)、數(shù)據(jù)采集和管理系統(tǒng)建設(shè)，建立粗泥沙集中來源區(qū)水土流失監(jiān)測(cè)體系，開展攔沙工程建設(shè)動(dòng)態(tài)和建設(shè)效果監(jiān)測(cè)，綜合評(píng)價(jià)攔沙工程效益，建成粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程數(shù)據(jù)庫，為掌握工程建設(shè)和運(yùn)行情況提供信息服務(wù)，為科學(xué)評(píng)價(jià)攔沙工程攔沙減淤、蓄水耗水、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益提供科學(xué)依據(jù)，為國家制定區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃和區(qū)域生態(tài)安全保障提供技術(shù)支撐。

水土保持監(jiān)測(cè)以攔沙壩-小流域-重點(diǎn)支流-粗泥沙集中來源區(qū)4個(gè)空間尺度(點(diǎn)、線、面相結(jié)合)為主線，采取定位觀測(cè)、抽樣調(diào)查、巡查和遙感等多種技術(shù)手段，擬定不同尺度的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

3.4.4 水土保持方案

攔沙工程一期項(xiàng)目總體水土保持防治方案各項(xiàng)指標(biāo)均采用典型壩推算確定。具體方法是在不同的地貌類型區(qū)選擇343座典型攔沙壩(其中65座中型攔沙壩，278座小型攔沙壩)，按照可研階段的設(shè)計(jì)深度，逐壩提出典型攔沙壩的水土保持防治方案，主要包括工程征占地、水土流失防治責(zé)任范圍、防治分區(qū)、新增水土流失預(yù)測(cè)、防治目標(biāo)、防治措施總體布局、防治措施設(shè)計(jì)、水土保持監(jiān)測(cè)、水土保持投資估算等內(nèi)容。其它非典型攔沙壩，利用343座典型壩建筑物幾何尺寸與水土保持方案要求的各項(xiàng)指標(biāo)建立關(guān)系，再利用這些關(guān)系值與各非典型壩建筑物幾何尺寸推求各壩水土保持方案中的各項(xiàng)防治指標(biāo)。

3.4.5 淹沒、占地處理及環(huán)境影響分析

根據(jù)攔沙壩布局較為分散、單壩移民占地淹沒損失較小、不涉及村落和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的整體搬遷等項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，依據(jù)《大中型水利水電工程建設(shè)征地補(bǔ)償和移民安置條例》的規(guī)定，解決移民占地的基本思路是通過對(duì)每座攔沙壩實(shí)地調(diào)查，對(duì)淹沒的土地和安置的農(nóng)戶采取經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和就地安置的方式。中型攔沙壩按照5年考慮補(bǔ)償，小型攔沙壩按照2年考慮補(bǔ)償。

攔沙工程項(xiàng)目實(shí)施后，可有效地?cái)r蓄坡面和溝道的洪水泥沙，減輕洪水危害，減少入黃泥沙，從根本上改善當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活條件和生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，主要為有利影響。工程實(shí)施對(duì)環(huán)境的主要不利影響是工程施工期產(chǎn)生的“廢水、廢氣、噪聲、揚(yáng)塵、棄渣”對(duì)環(huán)境的影響，以及壩地可能產(chǎn)生局部輕度鹽漬化。這些不利影響可通過攔沙壩淤積土地及采取相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施和管理措施有效減免與控制，從環(huán)境角度分析，工程建設(shè)不存在環(huán)境制約因素，項(xiàng)目建設(shè)是可行的。

4 技術(shù)支持分析

4.1 專題研究

根據(jù)本工程項(xiàng)目建設(shè)的需要，特設(shè)立以下專題進(jìn)行研究：一是特小流域(10 km2以下)產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律及設(shè)計(jì)洪水泥沙研究；二是攔沙壩安全運(yùn)行評(píng)價(jià)體系研究。

(1)特小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律及設(shè)計(jì)洪水泥沙研究。特小流域具有溝道短、比降大，洪水陡漲陡落的特點(diǎn)，其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律有別于較大面積的中小河流，一般是產(chǎn)流、產(chǎn)沙模數(shù)與面積大小成反相關(guān)關(guān)系。但項(xiàng)目區(qū)水文手冊(cè)的編制主要依據(jù)至少幾百平方公里，甚至上千平方公里的水文站資料，嚴(yán)重缺乏3～5 km2特小流域?qū)崪y(cè)水沙資料的驗(yàn)證。本研究專題將從特小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律入手，通過對(duì)一期項(xiàng)目集中新建的3～5 km2淤地壩排水前(相當(dāng)于悶葫蘆壩)暴雨、洪水和泥沙資料的勘測(cè)收集來填補(bǔ)水文手冊(cè)中缺少的這部分資料，使設(shè)計(jì)成果更符合當(dāng)?shù)貙?shí)際。

(2)攔沙壩安全運(yùn)行評(píng)價(jià)體系研究。防洪運(yùn)行安全和攔沙運(yùn)行安全，構(gòu)成了攔沙壩運(yùn)行安全體系。攔沙壩運(yùn)行安全與攔沙壩實(shí)際擁有的滯洪和攔沙庫容、壩控面積上游來水來沙情況、攔沙壩的主要建筑物完好程度、承載能力等息息相關(guān)，此外與攔沙壩運(yùn)行工程中的管護(hù)情況也有相當(dāng)大的關(guān)系。攔沙壩評(píng)價(jià)體系主要包括評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，通過研究建立系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，對(duì)每座攔沙壩是否能夠安全運(yùn)行進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出科學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)論。

4.2 技術(shù)培訓(xùn)

攔沙工程建設(shè)是國家在黃土高原地區(qū)首次大規(guī)模集中實(shí)施的工程建設(shè)項(xiàng)目，承擔(dān)了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，示范推廣的重要職責(zé)，項(xiàng)目技術(shù)培訓(xùn)是項(xiàng)目建設(shè)的重要內(nèi)容，而且項(xiàng)目區(qū)大部分地處“老、少、邊、貧”地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，生活條件艱苦，當(dāng)?shù)乜萍冀逃l(fā)展滯后，群眾文化水平較低，科技力量也很薄弱，項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)保障能力不足，因而，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行管理必須的技術(shù)人員是項(xiàng)目順利實(shí)施和良好運(yùn)行的基本保障。因此，從項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際需求考慮，項(xiàng)目區(qū)各級(jí)管理人員和技術(shù)人員需要及時(shí)總結(jié)和學(xué)習(xí)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域及同類項(xiàng)目的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)理論知識(shí)，應(yīng)用到項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行管理中去；項(xiàng)目區(qū)人民群眾作為項(xiàng)目實(shí)施和受益主體，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求也要開展項(xiàng)目措施實(shí)施和管護(hù)運(yùn)行、效益利用等方面的技能培訓(xùn)，保證項(xiàng)目建成后工程能夠?qū)嵭锌茖W(xué)管理和合理利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少入黃泥沙、改善生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)民受益的預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)論與建議

粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程項(xiàng)目是針對(duì)改善黃河日益惡化的水沙關(guān)系、減少下游河道淤積和延長小浪底等骨干水庫攔沙庫容使用年限提出的。多年實(shí)踐表明，攔沙工程能從源頭攔截入黃的粗泥沙。通過陜北攔沙工程的分布區(qū)選擇、措施布局、進(jìn)度安排、水保監(jiān)測(cè)、水保方案以及工程技術(shù)支持等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的建設(shè)規(guī)劃分析，提出陜西省分三期建設(shè)攔沙壩8004座，其中中型攔沙壩1494座(庫容50萬～100萬m3)，小型攔沙壩6510座(庫容小于50萬m3)，為整個(gè)項(xiàng)目的科學(xué)順利實(shí)施提供了參考。

攔沙工程是治黃工程體系的重要組成部分，對(duì)黃河下游防洪減淤、延長干流水庫使用年限具有十分重要的作用。建議作為國家重點(diǎn)建設(shè)投資項(xiàng)目，盡快啟動(dòng)開展一期工程建設(shè)。同時(shí)，為保證項(xiàng)目實(shí)施的連續(xù)性，促進(jìn)工程早日全部完工，發(fā)揮項(xiàng)目整體效益，建議二、三期工程盡快開展前期工作