關于小河溝淤地壩方案優化的幾點思考

南曉亮

(陜西省交口抽渭管理局 陜西 渭南 714000)

淤地壩既能攔截泥沙、保持水土，又能淤地造田，是鞏固退耕還林成果，促進農民增收、減少入黃泥沙的重要水土保持措施。本文通過對小河溝水土流失現狀和原因進行客觀分析，通過該流域洪水計算和調洪演算以及壩系相對穩定理論，優化該流域淤地壩設計方案，使其治理方案更加科學合理。

1 小河溝概況

小河溝位于禮泉縣城西北約12km,屬涇河二級支流，流域面積73.5km2，耕地面積3173hm2，涉及石潭、昭陵、南坊、建陵、叱干5個鄉鎮49個行政村，主溝道溝長32km，比降為1.62%，溝道平均底寬120m。該流域其溝道以“U”形居多，溝壑密度2.31km/km2，上游有一泉眼，流量為0.03m3/s，溝內有小股常流泉水，該流域平均降水量534mm～563.6mm，年平均暴雨次數26次。由于每年暴雨多發，經常發生塌方和滑坡。

2 該流域水土流失狀況及存在問題

小河溝梁峁起伏，溝壑密布，侵蝕模數平均為3700t/km2·a，屬中度水土流失區。由于重力、水力、風力、瀉溜等因素侵蝕，加之人們在生產生活中耕種不合理，毀林毀草開荒，生產建設單位在基本建設過程中，毀壞植被，破壞地貌，亂倒廢棄土石等因素造成新的水土流失，年輸沙量27.2萬噸。同時，下游是寶雞峽的泔河水庫。由于小河溝小流域泥沙大量涌入，加重了泔河水庫的淤積，隨著寶雞峽泔河水庫加壩加閘和清淤工程年內實施，在小河溝建立壩系成為當務之急。另外，該流域內有淤地壩4座，年久失修，已成為險壩。

3 小河溝淤地壩基礎數據計算

3.1 小河溝淤地壩方案設計標準

該方案淤地壩洪水設計標準為20年一遇，200年一遇洪水校核，年限為20年。以下相關數據由《咸陽市實用文手冊》查閱得到。

3.2 該流域洪水總量計算

式中，Wp——頻率為P的洪水總量，萬m3；

式中，s——雨力，mm，s=A+B·logN;

m——土壤下滲強度，mm。

3.2 洪峰流量計算

該流域下游為石泉壩，考慮溝道洪水排泄要求，淤壩時需開設溢洪道，因考慮匯水面積造成的洪峰差異，故調洪演算按上游有壩考慮。由洪峰面積相關法推求上游后坳壩洪峰流量，大壩匯流區（F=61.52km2）洪峰流量，采用公式：

式中，QN——重現期為N設計洪峰流量,m3/s;

F——設計流域面積,km2;

KN——重現期為N的經驗參數;

n——指數，n=0.68。

由Q2/Q1=推求石泉C01大壩的洪峰流量。

式中，Q1——上游匯流區洪峰流量，m3/s;

Q2——下游匯流區洪峰流量，m3/s;

F1——上游匯流區面積，km2;

F2——下游匯流區面積，km2;

石泉區間面積F2=11.98km2

經計算，石泉壩洪峰流量：Q2=62.51m3/s，Q0.5=154.89m3/s。

3.3 該流域洪水過程線

該流域面積較小，洪水過程線采用概化三角形過程線法。洪水歷時計算公式為：

式中，Tp——洪水總歷時，h；

Wp——頻率為P的洪水總量，萬m3;

QN——重現期為N設計洪峰流量，m3/s。

漲水歷時公式為:

式中，T1——漲水歷時，h;

dt1——漲水歷時系數，一般為0.13～0.17,本計算系數取0.15。

表1 不同頻率設計洪水總量模數 單位：萬m3/k m2

表2 石泉壩設計洪水過程線相關數據

3.4 該流域調洪演算

只對石泉壩進行調洪演算，采用《陜西省水土保持治溝骨干工程技術手冊》中 Q泄=Q洪·（1-V滯/W洪）

式中，Q泄——調洪后的洪峰流量，m3/s;

Q洪——設計洪峰流量，取值62.51m3/s;

V滯——滯洪庫容，由“壩高—庫容”曲線查得值為35.64萬m3;

W洪——設計洪水總量，取值50.08萬m3。

經計算，Q泄=18.02m3/s。

3.5 侵蝕模數和輸沙量計算

該流域年均輸沙：Ws=Ms·F/r

式中，Ws——年均輸沙量，t;

Ms——年均侵蝕模數，取3700t/km2;

F——流域面積，km2;

r——泥沙容重，取r=1.3t/m3。

該流域年輸沙為11.88萬m3。其中，侵蝕模數采用調查淤積量推算和查《咸陽市實用水文手冊》相結合的辦法最后確定為3700t/km2·a。

4 小河溝小流域淤地壩建設方案

4.1 壩系布局原則

其壩系設計方案應為：支毛溝以淤地攔泥為主，配套骨干壩防洪，主溝骨干壩上攔下保，淤排結合，確保支溝和全流域壩系防洪保收，安全運行。在流域治理中重視溝道治理，根據當地自然條件，社會情況和溝道工程運行現狀，控制洪水泥沙，提高水資源利用率，發揮壩系工程在防洪，攔泥淤地種植等方面的多種效益。

4.2 小河溝小流域壩系建設方案一

根據流域溝道現狀，在該流域溝道上建設四座控制性骨干工程，在主溝道西邊較大支溝道修建1座骨干壩，在主溝道上游加固改造1座中型壩。在上游3、4級溝道建設9座中型壩，在2、3、4級溝道建設19座小型壩，流域內原有小型壩3座，其中加固小型壩1座。建設期末流域壩系工程總數達到37座，布壩密度達到0.48座/km2，總庫容達到1426.95萬m3，骨干壩、中型壩工程結構形式以上土壩、施水工程“兩大件”結構為主，只有石泉壩由土壩、溢洪道和放水臥管三大件組成，對于加固配套的小型壩結構根據當地條件，采取加壩和增設放水工程的辦法予以解決。

4.3 小河溝小流域壩系建設方案二

其在建設方案一的基礎上，根據流域溝道現狀在小河溝小流域主溝道上增設一座控制性骨干工程，使主溝道控制性骨干工程達到五座，建設期末流域壩系工程總數達到38座，布壩密度達到0.52座/km2，總庫容達到1426.95萬m3。

5 流域壩系建設方案比選

5.1 建壩條件對比

該流域內溝道發育、電力供應、交通道路、筑壩材料基本相同，兩方案的建壩條件基本相同。

5.2 壩系相對穩定對比

通過對壩系防洪能力，保收能力和穩定三方面進行壩系進行相對穩定分析，為壩系建成后的運行管理，維修加固和防洪提供決策依據。

首先是對壩系工程的防防洪能力進行分析，也就是說對骨干壩工程承擔，兩個方案骨干壩設計都是同一個標準，項目實施5年后，骨干壩單壩防洪能力均大于500年一遇洪水；項目實施10年后，壩系工程防洪能力可達500年一遇洪水；項目實施15年后，壩系工程防洪能力為300年一遇洪水；項目實施20年后，各骨干壩將陸續淤滿，但其單壩防洪能力都能達到200年一遇洪水；項目實施25年后，各骨干壩工程防洪能力降低為50年一遇洪水，防洪能力已喪失，需對其逐步進行加固改造。其次，對壩系防洪保收能力分析。影響農作物保收的因素有：淹水深度，耐淹歷時和淤積厚度。其中耐淹歷時在設計放水建筑物時已按10年～30年一遇洪水2天～3天排完考慮，對防洪保收已不構成影響，故主要考慮淹水深度和淤積厚度指標，按10年一遇洪水淹水深度不超過80cm，淤積厚度不超過30cm視為保收。經分析計算小河溝小流域壩地保收能力在10年末10年一遇洪水條件下防洪保收率為37%，在20年末10年一遇洪水條件下保收率為100%。而方案一這兩項指標都較優于第二個設計方案。最后，是對壩系相對穩定分析。根據有關計算成果，小河溝小流域10年一遇洪水條件下要實現相對穩定，壩系相對穩定系數為1/23.81。現擬建壩系控制面積 73.5km2，方案一設計淤地面積375.16hm2，方案二設計淤地面積364.23hm2，兩者方案相比，方案一比方案二相對穩定。

5.3 經濟效益分析

經濟計算期按33年計算，方案一具有較顯著的經濟效益，各項經濟指標均可行。

表4 方案一和方案二經濟效益對比表

表3 方案一和方案二相關數據

6 結論

通過比較，方案一為最佳方案。按該方案項目實施后將有效改善小河溝小流域嚴重的水土流失現狀，提高溝道防洪標準，減少入黃泥沙，促使流域坡耕地退耕還草，調整農村產業結構，帶動當地經濟可持續發展，加快生態環境的改善，不僅具有可觀的經濟效益，其社會效益也非常顯著。陜西水利