府谷縣老維梁淤地壩除險(xiǎn)加固效益探析

姬文娜

（陜西省榆林市淤地壩建設(shè)辦公室，陜西 榆林 719000）

1 概況

老維梁淤地壩位于府谷縣北部清水鎮(zhèn)棗林峁村，屬黃河一級(jí)支流清水川流域，距府谷縣城約40 km。2003 年對(duì)該壩進(jìn)行了加高加固，壩控流域面積1.18 km2，由土壩和涵管（鋼筋砼管）二大件組成，原最大壩高19.50 m，壩頂只有1.5 m 寬，較單薄，上游壩坡坡比為1∶2.0，下游壩坡不規(guī)則，且外壩坡沖刷水毀嚴(yán)重，從下向上坡比分別為1∶8.0（2.5 m 高）和1∶1.6（17 m高），壩頂長(zhǎng)125 m，現(xiàn)該壩淤積面距壩頂高為5.50 m，已淤積庫容30.89 萬m3，已淤地面積為3.31 hm2。對(duì)該壩現(xiàn)在進(jìn)行除險(xiǎn)加固還是保持現(xiàn)狀，存在兩種觀點(diǎn)，所以需對(duì)老維梁淤地壩除險(xiǎn)加固后的效益進(jìn)行分析論證，為科學(xué)決策老維梁淤地壩除險(xiǎn)加固工作提供技術(shù)支撐。

2 淤地壩存在問題

老維梁淤地壩屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，當(dāng)?shù)啬昶骄邓?34.1 mm，老維梁淤地壩始建于1971 年，受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和施工限制，工程設(shè)施相對(duì)來說較為落伍。加之經(jīng)過近50 年運(yùn)行，淤地壩病險(xiǎn)問題日益突出。壩右岸2 根Φ=50 cm 的涵管進(jìn)口被堵塞，壩外坡有水毀坍塌現(xiàn)象，致使大壩現(xiàn)已無法正常運(yùn)行，難以發(fā)揮其攔沙、防洪等效益，洪水一來隨時(shí)都有跨壩的危險(xiǎn)，危及下游村莊農(nóng)田和水源井的安全飲用。老維梁淤地壩帶病運(yùn)行，使其效益大打折扣，增加了危險(xiǎn)性，急需加固維修配套。

3 防洪效益分析

3.1 水文氣象分析

老維梁淤地壩屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，當(dāng)?shù)啬昶骄邓?34.1 mm，最大年降水量為819 mm，最小年降水量108.6 mm，年蒸發(fā)量1200 mm。降水年內(nèi)變化差異較大，分布不均，其中汛期6 月～9 月降雨量占全年降雨量的79%以上，最多年與最少年相差626.3 mm。降雨多以暴雨形式出現(xiàn)，歷時(shí)短，強(qiáng)度大，災(zāi)害性強(qiáng)，降低了水資源的利用率，溝道無常流水。

3.2 洪水總量分析

3.2.1 洪峰流量計(jì)算

老維梁淤地壩工程總庫容在50×104m3～100×104m3之間，若除險(xiǎn)加固按20 年洪水重現(xiàn)期進(jìn)行設(shè)計(jì)，則剩余攔泥壩高為1.46 m，剩余攔泥庫容為6.23 萬m3，反算剩余淤積年限為4.75 年。

老維梁淤地壩所處溝道上游，沒有超標(biāo)準(zhǔn)或情況相近的淤地壩攔沙攔洪，所以不用考慮上游的減沙減洪作用。設(shè)計(jì)洪峰流量采用匯水面積相關(guān)法計(jì)算，集水面積按老維梁淤地壩實(shí)際控制流域面積1.18 km2計(jì)算。

計(jì)算公式為：

式中：QN為重現(xiàn)期為 N 的洪峰流量，m3/s；CN為重現(xiàn)期為 N 的地理參數(shù)，見表1；n 為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，n=0.68[1]；F 為流域面積，F(xiàn)=1.18 km2。

老維梁淤地壩流域位于Ⅰ區(qū)，根據(jù)《榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)圖集》，查得該區(qū)的地理參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)指數(shù)計(jì)算得該壩址以上不同重現(xiàn)期的洪峰流量見表1。

表1 洪峰流量計(jì)算成果表

3.2.2 洪水總量計(jì)算

老維梁淤地壩設(shè)計(jì)洪水總量采用推理公式：

式中：Wp為頻率為 P 的設(shè)計(jì)洪水總量，萬 m3；a 為 24 h 暴雨徑流系數(shù)；F 為流域面積，1.18 km2；H24P為頻率為 P 的 24 h 暴雨量，mm。

其中KP為頻率為P 的皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)；H24為多年最大24 小時(shí)暴雨均值，mm。由《陜西省榆林地區(qū)水文手冊(cè)》查得，該壩控流域中心多年最大24 時(shí)暴雨均值為66 mm，不同頻率24 小時(shí)暴雨徑流系數(shù)見表2。變差系數(shù)CV為0.7，差系數(shù)CV與CS的比值CS/CV=3.5[2]。經(jīng)計(jì)算不同重現(xiàn)期的暴雨量、洪水總量計(jì)算成果見表2。

表2 不同頻率24 小時(shí)暴雨量、洪水量表

3.3 滯洪分析

利用實(shí)測(cè)橫斷面法計(jì)算水位—庫容、水位—面積關(guān)系，按下式計(jì)算各級(jí)水位下的庫容：

式中：V 為某一水位下的庫容，萬m3；Si為第i 級(jí)水位對(duì)應(yīng)的淤地面積，萬m2；Zi為水位分級(jí)高差，m；ΔVi為分級(jí)水位所增庫容，萬 m3[3]。

式中相關(guān)參數(shù)取值，及水位—庫容、水位—面積關(guān)系計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 水位—庫容、水位—面積關(guān)系表

本工程為加固工程，已淤積庫容為30.89 萬m3，剩余攔泥庫容6.23 萬m3。壩頂距現(xiàn)淤積泥面為5.50 m，溢洪道底面起調(diào)水位從壩頂向下推導(dǎo)，經(jīng)反復(fù)試算溢洪道底面起調(diào)水位為990.46 m，溢洪道滯洪庫容由調(diào)洪演算確定為13.86 萬m3，所以該淤地壩總庫容為50.98 萬m3。

校核情況下：溢洪道底寬取3.0 m，校核水深為2.04 m，校核水位992.50 m時(shí)，下泄流量為13.49 m3/s，滯洪庫容為13.86 萬m3。設(shè)計(jì)情況下：溢洪道底寬取3.0 m，設(shè)計(jì)水深為1.17 m，設(shè)計(jì)水位991.63 m 時(shí)，下泄流量為 6.02 m3/s，滯洪庫容為 7.25 萬 m3。

老維梁淤地壩下游的棗林峁行政村，共有50 戶，251 人。經(jīng)過以上分析可知，老維梁淤地壩除險(xiǎn)加固后，可控制該溝道洪水，防200 年一遇暴雨洪水，以保護(hù)下游村莊農(nóng)田、水源井安全。在暴雨洪水中，可以滯洪的庫容為7.25 萬m3。增加的庫容既可以進(jìn)行防洪，也可以進(jìn)行雨洪資源利用，在干旱時(shí)期，對(duì)下游農(nóng)作物進(jìn)行灌溉等，可以一舉兩得，效益顯著。

4 攔泥淤地效益分析

老維梁淤地壩位于清水川二級(jí)支溝古圪垯溝，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅰ副區(qū)，地表土質(zhì)疏松，植被主要以喬木、灌木林和草本植物為主，是黃河中上游粗泥沙治理重點(diǎn)地區(qū)。由于地形破碎，土質(zhì)粘性差，在風(fēng)雨等外力的侵蝕作用下，形成了以梁峁為主、溝谷深切地貌景觀，梁窄坡陡，梁峁起伏較大，溝壑縱橫，相對(duì)高差達(dá)135 m。植被覆蓋率較低，抗蝕性差，水土流失嚴(yán)重，泥沙年季變化大，主要集中于汛期，由暴雨洪水促成并攜帶，具有典型的黃土丘陵溝壑區(qū)泥沙特點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查和查閱相關(guān)資料，確定該流域多年侵蝕模數(shù)為1.5 萬t/（km2·a）[4]。則老維梁淤地壩控制流域多年平均輸沙量，采用多年平均侵蝕模數(shù)乘以流域面積，再除以泥沙容重。泥沙容重取1.35 t/m3，壩控流域年輸沙量為1.311 萬m3。

老維梁淤地壩壩址處溝道呈“梯型”斷面，主溝道長(zhǎng)1.40 km，平均比降9.64%。壩址位于黃土丘陵溝壑區(qū)，壩址處兩岸下部為砒砂巖，溝底和兩岸砒砂巖上部覆蓋有豐富的黃土。溝內(nèi)每一年輸沙量達(dá)1.311 萬m3。通過加固淤地壩可以控制溝道下切侵蝕，攔泥庫容6.23 萬m3，使該壩控制范圍內(nèi)的洪水泥沙得到有效攔蓄和調(diào)節(jié)，可以減少泥沙向下，流入河道。

5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

老維梁淤地壩壩除險(xiǎn)加固概算總投資61.80 萬元，其中工程措施費(fèi)53.30 萬元，林草措施費(fèi)0.08 萬元，獨(dú)立費(fèi)用6.62 萬元，其它費(fèi)用1.8 萬元。

老維梁淤地壩壩除險(xiǎn)加固后，可確保已攔泥沙的成果，使該壩控制范圍內(nèi)的洪水泥沙得到有效攔蓄和調(diào)節(jié)。其經(jīng)濟(jì)效益主要在壩地種植上顯現(xiàn)：在風(fēng)雨的侵蝕下，老維梁淤地壩可淤成壩地5.35 hm2，即80.25 畝。這些沖淤而下的泥沙均含有豐富的磷礦物質(zhì)，將會(huì)長(zhǎng)出豐碩的莊稼。壩地利用率按80%計(jì)算，種植作物主要以玉米來進(jìn)行核算，去除化肥種子機(jī)械農(nóng)藥等耕作成本，一畝壩地年收益在600 元左右，64.2 畝壩地年可凈收入3.852 萬元，按20 年種植期計(jì)算，累計(jì)種植效益為77.04 萬元。當(dāng)然壩地種植不僅是20 年，時(shí)間或更長(zhǎng)。由此可見，僅壩地的種植效益就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工程投資概算。

5.2 社會(huì)效益

（1）促進(jìn)了土地利用結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整。棗林峁村人均耕地0.29 hm2，人均基本農(nóng)田只有0.09 hm2，淤地壩除險(xiǎn)加固后，促使了壩地盡快淤成，可以增加村民土地播種面積，改變當(dāng)?shù)厝罕姀V種薄收的傳統(tǒng)習(xí)慣，進(jìn)行精耕細(xì)作，在增加糧食產(chǎn)量的同時(shí)，還可以種植土豆等經(jīng)濟(jì)作物。同時(shí)，除險(xiǎn)加固后，增加了放水等設(shè)施，有利于干旱時(shí)農(nóng)業(yè)灌溉，保障了糧食豐產(chǎn)；

（2）大壩的加寬加厚，實(shí)現(xiàn)了以壩代路，改變了交通條件，便于村民往來于梁峁之間，方便了周邊群眾的生活、生產(chǎn)。

5.3 生態(tài)效益

老維梁淤地壩所在的溝道是黃河粗泥沙的主要來源區(qū)之一，通過除險(xiǎn)加固，增加壩地淤積功效，防洪攔蓄泥沙，有效減輕了水土流失。同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)豐富的土壤聚集，增加了養(yǎng)分，改善了農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，有利于提高產(chǎn)量，壩地糧食產(chǎn)量可達(dá)坡耕地的5～8 倍，有效促進(jìn)流域退耕還林和封育治理的開展，促進(jìn)了植被的生長(zhǎng)。攔住的泥沙，不僅減輕了下游河道的淤積和水質(zhì)污染，也有利于改善環(huán)境，促進(jìn)流域生態(tài)的改變和局地小氣候的形成。

6 結(jié)語

老維梁淤地壩，經(jīng)過近50 年的運(yùn)行，病險(xiǎn)問題嚴(yán)重，通過對(duì)除險(xiǎn)加固后產(chǎn)生的防洪效益、水資源灌溉效益、攔泥淤地效益、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的探討，可知壩地種植效益為77.04 萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工程概算總投資61.80 萬元。同時(shí)，工程建成后，對(duì)改變當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活條件、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)退耕還林還草和和改善生態(tài)環(huán)境、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改變局地小氣候都有一定的積極意義和推動(dòng)作用，由此可見，老維梁淤地壩除險(xiǎn)加固后產(chǎn)生的效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于投資建設(shè)，應(yīng)該盡早給予實(shí)施。