山西省靈石縣小型淤地壩調查研究

摘要：淤地壩是黃土高原地區重要的水土流失治理措施。為提高小型淤地壩的規劃設計、風險防控、運行管理等水平，以位于黃土高原黃土區的山西省靈石縣為例，開展縣域范圍內小型淤地壩調查。通過遙感影像解譯、抽樣實地調查、淤積面積和淤積量計算等得到靈石縣小型淤地壩數量、分布和淤積情況，調查結果為：①靈石縣共有556座小型淤地壩，分布在12個鄉鎮、140個村莊，淤積總面積為270.55hm2，總淤積量為1270.70萬m3。②已淤滿的淤地壩占總數的80.22%，壩地上下游均種植農作物，具有良好的農業經濟效益；2座壩的下游影響范圍內有居民，初步調查人數約20人，影響較小；16座壩下游影響范圍內有小型淤地壩、工廠、村莊、道路、高速路樁等設施。③部分淤地壩的溢洪道內有流土雜草堆積，建議加強日常管護，及時清理，確保汛期能正常排洪，保障壩體自身安全及下游安全。

關鍵詞：小型淤地壩；淤積面積；淤積量；靈石縣；山西省

中圖分類號：S157文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.03.012

引用格式：蔣潔，蔣宇鑫.山西省靈石縣小型淤地壩調查研究[J].中國水土保持，2025（3）：42-44，58.

黃土高原地區生態環境脆弱，水土流失問題嚴重[1]。淤地壩是黃土高原地區行之有效的水土流失治理措施之一[2]，在控制溝道侵蝕、攔蓄泥沙方面起到了重要作用[3]。2019年9月，習近平總書記在主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會時指出，黃河中游地區要突出抓好水土保持和污染治理，有條件的地方要大力建設旱作梯田、淤地壩等[4]。淤地壩在攔泥淤地、削峰滯洪及改善當地生態環境方面發揮了重要功能[5]。水利部于2021—2022年組織開展了黃土高原地區中型以上淤地壩風險隱患排查工作，基本摸清了中型以上淤地壩的底數和運行狀況，然而對小型淤地壩的基本信息并未全面掌握。為此，本研究以黃土高原黃土區的典型縣域代表——山西省靈石縣為例，開展縣域范圍內小型淤地壩調查，并對淤積情況進行計算分析，摸清運行狀態，以期為小型淤地壩調查統計、規劃設計、風險防控、運行管理、效益評估等提供技術支撐與決策依據。

1研究區概況

靈石縣隸屬山西省晉中市，地處黃土高原，介于北緯36°40′～37°00′，東經110°20′～112°00′之間，總面積1202km2，其中水域面積1353.3hm2，年均河川徑流量為0.45億m3，年均地下水蓄積量為0.89億m3，除去地下水重復計算量0.49億m3，年均水資源總量為0.85億m3。全境屬黃河流域、汾河水系，過境河流為汾河，自北向南流經全縣約60km，另有靜升河、仁義河、段純河、交口河等汾河四大支流。屬溫帶大陸性季風氣候區，春旱多風、夏熱多雨、秋涼氣爽、冬寒少雪。年均日照時數2331h，年均氣溫10.8℃，平均地溫12.4℃，年均無霜期156d，年均降水量477.5mm，年均風速1.7m/s。

2調查方法

靈石縣小型淤地壩調查的技術路線包括：①進行摸底調查，了解區域基本情況，收集整理相關資料；②開展遙感影像解譯，形成小型淤地壩初步統計表；③選取典型區域進行實地抽樣調查；④推算小型淤地壩的淤積情況；⑤形成成果報告。

2.1遙感影像解譯

在支溝、主溝溝頭和小溝道主溝尋找小型壩，結合《水土保持工程設計規范》（GB51018—2014）、《淤地壩技術規范》（SL/T804—2020）中規定的小型淤地壩總庫容為10000～100000m3，定位靈石縣的小型淤地壩（庫容低于10000m3的不計為淤地壩），進行遙感影像解譯。在解譯過程中，由于小型淤地壩和谷坊、田坎相似，且植被茂盛難以判斷壩體位置，因此通過疊加DOM影像讀取淤積面高程值和高差，利用不同期的多種影像如天地圖、奧維地圖、高分影像、無人機影像等進行互相印證判斷，逐一化解問題，提高結果的準確度。在影像上尋找到小型淤地壩后，利用ArcGIS計算工具勾繪出壩頂長度、寬度、高程、淤積面高程、壩高、控制面積及淤積面積，并獲取經緯度、地理位置等普查工作需要的淤地壩基本指標和參數，初步形成統計表。

2.2實地抽樣復核

在內業解譯的基礎上，進行實地抽樣復核：①對下游有村莊、學校、工礦等重要設施，且可能存在安全隱患（壩腳下游500m范圍內，且溝底高程與設施高程差小于1m）的小型淤地壩進行重點復核；②盡量選取淤地壩較集中的流域、溝道或者鄉村進行實地復核，按照壩系或溝道進行航拍實測，核實小型淤地壩數量；③實地抽樣復核比例應不低于靈石縣小型壩總量的10%；④根據上一階段內業完成情況，對存在影像上不易識別、定位存疑等問題的進行重點復核，現場確認；⑤對有泄洪設施、壩內蓄水，下游影響范圍內有人或設施等影響安全度汛情況的淤地壩盡量核實。通過現場無人機正射影像拍攝并實地測量淤地壩壩頂高程、壩長、壩寬、溢洪道高程及尺寸、淤積面積等數據。

2.3淤地壩淤積情況計算

2.3.1淤積面積計算

目前常用的淤積面積估算方法有推導公式法和經驗公式法。推導公式法是分析建壩前溝道形狀，將溝道斷面分為對稱梯形、矩形、三角形、弧形，通過淤地壩設計資料查詢、現場測量等方法，獲取壩前淤積寬度、淤積末端寬度，以及弧形斷面溝道的拱形跨度等數據，由數學公式推導淤積面積。經驗公式法是通過設計資料查詢或現場量測獲得淤積長度，再乘以淤地形狀系數計算得到淤積面積，其中狹長形的淤地形狀系數取0.25、條形取0.33、橢圓形取0.40、扇形取0.50。

考慮到山西省小型淤地壩多為當地群眾自行修筑，缺乏相關的設計圖紙和水文資料，上述方法中的指標參數獲取比較困難。靈石縣小型淤地壩數量較多，均已形成一定的淤積，現場測量工程量大，且無法對原始地貌溝道進行測量。經與水利部黃河水利委員會有關單位、專家研討論證，可在高清遙感影像圖上勾繪出淤積范圍，再通過GIS軟件計算得到淤積面積，相較于推導公式法和經驗公式法效率更高。本研究采用1m分辨率的遙感影像，勾繪出淤積范圍，再通過ArcGIS軟件自動計算得到淤積面積。

2.3.2淤積量計算

目前常用的淤地壩淤積量估算方法有泥沙淤積體概化法、經驗公式法和庫容曲線擬合法。2022—2023年山西省開展了大中型淤地壩隱患排查和淤積調查工作，涉及山西省大中型淤地壩2000余座，形成了淤地壩淤積量經驗公式，雖數據樣本較大，但具有一定的指導意義。

本研究選取典型淤地壩，對基于3種方法的淤積量估算結果進行驗證，確定小型淤地壩淤積量計算方法。

1）泥沙淤積體概化法是指對泥沙淤積體進行規則概化，將橫斷面概化為規則的錐體或擬臺（楔）體，然后結合設計資料測算特征要素，計算或推算出淤地壩的淤積體積。概化為錐體時計算公式為

式中：VJ為錐體的體積，單位m3；L為淤積長度，單位m；n為淤積體橫斷面形狀指數；d0為壩前最大淤積深度，單位m；B0為壩前斷面淤積表面寬度，單位m。

概化為擬臺（楔）體時計算公式為

式中：VQ為擬臺（楔）體的體積，單位m3；b0為壩前斷面淤積體下底寬度，單位m；Bm為淤積面末端表面寬度，單位m。

2）在淤地壩隱患排查和淤積調查過程中，總結出經驗公式：總庫容是滯洪庫容和設計淤積庫容的總和，其中滯洪庫容是洪量模數和控制面積的乘積，設計淤積庫容是流域侵蝕模數、控制面積和設計淤積年限的乘積；已淤積庫容是淤積面積和經驗參數的乘積，小型壩的經驗參數取值范圍為2000～5000，其中壩長小于40m的取值3500，壩長40～70m的取值4000，壩長大于70m的取值4500～5000。

3）庫容曲線擬合法是目前比較成熟的淤地壩泥沙淤積量估算方法，應用較多，其從建壩前溝道形態的實際情況出發，可以準確反映壩地的地形特征。本研究選取典型淤地壩，應用無人機航拍等測量方式獲取泥沙淤積的空間范圍、面積及淤積面平均高程，結合建壩前1∶10000地形圖獲取溝道形態特征，應用庫容曲線以及GIS空間分析技術，進行高程-庫容曲線擬合，估算建壩以來淤地壩的泥沙淤積總量。

對基于3種方法得到的典型淤地壩淤積量計算結果進行對比（見表1），發現庫容曲線擬合法和經驗公式法計算結果比較接近，經現場打點開挖測量，發現計算結果與實際淤積情況基本相符，證明方法可行。泥沙淤積體概化法計算結果偏離較大，操作復雜，因此本研究選擇庫容曲線擬合法和經驗公式法相結合的方法進行小型淤地壩淤積量的計算。

3靈石縣小型淤地壩調查結果

靈石縣小型淤地壩數量、分布及淤積情況調查結果見表2。靈石縣共有556座小型淤地壩，分布在12個鄉鎮、140個村莊，其中王禹鄉數量最多，為117座，其次是梁家墕鄉，為114座，兩渡鎮、交口鄉、馬和鄉數量較少，分別有8、7、1座。翠峰鎮分布有小型淤地壩的村莊數量最多，為26個，其次是梁家墕鄉，為19個，交口鄉、英武鄉、馬和鄉較少，分別只有4、4、1個。

在556座小型淤地壩中有446座已淤滿，109座正常運行，1座不再正常運行（南關鎮南關淤地壩）。全縣小型淤地壩淤積總面積為270.55hm2，淤積總量為1270.70萬m3。

此外，還調查了靈石縣小型淤地壩的樞紐組成情況和對下游的影響情況。在靈石縣的556座小型淤地壩中，553座由壩體一大件組成，3座由壩體和泄洪建筑物兩大件組成，其中翠峰鎮1座（牛家莊2#）、夏門鎮2座（社底窊1#、社底窊2#）。通過遙感影像初步判讀，牛家莊2#、小泉溝1號兩座小型淤地壩下游影響范圍內有居民，這兩座淤地壩分別位于翠峰鎮和靜升鎮，樞紐組成分別為壩體、溢洪道兩大件和壩體一大件。有16座小型淤地壩下游影響范圍內有設施，其中翠峰鎮8座、夏門鎮4座、兩渡鎮1座、靜升鎮3座，下游設施主要包括小型淤地壩、工廠、村莊、道路、高速路樁等，見表3。

4結論

經調查，靈石縣共有556座小型淤地壩，已淤積1270.70萬m3，其中大部分處于淤滿狀態，已淤滿的占總數的80.22%。靈石縣作為《山西省水土保持規劃（2016—2030年）》確定的汾河源頭區，經小型淤地壩攔蓄，減少泥沙進入汾河，生態效益顯著。同時，靈石縣小型淤地壩已淤成壩地270.55hm2，分布于140個村莊，現場調查發現，其上下游均種植農作物。按照水利部黃河水利委員會測算的水土保持工程效益定額，在種植相同作物的情況下壩地較自然溝道單產增加6000kg/hm2，具有良好的農業經濟效益。在后續水土保持工作中，可在適宜的溝道積極開展小型淤地壩建設，同時做好運行管護，確保工程效益持久發揮。

在556座小型淤地壩中，有牛家莊2#、小泉溝1號兩座小型淤地壩下游影響范圍內有居民，初步調查影響居民數量約為20人。這兩座淤地壩庫容均較小（牛家莊2#壩總庫容4.23萬m3，已淤積3.02萬m3，小泉溝1號壩總庫容2.66萬m3，已淤滿），且牛家莊2#壩兼有排洪渠，因此認為這兩座小型淤地壩對下游的影響較小。共有16座小型淤地壩下游影響范圍內有設施，其中影響設施為小型淤地壩的7座、道路的6座、村莊的2座，工廠的2座。這16座小型淤地壩中有3座具有溢洪道，溢洪道內有流土雜草堆積，建議加強日常管護，及時清理，確保汛期能正常排洪，保障壩體自身安全及下游安全。

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[5]王飛超.黃土高原淤地壩系安全運行與水沙資源利用潛力研究[D].西安：西安理工大學，2023：1-2.

（責任編輯李佳星）

收稿日期：2024-10-09

第一作者：蔣潔（1979—），男，河北保定人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持監管、監測及項目管理等工作。

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