考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险评估

淤地坝一旦遭遇极端降雨极易导致洪水漫顶溃决,将对下游人民群众造成极大威胁,亟需开展淤地坝溃决风险定量评估。现有研究忽略泥沙对溃决致灾过程的影响。本研究通过分析降雨诱发的泥沙对溃决致灾的影响过程,揭示降雨-洪水-泥沙作用下的溃决致灾机制,建立考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险定量评估模型,将传统的“降雨-洪水”研究发展为“降雨-洪水-泥沙”,实现溃决坝体的精准判定和风险定量评估。将模型应用于王茂沟流域两次溃决案例,并评估不同重现期降雨量的溃决致灾风险。结果表明:考虑泥沙对溃决致灾过程的影响,判定关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝溃决,判定结果与实际溃决情况吻合,忽略泥沙影响则背塔沟坝的溃决判定存在差异。与忽略泥沙对溃决致灾的作用相比,考虑泥沙作用2017-7-26降雨下关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝起溃时间分别提前11 min、13 min和7 min,有利于及时发出预警,快速撤离两岸群众,提升了淤地坝预警的准确度。不同重现期降雨量下,关地沟3坝10年一遇溃决流量为4.82 m^(3)/s,200年一遇溃决流量为5.97m^(3)/s。黄柏沟2坝和关地沟4坝在目前淤积情况下,可抵御200年一遇降雨。

极端降雨条件下淤地坝系溃决损失计算方法

近年来,由于自身“服役”状态欠佳和汛期极端降雨天气频发,淤地坝在发挥综合效益的同时面临着溃决风险。这对下游人民生命财产和生态环境保护造成极大威胁。因此,亟需提出极端降雨条件下淤地坝系溃决损失的定量计算方法。基于“家谱法”坝系溃决风险分析程序FT-IWHR、溃口流量程序DB-IWHR、一维洪水演进计算程序,提出淤地坝系溃决—洪水演进全过程计算方法,结合李—周法生命损失计算模型等,构建涵盖生命损失、经济损失、社会环境影响3方面的溃决损失计算方法体系;并在西五色浪流域淤地坝系进行应用。结果表明:警报时间对生命损失数量影响极大,充分警报和无警报下生命损失数量相差10倍左右且降雨量超过100年一遇后损失激增,坝系以中小型淤地坝溃决为主。溃决损失计算方法可实现对淤地坝系溃决损失进行快速量化评估,为淤地坝系安全度汛和病险坝除险加固工作提供技术支撑,同时建议西五色浪流域做好中小型淤地坝的溃决风险防控工作。

黄土高原老旧淤地坝提升改造技术措施研究

根据老旧淤地坝的定义,总结了老旧淤地坝提升改造的目标、原则,以及鉴定标准和程序,从安全、效益、需求和利用4个方面分析提出了防洪控制型、产业利用型、水资源利用型、城郊开发型、远郊淤地型5种淤地坝提升改造模式。基于老旧淤地坝提升改造最新研究成果,从基础设施配套、提升改造措施及新技术、新材料、新方法成果应用方面总结了老旧淤地坝提升改造相关研究成果。

黄土高原老旧淤地坝提升改造投资分析

为贯彻落实《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》中“加强老旧淤地坝提升改造”精神,开展老旧淤地坝投资分析研究。文章利用黄委绥德水保站70多年来对于韭园沟小流域淤地坝建设和研究资料,选择11座典型淤地坝进行分析,提出排洪渠、坝体加高、坝坡绿化、坝地盐碱防治等4种主要措施,并邀请黄河流域7省(自治区)水保部门开展50座典型老旧淤地坝补充相关数据,开展全面的分析研究。对老旧淤地坝建设尺寸和面积、工程量和投资规模进行计算,得出了大型坝投资100万元/座,中型淤地坝投资60万元/座的结论。依据《黄河流域水土流失综合防治规划》提出的提升改造4348座老旧淤地坝,科学预测出完成这些老旧淤地坝提升改造的总投资规模应为31.64亿元。

桑干河流域淤地坝沉积泥沙特征及其来源解析

[目的]为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法]选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、137 Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤积阶段的泥沙策源地及坝控小流域侵蚀产沙演变规律。[结果](1)沉积泥沙中137 Cs平均含量较低,与沟壁土壤无显著差异(p>0.05),但极显著小于林草地和耕地的137 Cs含量(p<0.01),这指示淤地坝沉积泥沙主要来源于沟壁;(2)由于沟壁中大部分137 Cs含量低于检出限,137 Cs较好地指示泥沙主要来源沟谷地中的沟壁,但难以用于小流域多种策源地的判别,经Kruskal-Wallis H非参数检验和多元逐步判别分析筛选,确定TN+X lfb+SOC构成最佳指纹因子组合,有效地判别小流域2006—2017年泥沙源地的平均贡献率为沟壁(82.68%±8.20%)>耕地(15.36%±8.46%)>林草地(1.96%±0.33%);(3)在小流域侵蚀产沙过程中,沟壁长期是主要的泥沙贡献区,林草地对侵蚀性降雨的响应较弱,耕地在极端暴雨发生时其泥沙贡献率显著上升。[结论]137 Cs核素示踪技术有效地适用于该区小流域主要泥沙策源地判别,复合指纹技术则可以更好地厘定多元泥沙策源地。沟蚀引起的沟壁崩塌是桑干河流域土壤侵蚀严重的主要原因。

新时期陕西省黄土高原地区淤地坝工程建设管理实践与思考

截至2022年底,陕西省建成淤地坝35 049座,占全国淤地坝总数的58%,是淤地坝建设的主战场。基于陕西省淤地坝建设发展现状及成效,从病险淤地坝影响安全运用、地方配套资金不到位、林业占地手续制约水保生态治理项目实施的积极性、运行管理手段落后等4个方面,分析了淤地坝建设管理方面存在的问题,提出了完善顶层规划体系、超前谋划项目前期、加强建设管理、创新筹融资机制、提升运行管理效能、加大技术创新力度等6个方面的应对举措,可为陕西省淤地坝高质量发展和打造黄土高原地区水土保持高质量发展先行区提供积极探索。

基于坝系相对稳定理论的韭园沟小流域高标准淤地坝坝系建设研究

高质量淤地坝建设是黄土高原水土保持高质量发展的重要工作内容之一,也是贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的重要工作之一。介绍了1953年至今绥德水土保持科学试验站淤地坝试验和建设历程,以及坝系相对稳定理论的概念、内涵和坝系相对稳定系数的确定情况。以绥德站水土保持试验示范小流域——韭园沟小流域为例,进行坝系布局、淤地坝工程结构和坝系相对稳定分析,论证了要实现淤地坝高质量发展,实现坝系相对稳定是关键。

淤地坝坝地有机碳空间分布及其对流域土地利用的响应

[目的]淤地坝以直接拦截泥沙的方式治理水土流失,显著改变土壤有机碳(SOC)的横向迁移过程。分析淤地坝坝地内SOC的空间分布特征及流域土地利用对坝地浅土层(0—200 cm)内SOC分布的影响,为淤地坝建设与流域生态环境协同发展提供科学依据。[方法]以岔巴沟流域内3个土地利用类型差异较大(草地、坡耕地、梯田面积占比不同)的小流域为对象,采用遥感解译、野外采样与室内测试相结合的方法,研究坝地SOC空间分布特征及坝地表土层SOC对土地利用的响应关系。[结果](1)在垂直方向上,SOC在表层土(0—20 cm)含量最高,并随土层深度增加快速降低,深层SOC含量变化较小,在3.5 g/kg上下浮动。(2)在顺水流方向上,因土壤侵蚀沉积特征等影响,SOC在坝地中、后段含量较高;在平行坝体方向上,两侧含量较高。(3)流域内梯田占比较高的B淤地坝,坝地SOC均值(4.4 g/kg)显著高于A淤地坝坝地(3.9 g/kg)和C淤地坝坝地(3.5 g/kg)。(4)流域内梯田的SOC最高,同时梯田建设影响了侵蚀泥沙的土壤粒径,从而使得流域内梯田占比与坝地表土层SOC呈显著正相关关系。草地表层SOC碳含量较低,使得坝地地表SOC含量与草地呈负相关关系。坡耕地SOC密度与坝地地表的SOC含量呈正相关关系,但由于坡耕地面积较小,其占比与坝地地表SOC无明显相关性。[结论]受土壤侵蚀、SOC来源和矿化特征影响,坝地表层土SOC最高,随土层深度增加快速降低并趋于稳定。梯田地类内的高SOC含量水平及较细颗粒的侵蚀土粒特征,导致了梯田占比最高的B淤地坝坝地内SOC含量最高。黄土丘陵沟壑区坝控流域内的梯田建设对淤地坝坝地SOC的正向响应。梯田及淤地坝不仅能够减少流域内的水土流失,同时还能够显著提高流域内土壤有机碳水平,改善流域微环境。

黄土高原半干旱区淤地坝安全监测方法

[目的]监测黄土高原半干旱区淤地坝在汛期后形变程度,及时准确发现淤地坝的异常情况,为黄土高原半干旱区淤地坝安全监测提供更加科学可靠的技术方法。[方法]通过三维激光扫描仪对两座淤地坝进行扫描,由此得到高密度、高精度、连续完整的3D点云数据,然后将点云数据导入HD Scene软件进行点云预处理,最后通过Cloud Compare以及Geomagic Control软件进行建模对比分析。[结果]两期点云模型对比可以看出,东沟淤地坝模型大量点云的偏移量在0.05 cm以下,少量点云达到了最大偏移值0.2 cm。西沟淤地坝模型大量点云的偏移量在0.1 cm以下,极少量点云达到了最大偏移值0.4 cm。汛期降水量占全年的77.34%,汛期后两座淤地坝均会产生较小的坝体沉降和水平位移,但西沟淤地坝的形变受水压分量影响更为明显。[结论]将三维激光扫描技术应用于黄土高原半干旱区淤地坝安全监测,可以快速精准掌握淤地坝汛期后是否发生形变以及形变程度,使得淤地坝安全监测工作更加精准可靠。

淤地坝排洪渠—溢洪道组合式泄洪过流的物理试验和数值模拟

为探究排洪渠连接溢洪道的过流形式能否适用于满淤积状态下的淤地坝,采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法,研究了排洪渠—溢洪道组合形式对淤地坝减蚀、泄洪能力的影响。结果表明,在该连通方式下,坝地及溢洪道内整体水流平稳,仅在溢洪道进口前出现紊乱流态;排洪渠的布设减小了坝地的径流流速,可有效抑制洪水对淤积土体的冲刷侵蚀破坏;在上游来流量较小时,溢洪道的流量系数小于设计值,但随着流量增大,淤地坝泄流能力增强并满足泄洪要求。研究结果可为后续淤地坝的除险加固工程提供参考依据。

基于模糊层次分析法的西廒沟淤地坝坝系效益评价研究

通过查阅资料及专家咨询等方式,建立了乡宁县西廒沟小流域淤地坝坝系综合效益评价指标体系。该指标体系由目标层、准则层、指标层3个层次组成,其中目标层为坝系综合效益,准则层由生态效益、经济效益、社会效益3个一级指标组成,指标层是准则层各个指标的细分,共有15个二级指标。通过层次分析法确定指标的权重,构建了模糊数学评价模型,对西廒沟流域淤地坝坝系综合效益进行评价,得到其生态、经济、社会效益的具体分值分别为82.40、83.09、80.40,综合效益得分为81.96,达到了优等级,说明该淤地坝坝系取得了良好的综合效益。

新时期下黄土高原地区淤地坝改革建管思路

以甘肃省定西市为例概述了黄土高原地区淤地坝的建设管理现状,分析了当前淤地坝日常运行管理存在的主要问题,提出了新时期淤地坝高质量发展的运行管理对策、淤地坝发挥潜在效益助推经济发展的方式以及建立健全信息监管平台技术措施。并在此基础上推行淤地坝“四变”改革使其充分发挥淤地坝综合效益,以期为新时期淤地坝高质量发展提供参考,为实现黄河流域生态保护和高质量发展提供强有力支撑。

水土保持中淤地坝建设的相关要点探讨

介绍了淤地坝在水土保持中发挥的拦蓄入黄泥沙、扩大耕地面积、防洪减灾、涵养水源、调整土地利用结构等作用,分析了淤地坝建设管理中存在的坝系规划布局不合理、设计标准有待提升、施工质量偏低、坝体维护管理水平低等问题。并围绕水文计算、选址、单坝建设时序、库容设计、坝高与坝体断面尺寸设计、放水工程设计、溢洪道设计、施工前准备、施工放样、地基处理、清基与削坡、坝体填筑、放水工程与溢洪道施工、坝体运行维护管理等方面,探讨水土保持中淤地坝建设管理的相关要点。

窟野河流域淤地坝和湖库洪水调蓄功能价值评价

窟野河流域是黄土高原水土流失最严重的区域之一。淤地坝作为黄土高原水土流失治理的一项重要工程措施,其滞洪作用常被忽略。以窟野河流域为例,基于生态系统服务功能价值核算的理论和方法提出了淤地坝、水库、湖泊洪水调蓄能力的量化方法,并运用影子工程法计算淤地坝、水库、湖泊洪水调蓄功能价值,探讨将淤地坝纳入生态系统洪水调蓄功能价值核算体系的必要性。结果表明:窟野河流域淤地坝、水库、湖泊可调蓄水总量为23671.98万m 3,洪水调蓄功能总价值为120212.50万元,其中,淤地坝可调蓄水量为11575.02万m 3,占可调蓄总水量的48.90%,洪水调蓄价值为46300.08万元,占洪水调蓄功能总价值的38.52%,淤地坝洪水调蓄能力和价值不可忽视;建立的淤地坝洪水调蓄功能价值评价方法简单且易于应用,将淤地坝纳入生态系统洪水调蓄功能价值核算体系中,使该体系在黄土高原地区应用更加完善、准确,可为淤地坝坝系规划、建设、投资及除险加固工作提供参考。

陕北淤地坝治理:从“一沟泥”到“满沟粮”

“梯田层层绕山头,座座坝地锁住沟。坡地林草盖被子,沟渠打坝粮园子。”在陕西榆林米脂县的高西沟村,曾经名不见经传的小山村,如今满山苍翠,被誉为陕北黄土高原上的“一颗明珠”;在陕西延安安塞区的南沟村,一座座淤地坝拦沙淤地,一道道梯田高低错落,漫山遍野的苹果长势良好,红彤彤的挂满枝头,昔日百姓眼中的“山窝窝”里挂满了“金果果”……

黄土高原淤地坝建设不良地质问题及整治措施探析

黄土高原地区水土侵蚀严重,建设淤地坝可以预防和改善水土流失,保护坝区生态环境并涵养水土。工程区属黄土高原水侵蚀区,沟壑密集,冲刷严重,在此修建淤地坝将面临复杂的地质环境,工程难度较大。通过现场勘察,查明工程区地质条件,探讨黄土高原淤地坝建设中存在的主要地质问题,并提出整治措施,用于解决满郭滩大(2)型淤地坝建设中的实际工程问题。

高标准免管护新型材料淤地坝施工工艺关键参数试验研究

高标准免管护新型材料淤地坝为解决淤地坝坝身过流技术难题提供了一种全新方案,但是对于现有施工工艺中关键施工参数对施工的影响研究仍处于探索阶段。基于陕西省某新型材料试验淤地坝项目,围绕高标准免管护新型材料淤地坝施工工艺中的拌和、摊铺、碾压工序中的关键参数开展试验研究。试验结果表明:拌和时间对黄土固化剂混合料的均匀度有着显著影响,并存在最佳拌和时间阈值;静-振结合的碾压方式碾压效果优于静压和振压的碾压方式;最优黄土固化剂混合料摊铺厚度约为30 cm;在实际施工中应综合考虑质量、时间和成本等综合因素,从而合理选择碾压速度。

临县淤地坝建设成效分析

淤地坝是黄土高原地区治理水土流失的重要工程措施,临县深处黄土高原腹地,淤地坝建设历史悠久,共建成淤地坝5540座,其中大中型坝163座。临县163座大中型淤地坝控制流域总面积395.21 km^(2),总库容8320.65万m^(3),拦泥库容5695.36万m^(3),可淤坝地838.65 hm^(2),达到淤积年限总拦泥量7665.76万t、年均保水量377.39万m^(3),产生年均直接经济效益2043.15万元、总间接经济效益21293.78万元,在蓄水保土、淤积坝地、滞洪减灾、改善区域生态环境等方面效益十分明显。临县淤地坝建设不仅为生态环境的可持续良性发展奠定了基础,为实现黄河下游“河床不抬高”提供了有力保障,更有效地巩固了脱贫攻坚成果,助力乡村振兴战略的全面实施。

天水市秦州区淤地坝管理实践与探索

秦州区现有各类淤地坝26座,淤地坝的建成有效减少了入河泥沙和洪涝、泥石流等自然灾害发生,减轻了灾害破坏程度,保障了工程下游群众的生命财产安全。多年来,秦州区在淤地坝防汛管理实践中总结的主要经验包括:落实保障措施,维护工程安全;狠抓体系建设,靠实管护责任;强化分类指导,提升管理水平。针对秦州区淤地坝工程管理中存在的问题,提出了合理化建议。

《淤地坝维修养护标准》批准发布

2024年4月11日,由水利部主持、黄河水利委员会负责编制的《淤地坝维修养护标准》(SL/T 823—2024),经水利部2024年第5号公告批准发布,将于2024年7月11日起实施。《淤地坝维修养护标准》共5章、6个附录,主要技术内容包括检查、淤地坝养护、淤地坝维修等,适用于黄土高原地区大中型淤地坝的维修养护。