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(jìn)農(nóng)民增收、減少入黃泥沙的重要水土保持措施。本文通過(guò)對(duì)小河溝水土流失現(xiàn)狀和原因進(jìn)行客觀分析，通過(guò)該流域洪水計(jì)算和調(diào)洪演算以及壩系相對(duì)穩(wěn)定理論，優(yōu)化該流域淤地壩設(shè)計(jì)方案，使其治理方案更加科學(xué)合理。

1 小河溝概況

小河溝位于禮泉縣城西北約12km,屬?zèng)芎佣?jí)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)49個(gè)行政村，主溝道溝長(zhǎng)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(nèi)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(shù)26次。由于每年暴雨多發(fā)，經(jīng)常發(fā)生塌方和滑坡。

2 該流域水土流失狀況及存在問(wèn)題

小河溝梁峁起伏，溝壑密布，侵蝕模數(shù)平均為3700t/km2·a，屬中度水土流失區(qū)。由于重力、水力、風(fēng)力、瀉溜等因素侵蝕，加之人們?cè)谏a(chǎn)生活中耕種不合理，毀林毀草開荒，生產(chǎn)建設(shè)單位在基本建設(shè)過(guò)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(wàn)噸。同時(shí)，下游是寶雞峽的泔河水庫(kù)。由于小河溝小流域泥沙大量涌入，加重了泔河水庫(kù)的淤積，隨著寶雞峽泔河水庫(kù)加壩加閘和清淤工程年內(nèi)實(shí)施，在小河溝建立壩系成為當(dāng)務(wù)之急。另外，該流域內(nèi)有淤地壩4座，年久失修，已成為險(xiǎn)壩。

3 小河溝淤地壩基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算

3.1 小河溝淤地壩方案設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

該方案淤地壩洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，200年一遇洪水校核，年限為20年。以下相關(guān)數(shù)據(jù)由《咸陽(yáng)市實(shí)用文手冊(cè)》查閱得到。

3.2 該流域洪水總量計(jì)算

式中，Wp——頻率為P的洪水總量，萬(wàn)m3；

式中，s——雨力，mm，s=A+B·logN;

m——土壤下滲強(qiáng)度，mm。

3.2 洪峰流量計(jì)算

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

式中，QN——重現(xiàn)期為N設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s;

F——設(shè)計(jì)流域面積,km2;

KN——重現(xiàn)期為N的經(jīng)驗(yàn)參數(shù);

n——指數(shù)，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(qū)洪峰流量，m3/s;

Q2——下游匯流區(qū)洪峰流量，m3/s;

F1——上游匯流區(qū)面積，km2;

F2——下游匯流區(qū)面積，km2;

石泉區(qū)間面積F2=11.98km2

經(jīng)計(jì)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(guò)程線

該流域面積較小，洪水過(guò)程線采用概化三角形過(guò)程線法。洪水歷時(shí)計(jì)算公式為：

式中，Tp——洪水總歷時(shí)，h；

Wp——頻率為P的洪水總量，萬(wàn)m3;

QN——重現(xiàn)期為N設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s。

漲水歷時(shí)公式為:

式中，T1——漲水歷時(shí)，h;

dt1——漲水歷時(shí)系數(shù)，一般為0.13～0.17,本計(jì)算系數(shù)取0.15。

表1 不同頻率設(shè)計(jì)洪水總量模數(shù) 單位：萬(wàn)m3/k m2

表2 石泉壩設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線相關(guān)數(shù)據(jù)

3.4 該流域調(diào)洪演算

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

式中，Q泄——調(diào)洪后的洪峰流量，m3/s;

Q洪——設(shè)計(jì)洪峰流量，取值62.51m3/s;

V滯——滯洪庫(kù)容，由“壩高—庫(kù)容”曲線查得值為35.64萬(wàn)m3;

W洪——設(shè)計(jì)洪水總量，取值50.08萬(wàn)m3。

經(jīng)計(jì)算，Q泄=18.02m3/s。

3.5 侵蝕模數(shù)和輸沙量計(jì)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(shù)，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(wàn)m3。其中，侵蝕模數(shù)采用調(diào)查淤積量推算和查《咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)》相結(jié)合的辦法最后確定為3700t/km2·a。

4 小河溝小流域淤地壩建設(shè)方案

4.1 壩系布局原則

其壩系設(shè)計(jì)方案應(yīng)為：支毛溝以淤地?cái)r泥為主，配套骨干壩防洪，主溝骨干壩上攔下保，淤排結(jié)合，確保支溝和全流域壩系防洪保收，安全運(yùn)行。在流域治理中重視溝道治理，根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件，社會(huì)情況和溝道工程運(yùn)行現(xiàn)狀，控制洪水泥沙，提高水資源利用率，發(fā)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(shè)方案一

根據(jù)流域溝道現(xiàn)狀，在該流域溝道上建設(shè)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(jí)溝道建設(shè)9座中型壩，在2、3、4級(jí)溝道建設(shè)19座小型壩，流域內(nèi)原有小型壩3座，其中加固小型壩1座。建設(shè)期末流域壩系工程總數(shù)達(dá)到37座，布?jí)蚊芏冗_(dá)到0.48座/km2，總庫(kù)容達(dá)到1426.95萬(wàn)m3，骨干壩、中型壩工程結(jié)構(gòu)形式以上土壩、施水工程“兩大件”結(jié)構(gòu)為主，只有石泉壩由土壩、溢洪道和放水臥管三大件組成，對(duì)于加固配套的小型壩結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，采取加壩和增設(shè)放水工程的辦法予以解決。

4.3 小河溝小流域壩系建設(shè)方案二

其在建設(shè)方案一的基礎(chǔ)上，根據(jù)流域溝道現(xiàn)狀在小河溝小流域主溝道上增設(shè)一座控制性骨干工程，使主溝道控制性骨干工程達(dá)到五座，建設(shè)期末流域壩系工程總數(shù)達(dá)到38座，布?jí)蚊芏冗_(dá)到0.52座/km2，總庫(kù)容達(dá)到1426.95萬(wàn)m3。

5 流域壩系建設(shè)方案比選

5.1 建壩條件對(duì)比

該流域內(nèi)溝道發(fā)育、電力供應(yīng)、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(duì)穩(wěn)定對(duì)比

通過(guò)對(duì)壩系防洪能力，保收能力和穩(wěn)定三方面進(jìn)行壩系進(jìn)行相對(duì)穩(wěn)定分析，為壩系建成后的運(yùn)行管理，維修加固和防洪提供決策依據(jù)。

首先是對(duì)壩系工程的防防洪能力進(jìn)行分析，也就是說(shuō)對(duì)骨干壩工程承擔(dān)，兩個(gè)方案骨干壩設(shè)計(jì)都是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目實(shí)施5年后，骨干壩單壩防洪能力均大于500年一遇洪水；項(xiàng)目實(shí)施10年后，壩系工程防洪能力可達(dá)500年一遇洪水；項(xiàng)目實(shí)施15年后，壩系工程防洪能力為300年一遇洪水；項(xiàng)目實(shí)施20年后，各骨干壩將陸續(xù)淤滿，但其單壩防洪能力都能達(dá)到200年一遇洪水；項(xiàng)目實(shí)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(duì)其逐步進(jìn)行加固改造。其次，對(duì)壩系防洪保收能力分析。影響農(nóng)作物保收的因素有：淹水深度，耐淹歷時(shí)和淤積厚度。其中耐淹歷時(shí)在設(shè)計(jì)放水建筑物時(shí)已按10年～30年一遇洪水2天～3天排完考慮，對(duì)防洪保收已不構(gòu)成影響，故主要考慮淹水深度和淤積厚度指標(biāo)，按10年一遇洪水淹水深度不超過(guò)80cm，淤積厚度不超過(guò)30cm視為保收。經(jīng)分析計(jì)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(xiàng)指標(biāo)都較優(yōu)于第二個(gè)設(shè)計(jì)方案。最后，是對(duì)壩系相對(duì)穩(wěn)定分析。根據(jù)有關(guān)計(jì)算成果，小河溝小流域10年一遇洪水條件下要實(shí)現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，壩系相對(duì)穩(wěn)定系數(shù)為1/23.81?，F(xiàn)擬建壩系控制面積 73.5km2，方案一設(shè)計(jì)淤地面積375.16hm2，方案二設(shè)計(jì)淤地面積364.23hm2，兩者方案相比，方案一比方案二相對(duì)穩(wěn)定。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)計(jì)算期按33年計(jì)算，方案一具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均可行。

表4 方案一和方案二經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比表

表3 方案一和方案二相關(guān)數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

通過(guò)比較，方案一為最佳方案。按該方案項(xiàng)目實(shí)施后將有效改善小河溝小流域嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)狀，提高溝道防洪標(biāo)準(zhǔn)，減少入黃泥沙，促使流域坡耕地退耕還草，調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，加快生態(tài)環(huán)境的改善，不僅具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，其社會(huì)效益也非常顯著。陜西水利