王俊峰

(黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

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黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究

王俊峰

(黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

粗泥沙集中來源區(qū)；攔沙工程；關(guān)鍵技術(shù)；黃河流域

黃河難治的癥結(jié)是泥沙，其中關(guān)鍵在粗泥沙。經(jīng)多年研究，黃河中游1.88萬km2的粗泥沙集中來源區(qū)是控制入黃粗泥沙的重點(diǎn)區(qū)域。在這一區(qū)域建設(shè)攔沙工程，對(duì)改善當(dāng)前水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)矛盾加劇的局面，遏制主槽萎縮和“二級(jí)懸河”不斷發(fā)展的態(tài)勢(shì)，減少下游河道泥沙的淤積和延長(zhǎng)干流水庫(kù)攔沙庫(kù)容使用年限具有十分巨大的作用。圍繞黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程規(guī)劃實(shí)踐中需要解決的重大技術(shù)問題，分析了攔沙工程建設(shè)對(duì)減少黃河下游河道泥沙淤積的重大影響，研究了攔沙工程設(shè)計(jì)洪水關(guān)鍵參數(shù)、侵蝕模數(shù)計(jì)算等核心設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理取值，論證了工程總體布局與建設(shè)規(guī)模確定的方法和成果，探討了工程地質(zhì)對(duì)工程建設(shè)的影響、工程監(jiān)測(cè)任務(wù)和工作內(nèi)容、工程建設(shè)對(duì)水資源的影響等關(guān)鍵問題。

黃河粗泥沙集中來源區(qū)主要分布在黃河中游右岸的皇甫川、清水川、孤山川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、無定河、清澗河、延河等9條支流，總面積1.88萬km2，大部分地處黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)。區(qū)內(nèi)梁峁起伏、溝壑縱橫，溝壑密度3.0～8.0 km/km2，多年平均徑流量10.19億m3且主要由暴雨形成，多年平均年輸入黃河泥沙量4.08億t，侵蝕模數(shù)2.17萬t/(km2·a)，局部地區(qū)侵蝕模數(shù)甚至超過3萬t/(km2·a)，劇烈侵蝕區(qū)面積占黃土高原地區(qū)劇烈侵蝕區(qū)面積的51.2%，是黃土高原強(qiáng)烈侵蝕的中心，也是入黃粗泥沙的主要來源區(qū)[1]。在這一區(qū)域建設(shè)攔沙工程，就地?cái)r截泥沙，是解決黃河泥沙淤積的根本措施。歷經(jīng)15年論證分析，規(guī)劃在粗泥沙集中來源區(qū)修建攔沙壩10 165座，其中中型攔沙壩1 995座、小型攔沙壩8 170座。

1　黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程建設(shè)對(duì)減少黃河下游河道泥沙淤積的重大影響

經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，源于黃河中游地區(qū)的粗泥沙是下游河道淤積抬高的癥結(jié)所在，而源于粗泥沙集中來源區(qū)的粗泥沙對(duì)黃河下游河道淤積抬高影響最大。據(jù)1952—1998年系列觀測(cè)資料，進(jìn)入下游河道總沙量566億t，其中粒徑小于0.05 mm的有454億t，約占總沙量的80%；粒徑大于0.05 mm的粗泥沙有112億t，約占總沙量的20%(其中粒徑大于0.1 mm的粗泥沙有23億t，占4%)。同期，在下游河道淤積的泥沙有92億t，占總來沙量的16.3%，其中粒徑小于0.05 mm的47.1億t、粒徑大于0.05 mm的44.9億t(其中粒徑大于0.1 mm的粗泥沙17.8億t)，分別占92億t總淤積量的51%、49%(其中粒徑大于0.1 mm的占19%)，分別占相應(yīng)級(jí)別來沙量的10.4%、40.1%(粒徑大于0.1 mm的粗泥沙占77.4%)。1990—1998年系列觀測(cè)資料顯示，進(jìn)入下游河道粒徑大于0.1 mm的粗泥沙，90%以上淤積在小浪底以下的河道內(nèi)。黃委2002—2004年三次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)共沖刷1.455億t泥沙入海，其中粒徑大于0.1 mm的粗沙約為0.05億t，僅占入海泥沙總量的3.4%，粒徑大于0.1 mm的粗泥沙很難通過調(diào)水調(diào)沙輸送入海。因此，入黃粗泥沙雖然占來沙總量的比例較小，但大部分淤積在黃河下游河道中，危害極大，是黃河下游河道泥沙嚴(yán)重淤積的癥結(jié)所在。

據(jù)1954—1969年資料(見表1)，粗泥沙集中來源區(qū)與黃河中游地區(qū)相比，水土流失面積占 4.1%；輸沙量全沙、粒徑大于0.05 mm和粒徑大于0.1 mm的粗泥沙輸沙量分別占相應(yīng)級(jí)別輸沙量的21.7%、34.5%和54.0%；輸沙模數(shù)全沙、粒徑大于0.05 mm和粒徑大于0.1 mm的粗泥沙分別是黃河中游地區(qū)平均值的5.23倍、8.34倍、13.03倍。

黃河多年平均輸沙量為16億t，約有4億t淤積在下游，即在黃河上中游地區(qū)平均攔截1億t泥沙，下游河道可減少淤積0.25億t。而在黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔減1億t泥沙，下游河道可減淤0.33億t，是黃河中游地區(qū)的1.32倍。因此，在黃河粗泥沙集中來源區(qū)開展攔沙工程建設(shè)是減少黃河下游河道泥沙，特別是減少大量淤積在下游河道粗泥沙的關(guān)鍵戰(zhàn)略措施，必將對(duì)黃河治理產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

表1　1954—1969年不同區(qū)域不同粒徑泥沙組成

2　攔沙工程核心設(shè)計(jì)指標(biāo)研究

2.1設(shè)計(jì)洪水關(guān)鍵參數(shù)的確定

黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程主要建設(shè)內(nèi)容為中小型攔沙壩，單壩控制面積均小于5 km2，暴雨參數(shù)和匯流參數(shù)等設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是確定攔沙壩庫(kù)容的重要依據(jù)。項(xiàng)目區(qū)涉及陜西省府谷、神木、榆陽(yáng)、佳縣、米脂、綏德、子洲、橫山、靖邊、清澗、安塞、子長(zhǎng)等12個(gè)縣區(qū)和內(nèi)蒙古達(dá)旗、伊旗、準(zhǔn)旗等3個(gè)旗，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)》(1977年)、《榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》(1987年)、《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(1985年)，皇甫川、孤山川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、無定河等入黃支流各個(gè)水文站實(shí)測(cè)資料，以及部分小流域水土流失觀測(cè)資料等。

在設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算中關(guān)鍵參數(shù)為年最大不同時(shí)段暴雨量均值(H)和變差系數(shù)值(CV)，包括年最大20 min和1 、3 、6 、12 、24 h雨量均值和變差系數(shù)CV值?！蛾兾魇≈行×饔蛟O(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》《榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)》給出了不同時(shí)段暴雨量均值和變差系數(shù)值圖，可以獲得20世紀(jì)80年代以前系列的暴雨參數(shù)成果。匯流參數(shù)(m)是設(shè)計(jì)洪水的關(guān)鍵參數(shù)，是由流域下墊面綜合條件決定的，反映了洪水峰、量比值的關(guān)系，可以從《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》《榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)》中獲得20世紀(jì)80年代以前系列的匯流參數(shù)成果。項(xiàng)目區(qū)當(dāng)?shù)厮氖謨?cè)均是20世紀(jì)七八十年代編制的，暴雨參數(shù)和匯流參數(shù)均由20世紀(jì)80年代以前的水文系列資料獲得，目前暴雨和下墊面條件發(fā)生了一定的變化，原水文手冊(cè)參數(shù)已不能完全代表變化后的暴雨洪水情勢(shì)，需要修訂反映變化后的實(shí)際情況。

通過采用典型系列資料對(duì)比分析、典型小流域設(shè)計(jì)洪水成果擬合等方法，研究提出了適宜該區(qū)域攔沙壩設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的暴雨參數(shù)和匯流參數(shù)。暴雨參數(shù)的修訂方法是利用項(xiàng)目區(qū)典型雨量站1954—2007年實(shí)測(cè)系列(長(zhǎng)系列)雨量資料，采用對(duì)比分析的方法，獲得暴雨參數(shù)的修正系數(shù)，進(jìn)而獲得設(shè)計(jì)暴雨成果。匯流參數(shù)修訂方法是利用1981年以后試驗(yàn)小流域?qū)崪y(cè)m值，與水文手冊(cè)中對(duì)應(yīng)暴雨洪水m值進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算修正系數(shù)，對(duì)水文手冊(cè)匯流參數(shù)修正后，計(jì)算攔沙壩設(shè)計(jì)洪水。

通過上述方法，最終確定的暴雨參數(shù)修正系數(shù)為0.96～1.00，匯流參數(shù)修正系數(shù)為0.98。采用修正后的暴雨參數(shù)和匯流參數(shù)進(jìn)行洪水水文設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果與試驗(yàn)小流域?qū)崪y(cè)洪水成果擬合驗(yàn)證，精度較高，說明用修正后參數(shù)進(jìn)行攔沙工程洪水水文計(jì)算比較合理。

2.2輸沙模數(shù)計(jì)算及成果分析

按照《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL 289—2003)規(guī)定的方法對(duì)每座攔沙壩設(shè)計(jì)年輸沙量進(jìn)行計(jì)算，具體公式為

S=F·MS

式中：S為設(shè)計(jì)年輸沙量，t；F為壩址以上集水面積，km2；MS為壩址以上控制范圍多年平均輸沙模數(shù)，t/(km2·a)，MS=MS1+MS2，MS1為懸移質(zhì)輸沙模數(shù)，MS2為推移質(zhì)輸沙模數(shù)，推移質(zhì)輸沙模數(shù)按懸移質(zhì)輸沙模數(shù)的5%～15%計(jì)算。

每座攔沙壩懸移質(zhì)輸沙模數(shù)采用多種方法確定后，經(jīng)綜合分析選取。一是利用內(nèi)蒙古、陜西榆林兩地水文手冊(cè)中侵蝕模數(shù)分區(qū)圖[內(nèi)蒙古多年平均水蝕模數(shù)分區(qū)圖(1954—1972年)、榆林地區(qū)多年平均侵蝕模數(shù)分區(qū)圖(1954—1981年)]確定。二是利用各支流各區(qū)間1954—1969年系列實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙模數(shù)確定。三是利用1954—2007年系列實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙模數(shù)確定。四是利用還原后的1954—2007年系列懸移質(zhì)輸沙模數(shù)確定。五是利用已建成淤地壩淤積調(diào)查成果確定。進(jìn)而選取擬建的3 306座攔沙壩壩址以上控制范圍懸移質(zhì)輸沙模數(shù)，之后按公式進(jìn)一步計(jì)算，獲得每座攔沙壩設(shè)計(jì)年輸沙量。其成果大于1954—2007年實(shí)測(cè)值，小于1954—2007年還原值，且考慮到近期泥沙有減少趨勢(shì)，在確定各攔沙壩懸移質(zhì)輸沙模數(shù)時(shí)，盡量靠近實(shí)測(cè)系列選取[5]。

根據(jù)窟野河溫家川站、皇甫川皇甫站實(shí)測(cè)水文資料分析，各時(shí)段實(shí)測(cè)來沙量與1954—1969年系列比較，1954—2007年系列來沙量平均減少28.7%，1954—2013年系列來沙量減少35.6%；與1954—2007年系列比較，1954—2013年系列來沙量減少9.6%。與1954—2007年系列比較，2008年系列來沙量減少95.8%(見表2、3)。

表2　窟野河溫家川站、皇甫川皇甫站實(shí)測(cè)來沙量　萬t

表3　窟野河溫家川站、皇甫川皇甫站實(shí)測(cè)來沙量對(duì)比　%

造成來沙量減少的主要原因:一是下墊面發(fā)生變化。下墊面發(fā)生變化的原因是多方面的，主要有建設(shè)水庫(kù)、整治河道、修建淤地壩、種樹種草、退耕還林還草等。二是降水發(fā)生變化，主要是暴雨，包括雨強(qiáng)、雨量等都發(fā)生了變化[2]。典型雨量站實(shí)測(cè)資料顯示(40年以上，見表4)，該區(qū)域出現(xiàn)的大暴雨主要在2000年以前，2000年以后基本上沒有發(fā)生過災(zāi)害性暴雨。

表4　不同時(shí)段年最大實(shí)測(cè)暴雨統(tǒng)計(jì)　mm

綜合分析，該區(qū)域未來來沙大于2007年以前系列水平的可能性較高，因此從保障工程安全角度出發(fā)，選擇1954—2007年實(shí)測(cè)系列輸沙模數(shù)與1954—2007年還原后輸沙模數(shù)區(qū)間值，作為設(shè)計(jì)輸沙模數(shù)是比較適合的。

3　工程地質(zhì)對(duì)工程建設(shè)的影響分析

黃河粗泥沙集中來源區(qū)位于鄂爾多斯盆地的東部，在大地構(gòu)造上屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)上的鄂爾多斯臺(tái)坳，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層產(chǎn)狀以水平為主，塊體穩(wěn)定，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分微弱，無重大破壞性地震記錄，在地殼整體隆升的背景下，受河流強(qiáng)烈下切影響，形成溝壑縱橫，塬、梁、峁等多種地貌發(fā)育的復(fù)雜地形。

攔沙工程壩址區(qū)河谷大部分為V形，少部分為不對(duì)稱寬U形，壩址岸坡坡度一般大于30°，局部大于50°，岸坡穩(wěn)定性較好，部分岸坡發(fā)育有小沖溝。壩址區(qū)基巖巖性為三疊系、侏羅系和白堊系的砂巖和泥巖，巖層產(chǎn)狀近水平，裂隙不發(fā)育。其中粗泥沙集中來源區(qū)西北部由于基巖成巖作用差，巖石極易風(fēng)化，是典型的砒砂巖區(qū)。壩址區(qū)覆蓋層厚度總體不大，一般為0.6～8.0 m，一部分壩址基巖出露，覆蓋層巖性為沖洪積砂壤土、壤土、砂礫石，局部為中細(xì)砂或碎石土。

根據(jù)97座典型攔沙壩勘察，壩基大部分為砂礫石，存在壩基滲漏問題。由于各壩址差異大，所以應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行處理，使其滿足滲漏量和滲透穩(wěn)定的要求。部分壩址存在泉點(diǎn)或廢棄煤窯等幾種滲漏通道，應(yīng)進(jìn)行處理。部分壩肩存在砂層或砂礫石層，存在繞壩滲漏問題，由于大部分砂層、砂礫石層分布位置較高，總體滲漏量不大，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

黃土區(qū)攔沙工程溢洪道存在黃土濕陷性防治設(shè)計(jì)問題。攔沙工程中，403座中型攔沙壩壩肩為基巖，溢洪道均選擇布設(shè)在基巖上，還有235座中型攔沙壩壩基和壩肩全部為黃土，由于黃土具有濕陷性，可能對(duì)工程安全構(gòu)成威脅，因此對(duì)這部分工程中的典型壩進(jìn)行了黃土濕陷性防治具體設(shè)計(jì)，對(duì)非典型壩進(jìn)行了黃土濕陷性防治指標(biāo)設(shè)計(jì)。黃土濕陷性防治采用開挖、回填、夯實(shí)和漿砌石或混凝土襯砌封閉相結(jié)合方式。據(jù)對(duì)該區(qū)域目前已建壩進(jìn)行黃土濕陷性處理的經(jīng)驗(yàn)，溢洪道基礎(chǔ)開挖深度一般要到溢洪道底板以下0.5～1.5 m。

總體而言，黃河粗泥沙集中來源區(qū)建設(shè)攔沙工程地形地質(zhì)條件優(yōu)越，建壩條件好，壩址區(qū)土料豐富，開采運(yùn)輸方便，在當(dāng)前建壩技術(shù)條件下，基本沒有制約攔沙工程的重大地質(zhì)因素。

4　工程總體布局與建設(shè)規(guī)模研究

4.1建設(shè)目標(biāo)論證

《黃河流域防洪規(guī)劃》提出，到2025年平均每年減少入黃泥沙6億t。粗泥沙集中來源區(qū)多年平均輸沙量4.08億t，占黃河多年平均輸沙量16億t的 25%。按照輸沙貢獻(xiàn)比計(jì)算，要實(shí)現(xiàn)《黃河流域防洪規(guī)劃》每年減少入黃泥沙目標(biāo)，粗泥沙集中來源區(qū)每年應(yīng)至少減少入黃泥沙1.5億t。考慮到粗泥沙集中來源區(qū)的重要地位，減少的入黃泥沙比例應(yīng)略高于黃河流域的其他區(qū)域。通過對(duì)攔沙壩可建設(shè)壩址、可控制面積、攔沙能力、當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)能力和國(guó)家投資水平等情況調(diào)查、預(yù)測(cè)、分析，粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程全部建成后，攔沙期內(nèi)年均可攔截入黃泥沙1.15億t。加上現(xiàn)狀攔沙工程平均每年減少入黃泥沙0.5億t，粗泥沙集中來源區(qū)平均每年可實(shí)現(xiàn)減少入黃泥沙1.65億t，占《黃河流域防洪規(guī)劃》提出的到2025年平均每年減少入黃泥沙6億t目標(biāo)的27.5%，為粗泥沙集中來源區(qū)長(zhǎng)期減少入黃泥沙創(chuàng)造了條件。

4.2總體布局

(1)布局思路。攔沙工程布局以支流為骨架、小流域?yàn)閱卧y(tǒng)籌協(xié)調(diào)干支流、上下游關(guān)系，合理配套大、中、小型攔沙壩比例。通過在各支毛溝上建設(shè)中小型攔沙壩，在較大支溝上建設(shè)大型攔沙壩，利用其形成的小多成群的攔沙庫(kù)容，快速將區(qū)域內(nèi)坡面和溝道產(chǎn)生的泥沙，攔截在千溝萬壑，實(shí)現(xiàn)減少粗泥沙進(jìn)入黃河的目的，同時(shí)為坡面采取水土流失治理措施爭(zhēng)取時(shí)間和提供必要條件。

(2)布局原則。布局中要妥善協(xié)調(diào)干支流、上下游關(guān)系；以溝道攔沙工程為重點(diǎn)，合理配置中型攔沙壩、小型攔沙壩、坡面措施；中型攔沙壩主要布設(shè)在小流域較大支溝下游或主溝上游，小型攔沙壩主要布設(shè)在較小支溝；中型攔沙壩控制范圍外的小流域支溝可單獨(dú)布設(shè)小型攔沙壩，中型攔沙壩控制范圍內(nèi)的小流域支溝，根據(jù)地形情況選擇布設(shè)小型攔沙壩；壩址應(yīng)選擇在“口小肚大”、建筑材料采運(yùn)容易、交通方便、工程量小、可布置泄水建筑物的地方，應(yīng)避開滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)；庫(kù)區(qū)淹沒損失小，不涉及文物、礦產(chǎn)；壩址下游不應(yīng)有居民點(diǎn)、學(xué)校、工礦、交通道路等重要設(shè)施。

(3)布局方法。在1∶1萬地形圖上，按照水系基本完整原則，結(jié)合行政區(qū)劃，并通過實(shí)地確認(rèn)，將1.88萬km2粗泥沙集中來源區(qū)劃分為209條面積在100 km2左右的小流域，對(duì)比分析后，有173條小流域適宜布設(shè)攔沙壩，總面積15 173.75 km2。依據(jù)典型小流域選擇的原則，通過綜合分析不同區(qū)域侵蝕模數(shù)、洪量模數(shù)，結(jié)合各支流的溝道特征，在攔沙工程一期項(xiàng)目確定的173條小流域中，共選擇具有代表性的典型小流域18條。利用工程水文和地質(zhì)勘測(cè)成果，對(duì)18條典型小流域進(jìn)行小流域布局設(shè)計(jì)，經(jīng)建設(shè)目標(biāo)分析、單壩工程設(shè)計(jì)、布局方案設(shè)置、控制面積對(duì)比、防洪能力對(duì)比、攔沙能力對(duì)比、淤地面積對(duì)比等比選，論證確定出每條典型小流域中小型攔沙壩布局與規(guī)模。

按照最小等級(jí)溝長(zhǎng)大于300 m統(tǒng)計(jì)，粗泥沙集中來源區(qū)涉及9條主要支流，適宜布?jí)蔚?73條小流域中有支溝21 524條，其中一級(jí)支溝933條、二級(jí)支溝5 832條、三級(jí)支溝9 375條、四級(jí)支溝4 855條、五級(jí)支溝508條、六級(jí)支溝21條。實(shí)地踏勘表明，小流域主溝道大部分為“寬淺式”河道，溝臺(tái)地及農(nóng)村民居、鄉(xiāng)村道路大部分位于溝道兩岸，受淹沒損失的影響，不適宜建設(shè)中小型攔沙壩。中型攔沙壩一般布設(shè)在二級(jí)或三級(jí)溝道，面積大部分在3 km2以上，溝道兩岸基礎(chǔ)堅(jiān)固，溝道內(nèi)有布設(shè)中型攔沙壩的壩址條件。小型攔沙壩一般布設(shè)在四級(jí)或五級(jí)支溝。六級(jí)溝道一般為短小切溝或小沖溝，不適宜布設(shè)攔沙壩。

中型攔沙壩建設(shè)規(guī)模：利用1∶1萬地形圖，以小流域?yàn)閱卧趯?duì)每個(gè)壩址進(jìn)行野外實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，研究中型攔沙壩建設(shè)規(guī)模。依據(jù)地形圖，初步選擇中型攔沙壩壩址2 324處，經(jīng)實(shí)地踏勘，初步確認(rèn)可建工程2 159座；通過建設(shè)條件、淹沒損失情況、溝道特征、水沙控制效果和小流域小型攔沙壩配合情況進(jìn)一步分析研究，確定中型攔沙壩建設(shè)規(guī)模為1 995座。

小型攔沙壩建設(shè)規(guī)模：依據(jù)18條典型小流域壩系布局論證成果，獲得18條典型小流域中小型攔沙壩的配置比例，利用典型小流域中小型攔沙壩布局比例及典型小流域代表的各小流域，推算其他小流域小型攔沙壩布局?jǐn)?shù)量，小型攔沙壩建設(shè)規(guī)模為8 170座，其中中型攔沙壩控制范圍外的小型攔沙壩4 392座(占53.8%)、中型攔沙壩控制范圍內(nèi)的小型攔沙壩3 778座(占46.2%)。

通過以上分析論證，黃河粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程應(yīng)建設(shè)攔沙壩10 165座，其中中型攔沙壩1 995座、小型攔沙壩8 170座。

5　水土保持監(jiān)測(cè)的任務(wù)和工作內(nèi)容研究

攔沙工程是目前我國(guó)投資最大的水土保持工程，建設(shè)規(guī)模大、涉及范圍廣、參建單位多。黃河流域粗泥沙來源區(qū)暴雨集中、歷時(shí)短、產(chǎn)流快，自然條件非常復(fù)雜，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施近乎空白，攔沙工程建設(shè)與運(yùn)行管理難度很大，迫切需要及時(shí)掌握工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和運(yùn)行管理狀況等關(guān)鍵信息。另外，攔沙工程建成后將產(chǎn)生巨大的攔沙效益和可觀的淤地效益，對(duì)減少入黃泥沙和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件意義深遠(yuǎn)，這些效益是否實(shí)現(xiàn)，需要監(jiān)測(cè)結(jié)果來回答。因此，為項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行管理及國(guó)家決策提供有力可靠的依據(jù)，保障攔沙工程建設(shè)順利進(jìn)行，確?？陀^科學(xué)評(píng)價(jià)攔沙工程建設(shè)效果，建設(shè)滿足項(xiàng)目管理需要的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展攔沙工程項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)十分必要。攔沙工程建設(shè)區(qū)既是黃河粗泥沙的集中來源區(qū)，也是國(guó)家水土保持重點(diǎn)治理區(qū)，通過攔沙工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布設(shè)必要的觀測(cè)設(shè)施，在對(duì)工程建設(shè)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，獲取的小流域水土流失、河流水沙變化和整個(gè)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不僅是客觀評(píng)價(jià)工程建設(shè)效益的需要，也是加強(qiáng)這一區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要。

根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)要求，攔沙工程水土保持監(jiān)測(cè)必須涵蓋整個(gè)粗泥沙集中來源區(qū)，經(jīng)充分論證比選，監(jiān)測(cè)總體布局以攔沙壩、典型小流域、粗泥沙集中來源區(qū)3個(gè)空間尺度為對(duì)象，依據(jù)監(jiān)測(cè)工作任務(wù)要求，布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施，建立數(shù)據(jù)采集體系，開展攔沙工程建設(shè)動(dòng)態(tài)、攔沙效果、淤地利用、蓄水用水及施工過程中的水土流失防治效果等監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)收集重點(diǎn)支流水文站降雨、徑流、泥沙觀測(cè)資料，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)攔沙工程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，支撐攔沙工程建設(shè)科學(xué)管理和實(shí)施效果定期評(píng)價(jià)。攔沙工程主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、空間尺度及監(jiān)測(cè)頻次見表5。

表5　粗泥沙集中來源區(qū)攔沙工程項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)內(nèi)容、方法及頻次

6　工程建設(shè)對(duì)水資源的影響分析

攔沙工程建設(shè)對(duì)水資源的影響主要包括壩庫(kù)工程攔蓄水量增加、蒸發(fā)量增加、新增壩地和水澆地用水量增加。攔沙工程淤滿前在滿足防洪要求的前提下，其有效蓄水量是為農(nóng)田灌溉、居民生產(chǎn)生活及區(qū)域生態(tài)建設(shè)提供的水量，一般按照用多少蓄多少的原則攔蓄。攔沙庫(kù)容淤滿后，上游來水即來即排。通過計(jì)算分析可知，粗泥沙集中來源區(qū)多年平均徑流量10.19億m3，全部工程建成后壩控面積將達(dá)到7 703.44 km2，壩控區(qū)實(shí)際來水量4.175億m3，實(shí)際蓄水量在2026年將達(dá)到最大值3.16億m3，占粗泥沙集中來源區(qū)多年平均來水量的31.0%，而后隨著庫(kù)容淤積呈逐年下降趨勢(shì)。新增蒸發(fā)損失水量為攔沙壩工程蓄水水面蒸發(fā)量與原陸面蒸發(fā)量之差。粗泥沙集中來源區(qū)水面蒸發(fā)平均為1 030 mm，陸面蒸發(fā)平均為337.5 mm，工程建成后，工程攔蓄水面蒸發(fā)損失水量隨壩庫(kù)建設(shè)蓄水增加而增多，至2026年達(dá)最高值1.56億m3。攔沙工程增加的生產(chǎn)用水量包括壩地和水澆地用水量，全部工程建成后，水澆地灌溉用水到2026年達(dá)到最高值1.60萬m3，壩地耗水量至2048年達(dá)到最高值1.71億m3。攔沙工程不同水平年新增耗用水量不同，2022年耗用水量2.04億m3，2026年耗用水量達(dá)到最大為3.16億m3，以后基本逐年減少，到2048年趨于穩(wěn)定，全部為壩地耗用水量達(dá)1.71億m3。

攔沙工程在發(fā)揮攔沙作用的同時(shí)，必然會(huì)攔蓄水量，減少了進(jìn)入黃河的水量，但攔蓄的水量又為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了部分需水量，對(duì)改善工程區(qū)內(nèi)群眾生產(chǎn)生活條件、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境具有十分重要的作用。因此，攔沙工程增加的用水量是項(xiàng)目區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和群眾脫貧致富奔小康目標(biāo)所必需的，是合理并應(yīng)當(dāng)利用的，從快速攔截粗泥沙，減輕黃河干流水庫(kù)及下游河道淤積效果看，攔蓄并利用這部分水是非常值得的。

(責(zé)任編輯孫占鋒)

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[1] 徐建華，林銀平，吳成基，等．黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)界定研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2006：195-227.

[2] 冉大川，柳林旺，趙力儀，等．黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間水土保持與水沙變化[M].鄭州：黃河水利出版社，2000：193-195.

王俊峰(1965—)，男，陜西扶風(fēng)縣人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持與項(xiàng)目管理工作。

2016-08-01