姚文藝,張 攀
(1.黃河水利科學(xué)研究院,河南 鄭州 450003;2.水利部黃土高原水土保持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450003)
淤地壩是我國(guó)黃土高原獨(dú)特的、重要的一項(xiàng)水土保持工程措施[1],對(duì)黃河減沙、當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善、滯洪減災(zāi)及文旅景觀建設(shè)等發(fā)揮了顯著作用,在減少黃河下游泥沙淤積方面發(fā)揮了最直接、最有效的作用[2]。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)家對(duì)淤地壩建設(shè)給予了高度重視,把以淤地壩建設(shè)為重要內(nèi)容的黃土高原水土流失綜合治理上升為一種國(guó)家行為,先后通過(guò)列專項(xiàng)建設(shè)資金、作為“亮點(diǎn)工程”等方式促進(jìn)了淤地壩建設(shè)的快速發(fā)展[2-5],形成了世界上規(guī)模最大、持續(xù)建設(shè)歷時(shí)最長(zhǎng)的淤地壩工程體系。據(jù)統(tǒng)計(jì)[6],截至2020年黃河流域累計(jì)建成淤地壩5.81萬(wàn)座,其中大型淤地壩0.58萬(wàn)座、中型淤地壩1.20萬(wàn)座、小型淤地壩4.03萬(wàn)座。然而,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、運(yùn)行管護(hù)體制機(jī)制不健全、病險(xiǎn)淤地壩多且安全風(fēng)險(xiǎn)大、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源利用效率低、監(jiān)測(cè)監(jiān)管手段相對(duì)落后等系統(tǒng)性問(wèn)題卻不斷凸顯[7],不僅影響淤地壩效益的充分發(fā)揮和工程安全,而且制約了黃河流域水土保持高質(zhì)量發(fā)展。
為解決淤地壩建管中存在的系統(tǒng)性問(wèn)題,提高水土保持工程質(zhì)量,促進(jìn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),2021年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》要求“加強(qiáng)對(duì)淤地壩建設(shè)的規(guī)范指導(dǎo),推廣新標(biāo)準(zhǔn)新技術(shù)新工藝,在重力侵蝕嚴(yán)重、水土流失劇烈區(qū)域大力建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩。排查現(xiàn)有淤地壩風(fēng)險(xiǎn)隱患,加強(qiáng)病險(xiǎn)淤地壩除險(xiǎn)加固和老舊淤地壩提升改造,提高管護(hù)能力。建立跨區(qū)域淤地壩信息監(jiān)測(cè)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)對(duì)重要淤地壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”。2022年10月全國(guó)人大常委會(huì)通過(guò)的《中華人民共和國(guó)黃河保護(hù)法》規(guī)定“國(guó)務(wù)院水行政主管部門應(yīng)當(dāng)會(huì)同國(guó)務(wù)院有關(guān)部門制定淤地壩建設(shè)、養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)或者技術(shù)規(guī)范,健全淤地壩建設(shè)、管理、安全運(yùn)行制度”。為落實(shí)《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》,水利部、國(guó)家發(fā)改委于2022年4月聯(lián)合頒發(fā)了《黃土高原地區(qū)淤地壩工程建設(shè)管理辦法》。2022年6月水利部副部長(zhǎng)陸桂華在甘肅省調(diào)研指導(dǎo)淤地壩建設(shè)管理工作時(shí)強(qiáng)調(diào)“要緊扣地方實(shí)際和群眾需要,找準(zhǔn)淤地壩發(fā)展定位,加強(qiáng)新建淤地壩論證分析,加大新技術(shù)新工藝新材料應(yīng)用力度,建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩”[8]。建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩已成為黃河流域生態(tài)保護(hù)、水土流失治理、增強(qiáng)水土保持能力的重要舉措,目前黃河流域有關(guān)省(區(qū))正在積極推進(jìn)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的相關(guān)工作。高標(biāo)準(zhǔn)概念常見(jiàn)于國(guó)際貿(mào)易規(guī)則制定中,如高標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)貿(mào)規(guī)則(HTIR)。近年來(lái)這一概念被多領(lǐng)域關(guān)注和引用,例如2008年我國(guó)提出建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田等[9]。2021年在青島召開(kāi)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化大會(huì)進(jìn)一步彰示高標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展已成為人們的共識(shí)。我國(guó)先后實(shí)施的包括高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)在內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田、高標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)體系建設(shè)等一系列重大工程都是推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措,因此應(yīng)基于高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的大背景來(lái)認(rèn)識(shí)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的內(nèi)涵。
高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩是促進(jìn)新時(shí)期水土保持高質(zhì)量發(fā)展的一項(xiàng)重要的關(guān)鍵措施,其不同于以往把淤地壩作為一般水土保持工程的認(rèn)識(shí),在現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上應(yīng)具有更高的建設(shè)技術(shù)要求、更加注重各類新技術(shù)的綜合應(yīng)用,除現(xiàn)有淤地壩功能外應(yīng)有更多的功能,具有更多的直接效益、間接效益和外溢效益。因此,高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)不再局限于水土保持和水利工程領(lǐng)域,將涉及水土保持、土木工程、農(nóng)業(yè)、水利、生態(tài)環(huán)境、水文泥沙、材料、信息、管理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)甚至人文等學(xué)科領(lǐng)域。本文旨在圍繞黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的目標(biāo)、任務(wù)、需求,基于水土保持高質(zhì)量發(fā)展的大背景,對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的內(nèi)涵、定義進(jìn)行探討,并提出高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題與研究熱點(diǎn),以期為促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的相關(guān)研究提供參考,并推動(dòng)黃河流域水土保持高質(zhì)量發(fā)展。
關(guān)于淤地壩建設(shè)發(fā)展過(guò)程(或發(fā)展階段)已有不少研究[1,10-17],部分研究成果見(jiàn)表1。大多數(shù)研究者認(rèn)為人工修筑淤地壩起源于天然“聚湫”(所謂“聚湫”就是地震、暴雨等引起的陡坡崩塌造成大量土體堵塞溝道所形成的攔沙庫(kù))的啟發(fā)[1,10-13],但對(duì)淤地壩建設(shè)發(fā)展過(guò)程的階段劃分結(jié)果不完全一致。從時(shí)段節(jié)點(diǎn)看,大部分研究者是從20世紀(jì)50年代開(kāi)始劃分階段的,也有從淤地壩出現(xiàn)時(shí)期開(kāi)始劃分的;從階段劃分的依據(jù)看,多數(shù)是按建設(shè)規(guī)模或建設(shè)性質(zhì)(如示范、試點(diǎn)、推廣、鞏固調(diào)整等)來(lái)劃分,也有按淤地壩工程體系結(jié)構(gòu)(如單壩、中小型淤地壩、骨干壩、溝道壩系等)發(fā)展情況來(lái)劃分。因此,研究時(shí)期、研究目的、劃分依據(jù)的不同,使得不同研究者所劃分的階段及其節(jié)點(diǎn)不盡一致。
表1 淤地壩發(fā)展階段的部分研究成果
淤地壩作為一項(xiàng)攔沙淤地、治理溝道侵蝕的水土保持工程措施,其發(fā)展受多種因素影響,尤其大規(guī)模的壩系建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,其發(fā)展受到社會(huì)需求、投資規(guī)模、技術(shù)水平、管理政策、政治等多種因素的制約。不同時(shí)期淤地壩建設(shè)發(fā)展的主要制約因素有所不同,這是形成不同發(fā)展階段的原因。因此,對(duì)于淤地壩發(fā)展階段的劃分,既要綜合多種因素又要辨識(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)展變化的主導(dǎo)因素,合理確定各階段之間的節(jié)點(diǎn),給各發(fā)展階段賦予主要屬性的標(biāo)簽性參數(shù),所劃分的每一個(gè)階段應(yīng)當(dāng)具有明顯的屬性特征,且各階段之間應(yīng)具有順序關(guān)系、交疊關(guān)系,能夠明晰淤地壩整個(gè)建設(shè)發(fā)展過(guò)程的脈絡(luò)?;谝酝俚貕伟l(fā)展階段劃分的有關(guān)成果,在此對(duì)黃河流域淤地壩發(fā)展階段做如下進(jìn)一步探討。
(1)1569—1926年:淤地壩起源階段。受陜西省子洲縣1569年暴雨形成的天然“聚湫”啟發(fā),當(dāng)?shù)剞r(nóng)民創(chuàng)建了人工淤地壩,目的是增加作物產(chǎn)量。受歷史條件限制,在這350余a的起源期,前期農(nóng)民自發(fā)零星修建,后期地方政府倡導(dǎo)修建,經(jīng)歷了緩慢發(fā)展的過(guò)程。
(2)1927—1948年:作用提升階段。首次把筑壩淤地、防治溝道侵蝕作為治理黃河泥沙的措施,提升了淤地壩在治黃中的作用,并出現(xiàn)“官辦”第一壩。
(3)1949—1970年:壩系形成階段。新中國(guó)開(kāi)啟大規(guī)模修建淤地壩的新局面,通過(guò)大范圍試點(diǎn)、示范,在黃河中游地區(qū)全面推廣,并由單壩發(fā)展到壩系。
(4)1971—1990年:規(guī)范建設(shè)階段。水墜筑壩新技術(shù)促進(jìn)了淤地壩建設(shè)大發(fā)展,水利部首次頒布《水墜壩設(shè)計(jì)及施工暫行規(guī)定》(SD 122— 84)和《水土保持治溝骨干工程暫行技術(shù)規(guī)范》(SD 175— 86)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),使淤地壩建設(shè)進(jìn)入規(guī)范發(fā)展期。
(5)1991—2019年:建設(shè)波動(dòng)階段。20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初期,隨著農(nóng)村富余勞動(dòng)力“離土又離鄉(xiāng),進(jìn)城進(jìn)工廠”高潮的出現(xiàn),農(nóng)民建設(shè)淤地壩需求降低,淤地壩建設(shè)速度相對(duì)減緩。為促進(jìn)淤地壩建設(shè),2003年水利部實(shí)施了淤地壩等三大水利“亮點(diǎn)工程”建設(shè)重大舉措,使淤地壩建設(shè)發(fā)展得以恢復(fù)。
(6)2020以后:高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)階段。2019年黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國(guó)家戰(zhàn)略,“有條件的地方要大力建設(shè)旱作梯田、淤地壩等”列為戰(zhàn)略目標(biāo)任務(wù)之一。2021年10月8日,中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出大力建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩,同年水利部印發(fā)的《推動(dòng)黃河流域水土保持高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》和2022年水利部、國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)的《關(guān)于黃土高原地區(qū)淤地壩工程建設(shè)管理辦法的通知》都進(jìn)一步提出了推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)的要求,從而使淤地壩建設(shè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展期。
總之,淤地壩建設(shè)經(jīng)歷了起源、作用提升、壩系形成、規(guī)范建設(shè)、建設(shè)波動(dòng)、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等6個(gè)階段450余a的發(fā)展過(guò)程,新中國(guó)建立后才使淤地壩建設(shè)得到大規(guī)??焖侔l(fā)展,進(jìn)入新時(shí)代又使淤地壩建設(shè)邁入高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量發(fā)展期。
隨著淤地壩建設(shè)的發(fā)展,淤地壩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)歷了相應(yīng)的發(fā)展過(guò)程,總結(jié)分析這一過(guò)程,對(duì)于探討高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩內(nèi)涵很有必要。
20世紀(jì)80年代以前,淤地壩建設(shè)主要是結(jié)合農(nóng)田建設(shè)進(jìn)行的,因此所建淤地壩大多為群眾自發(fā)修建的中小型淤地壩,缺少統(tǒng)一規(guī)劃和科學(xué)設(shè)計(jì),建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、結(jié)構(gòu)不完整,存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)[18]。20世紀(jì)80—90年代,隨著水墜壩等技術(shù)的不斷成熟,在總結(jié)以往淤地壩建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,水利部先后頒發(fā)了《水墜壩設(shè)計(jì)及施工暫行規(guī)定》(SD 122— 84)、《水土保持治溝骨干工程暫行技術(shù)規(guī)范》(SD 175— 86)和《水土保持技術(shù)規(guī)范》(SD 238— 87)等,并首次頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水土保持綜合治理 技術(shù)規(guī)范 溝壑治理技術(shù)》(GB/T 6453.3— 1996),使淤地壩建設(shè)有了規(guī)范和依據(jù)。
進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著國(guó)家多項(xiàng)水土保持工程的實(shí)施,黃土高原全面開(kāi)展了淤地壩建設(shè),其工程規(guī)模不斷增大、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)日臻完善。基于“七五”“八五”“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目研發(fā)的有關(guān)淤地壩建設(shè)的多項(xiàng)新技術(shù)和壩系建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),水利部在對(duì)《水土保持治溝骨干工程暫行技術(shù)規(guī)范》(SD 175— 86)進(jìn)行修訂后頒布了《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL 289— 2003)[19],新規(guī)范增加了壩系工程布設(shè)要求、配套加固工程設(shè)計(jì)、按土壤侵蝕強(qiáng)度對(duì)單壩控制面積進(jìn)行區(qū)分、骨干壩設(shè)計(jì)條件和建筑物級(jí)別、利用洪水調(diào)查和推理公式計(jì)算設(shè)計(jì)洪水參數(shù)、壩體滲流和沉降量計(jì)算方法、壩體穩(wěn)定計(jì)算方法等內(nèi)容。與此同時(shí),隨著土工織物、聚乙烯微孔波紋管等新材料在水墜壩建設(shè)中的推廣應(yīng)用,水墜壩建設(shè)技術(shù)不斷發(fā)展,2002年水利部對(duì)《水墜壩設(shè)計(jì)及施工暫行規(guī)定》(SD 122— 84)也進(jìn)行了修訂,并更名為《水墜壩技術(shù)規(guī)范》(SL 302— 2004)[20],在新規(guī)范中增加了土工織物和聚乙烯微孔波紋管在水墜壩中的應(yīng)用、在缺水干旱地區(qū)攔蓄洪水修筑水墜壩等方面的內(nèi)容,并調(diào)整了壩體觀測(cè)設(shè)備等方面的規(guī)定。其后,根據(jù)水土保持工作內(nèi)容、性質(zhì)的深刻變化,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2008年發(fā)布了修訂版《水土保持綜合治理 技術(shù)規(guī)范 溝壑治理技術(shù)》(GB/T 16453.3— 2008),其增加了溝頭防護(hù)處理技術(shù)等。
隨著生態(tài)文明建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快,水土流失綜合治理和生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的水土保持工作更顯重要,為進(jìn)一步規(guī)范水土保持工程建設(shè),2014年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018— 2014),其中包括淤地壩建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)淤地壩工程布置、壩體設(shè)計(jì)、溢洪道設(shè)計(jì)、放水建筑物設(shè)計(jì)和施工組織均做出了技術(shù)規(guī)定(其中淤地壩設(shè)計(jì)技術(shù)要求與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基本一致)。
20世紀(jì)修建的不少淤地壩已淤滿或接近淤滿,存在工程質(zhì)量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、滲流等方面安全隱患的病險(xiǎn)淤地壩較多。據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年黃土高原地區(qū)中型以上病險(xiǎn)淤地壩共計(jì)5 282座[21];淤積面高程達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)淤積高程的大中型淤地壩共7 305座,占黃土高原大中型淤地壩總數(shù)的40.4%,其中大型淤地壩1 390座、中型淤地壩5 915座[15]。隨著氣候變化導(dǎo)致的極端降雨事件增加,淤地壩水毀問(wèn)題凸顯、防洪防汛壓力增大,安全監(jiān)測(cè)的重要性也顯得更加突出。因此,需要提高淤地壩防洪設(shè)計(jì)、穩(wěn)定計(jì)算、除險(xiǎn)加固等方面的技術(shù)要求,為此,水利部于2020年對(duì)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL 289— 2003)和《水墜壩技術(shù)規(guī)范》(SL 302— 2004)進(jìn)行合并及修訂后發(fā)布了《淤地壩技術(shù)規(guī)范》(SL/T 804— 2020)[22],其增加了勘測(cè)、淤地壩附屬設(shè)施設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、除險(xiǎn)加固、防汛管理、泄洪洞設(shè)計(jì)、病險(xiǎn)淤地壩認(rèn)定與處理、病險(xiǎn)淤地壩泄洪建筑物設(shè)計(jì)、中小型淤地壩施工與管理等內(nèi)容,進(jìn)一步完善了壩系工程布設(shè)、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、調(diào)洪演算、工程設(shè)計(jì)和施工、質(zhì)量管理及驗(yàn)收、工程運(yùn)行管理等相關(guān)要求。
綜上所述,淤地壩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,伴隨著不同時(shí)期科學(xué)技術(shù)水平的提高和淤地壩建設(shè)、水土保持工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及新的需求,經(jīng)歷了形成、不斷完善、不斷修訂的過(guò)程,起到了規(guī)范和指導(dǎo)淤地壩建設(shè)的作用,支撐了不同時(shí)期淤地壩的規(guī)范建設(shè),保障了黃河流域淤地壩建設(shè)的健康發(fā)展。新時(shí)期高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)也必然促進(jìn)淤地壩技術(shù)規(guī)范的進(jìn)一步發(fā)展。
對(duì)基本概念做出科學(xué)定義是任何學(xué)科發(fā)展到一定成熟階段的標(biāo)志之一。高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)已成為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措,明確高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的定義并科學(xué)界定其本質(zhì)特征、價(jià)值及其內(nèi)涵和外延,對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理目標(biāo)的設(shè)定等都是非常必要的。
高標(biāo)準(zhǔn)不同于高水平。高水平一般是指在某一專業(yè)方面所達(dá)到的高度,而高標(biāo)準(zhǔn)則是指衡量事物的準(zhǔn)則高或賦予事物更高的功能、目標(biāo)和內(nèi)涵。顯然,應(yīng)該從淤地壩結(jié)構(gòu)與布局、功能與作用等基本特征方面對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩進(jìn)行定義,或者說(shuō)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩并不僅僅意味著工程設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高,即高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩是一個(gè)包含較多外延的集合詞。
出于不同的研究目的,對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的理解也不完全一致。劉雅麗等[18]認(rèn)為,高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩體現(xiàn)在新建淤地壩注重適宜區(qū)域、統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計(jì),已建淤地壩注重除險(xiǎn)加固和提升改造,應(yīng)發(fā)揮淤地壩蓄水功能、加強(qiáng)淤地壩蓄水安全運(yùn)用管理;朱建海[23]認(rèn)為,建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩應(yīng)體現(xiàn)“四變”思路(一是提質(zhì)增效變水庫(kù),二是生態(tài)補(bǔ)償變農(nóng)田,三是近自然治理變水溝,四是銷號(hào)移交變公路),構(gòu)建淤地壩建管新格局。
水利部印發(fā)的《推動(dòng)黃河流域水土保持高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)的表述為:“優(yōu)先選擇建壩條件充分、群眾需求迫切的地方,推廣新技術(shù)新工藝新材料,建設(shè)一批工程安全可靠、配套設(shè)施齊全、整體環(huán)境美觀、運(yùn)行管護(hù)到位、綜合效益顯著的高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩。”其充分體現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩穩(wěn)定安全、結(jié)構(gòu)完善、綜合效益顯著的基本內(nèi)涵,同時(shí)又闡明了技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境美觀、運(yùn)行管護(hù)到位的外延。顯然,較之一般的淤地壩,高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩有更豐富的內(nèi)涵與外延,這是對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩進(jìn)行定義的重要依據(jù)。
對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的定義應(yīng)充分體現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的需求和水土保持高質(zhì)量發(fā)展的新時(shí)代目標(biāo)要求[24],同時(shí),應(yīng)從水土保持措施體系整體優(yōu)化、壩系結(jié)構(gòu)優(yōu)化的范疇對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩進(jìn)行定義。因此,可以把高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩定義為:空間布局合理、體系配置優(yōu)化、建造技術(shù)先進(jìn)、構(gòu)造穩(wěn)固安全、生態(tài)景觀良好、水土資源高效利用、運(yùn)行監(jiān)管到位、綜合效益顯著,與水土保持高質(zhì)量發(fā)展相適應(yīng)的多功能高質(zhì)量淤地壩。顯然,高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩概念的提出,彰顯了我國(guó)淤地壩建設(shè)已從“量”的發(fā)展進(jìn)入“質(zhì)”的提升階段。高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩可以是新建的,也可以是通過(guò)對(duì)仍然有較大綜合利用潛力的已建淤地壩進(jìn)行除險(xiǎn)、加固、改造使其成為高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩。
深刻認(rèn)識(shí)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的本質(zhì)屬性及內(nèi)涵,對(duì)推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)具有重要意義。
(1)空間布局合理。高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩應(yīng)建在需要建且能建的地方即有條件的地方,既要考慮水土流失嚴(yán)重的地區(qū),又要考慮建壩條件充分且群眾需求迫切的地區(qū),確保淤地壩建成后用得上、用得好。水土流失嚴(yán)重的黃土高原地區(qū),氣候、土壤、地質(zhì)、植被、土壤侵蝕和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平等具有顯著的空間分異性,因此應(yīng)科學(xué)選擇能夠建壩、需要建壩的地方,做到合理、科學(xué)布局。
(2)體系配置優(yōu)化。體系配置優(yōu)化有兩層含義:一是壩系規(guī)劃設(shè)計(jì)不僅要做到空間布局優(yōu)化、壩型結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使淤地壩發(fā)揮更大的攔沙滯洪效益、生態(tài)效益、生產(chǎn)效益,而且要做到與防洪安全相適應(yīng),達(dá)到壩系級(jí)聯(lián)攔沙防洪效益的最大化;二是作為水土保持工程措施之一,淤地壩及其壩系布局、建設(shè)必須納入水土保持措施體系的總體布局規(guī)劃,與水土保持綜合措施體系優(yōu)化配置相適應(yīng),做到系統(tǒng)治理、溝坡兼治,實(shí)現(xiàn)水土保持綜合治理效益的最大化。
(3)建造技術(shù)先進(jìn)。隨著科技進(jìn)步,一些新技術(shù)、新材料、新工藝為提高淤地壩建造質(zhì)量、降低造價(jià)提供了科技支撐,例如砒砂巖改性材料、PCCP材料、柔性材料、黃土固化技術(shù)、頂管技術(shù)、生態(tài)袋等的應(yīng)用。另外,GIS、DEM、無(wú)人機(jī)、BIM、壩系安全監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)新技術(shù)新方法的應(yīng)用,可提高淤地壩運(yùn)行、管理和險(xiǎn)情監(jiān)測(cè)水平。目前存在的突出問(wèn)題是研用脫節(jié),迫切需要攻克新技術(shù)、新材料、新工藝推廣應(yīng)用中遇到的技術(shù)、管理瓶頸,以科技進(jìn)步推動(dòng)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的科學(xué)高效建設(shè)。
(4)構(gòu)造穩(wěn)固安全。除勘察清楚建壩區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地震、土壤等涉及淤地壩安全穩(wěn)定的因素外,在沒(méi)有制定高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩設(shè)計(jì)規(guī)范前,淤地壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵照現(xiàn)行的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。例如,大型淤地壩應(yīng)設(shè)置壩體、放水建筑物和泄洪建筑物;在大型淤地壩控制區(qū)域內(nèi)的中、小型淤地壩,應(yīng)設(shè)置壩體、放水建筑物或壩體、泄洪建筑物,避免“悶葫蘆壩”;在大型淤地壩控制區(qū)域外的中型淤地壩應(yīng)配置泄洪建筑物。在壩系設(shè)計(jì)中,應(yīng)考慮淤地壩之間攔沙滯洪的級(jí)聯(lián)關(guān)系和大、中、小型淤地壩功能與作用的不同,合理配置壩系的結(jié)構(gòu),提高其整體安全性。對(duì)于不符合要求的已建淤地壩,應(yīng)實(shí)施升級(jí)改造,確保安全運(yùn)行。與此同時(shí),推進(jìn)大中型病險(xiǎn)淤地壩除險(xiǎn)加固,優(yōu)先開(kāi)展病險(xiǎn)嚴(yán)重、危害大的病險(xiǎn)壩除險(xiǎn)加固,及時(shí)排查病險(xiǎn)問(wèn)題,確保淤地壩安全運(yùn)行,通過(guò)除險(xiǎn)加固把病險(xiǎn)淤地壩改造為高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩。應(yīng)推廣碾壓筑壩技術(shù),可把改性材料、固化材料等作為壩體建造的新材料,提高壩體強(qiáng)度和防滲性能。
(5)生態(tài)景觀良好。生態(tài)景觀良好有三層含義:一是高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)不僅應(yīng)納入水土保持措施體系配置并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),而且還應(yīng)與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)建設(shè)密切結(jié)合,根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、地形、土壤、水資源等條件,把壩地建設(shè)成高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田,促進(jìn)坡地退耕還林還草,形成壩地、水域、植被融合的優(yōu)良環(huán)境,生態(tài)形態(tài)達(dá)到同類氣候、地形、土壤條件下的良好水平;二是高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)不僅應(yīng)著眼于攔沙淤地,而且還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)鼐坝^格局的構(gòu)建,將淤地壩作為景觀元素之一,與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)旅游、衍生產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合,使之成為促進(jìn)景觀格局完整、健康的積極要素,使高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起到促進(jìn)作用,保障高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)的可持續(xù)性;三是壩地的利用要發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè),防止壩地鹽堿化和水土污染,有利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和健康。
(6)水土資源高效利用。水土是黃土高原最為寶貴的資源,但如何高效利用淤地壩的水土資源,是一個(gè)長(zhǎng)期的難題。以往壩地經(jīng)營(yíng)權(quán)大都?xì)w屬個(gè)體農(nóng)戶,種植作物品種和結(jié)構(gòu)都很難做到優(yōu)化,壩地水土資源難以整體發(fā)揮效益;隨著大量農(nóng)民工群體進(jìn)城務(wù)工,當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)壩地的需求降低,造成不少壩地多年處于閑置狀態(tài)。為此,需要通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)實(shí)現(xiàn)壩地水土資源的高效利用。由于壩地土壤肥力、水資源條件較好,有建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的優(yōu)勢(shì),因此當(dāng)?shù)卣畱?yīng)把壩地利用納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè),同時(shí),切實(shí)把淤地壩作為振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施,把壩地利用納入當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、旅游業(yè)和生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃,對(duì)壩地進(jìn)行提質(zhì)改良,利用壩地發(fā)展特色作物、經(jīng)濟(jì)林等。為此,高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)必須考慮完備的排水設(shè)施,具備蓄水條件且防洪安全有保障的大中型高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩可以在汛后適當(dāng)蓄水,以緩解當(dāng)?shù)厮Y源匱乏問(wèn)題,為改善生態(tài)環(huán)境、發(fā)展相關(guān)生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)等提供基礎(chǔ)資源支撐。
(7)運(yùn)行監(jiān)管到位。對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的監(jiān)測(cè)滿足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、全要素全過(guò)程、自動(dòng)化智能化的要求,做到對(duì)每座淤地壩安全運(yùn)行的監(jiān)管,應(yīng)建設(shè)淤地壩信息數(shù)據(jù)庫(kù)、管理人員數(shù)據(jù)庫(kù)和智慧水務(wù)應(yīng)用平臺(tái),改變靠人工“跑查”、典型抽樣的監(jiān)管方式,實(shí)現(xiàn)管理良好、安全可靠、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。同時(shí),對(duì)淤地壩進(jìn)行確權(quán)劃界,明確管護(hù)范圍內(nèi)的土地使用權(quán)及其管理責(zé)任,完善淤地壩“3個(gè)責(zé)任人”的制度和運(yùn)行機(jī)制,保障淤地壩運(yùn)行監(jiān)管到位到人,確保淤地壩安全運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)揮效益。
(8)綜合效益顯著。高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的屬性決定了其應(yīng)具有攔沙滯洪、防治溝道侵蝕、減少入黃泥沙、淤地造田、發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、提高糧食產(chǎn)量、改善生態(tài)環(huán)境、增加生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值、涵養(yǎng)水源、形成溝道景觀帶、優(yōu)化區(qū)域景觀格局、豐富當(dāng)?shù)芈糜钨Y源、促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等綜合功能。當(dāng)然,要充分發(fā)揮高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的綜合效益,需要對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)規(guī)劃布局進(jìn)行優(yōu)化并納入國(guó)土空間整體規(guī)劃,綜合統(tǒng)籌布局水土保持、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、景觀、經(jīng)濟(jì)、城鎮(zhèn)等發(fā)展要素的功能空間。
高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩是一個(gè)新概念、具有較多屬性和豐富內(nèi)涵,建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩須解決如下科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。
(1)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩,提高淤地壩在水土流失防治、生態(tài)環(huán)境改善、生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的綜合效益,增強(qiáng)淤地壩防洪安全能力,完善運(yùn)行管護(hù)制度與機(jī)制,切實(shí)達(dá)到建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的目標(biāo)要求,必須有科學(xué)適宜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作支撐,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)分區(qū)與建設(shè)任務(wù)、工程體系結(jié)構(gòu)、不同區(qū)域各類型淤地壩工程配置體系、綜合功能提升技術(shù)、監(jiān)管維護(hù)保障措施和技術(shù)要求等。
(2)綜合效益鏈中高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的地位與作用機(jī)制。由高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的屬性可知,其比一般的淤地壩具有更多的直接效益、間接效益和外溢效益,其綜合效益鏈更長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。研究高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩在綜合效益鏈中的驅(qū)動(dòng)作用及其效應(yīng)機(jī)制,對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的布局、規(guī)劃、設(shè)計(jì)及效益評(píng)價(jià)都有重要意義。為此,須明確高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩綜合效益鏈的基本結(jié)構(gòu)、類型和屬性,研究其綜合效益鏈結(jié)構(gòu)、組分及其關(guān)系,辨識(shí)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩在綜合效益鏈中的作用、功能、鏈條位點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)關(guān)系,揭示高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩發(fā)揮直接效益、間接效益和外溢效益的機(jī)制,進(jìn)而評(píng)價(jià)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩綜合效益全鏈條中直接、間接、外溢效益的貢獻(xiàn)率,探索壩系資源開(kāi)發(fā)、生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展模式。
(3)現(xiàn)狀淤地壩功能提升技術(shù)。以具有一定攔沙滯洪能力的大中型淤地壩為重點(diǎn),研究淤地壩結(jié)構(gòu)加固完善、土壤改良提質(zhì)、作物結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化、生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展、水資源涵養(yǎng)能力提升、壩系生態(tài)景觀格局再造、生態(tài)功能提升技術(shù)和模式,揭示淤地壩攔沙滯洪-生態(tài)經(jīng)濟(jì)-景觀再造協(xié)同機(jī)制,實(shí)現(xiàn)對(duì)已建淤地壩的整體提質(zhì)增效,促進(jìn)鄉(xiāng)村振興。
(4)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩空間布局原則及壩系效應(yīng)耦合關(guān)系?;谏剿痔锖萆尘C合治理的空間格局和坡面、溝道兼治原則,以及綜合效益最大化的目標(biāo),研究高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩在綜合治理措施體系中的作用,進(jìn)而提出高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩空間布局原則;分析不同結(jié)構(gòu)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩壩系的作用與功能,揭示單壩效應(yīng)與壩系效應(yīng)的關(guān)系以及壩系的功能級(jí)聯(lián)關(guān)系,提出高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩空間布局的優(yōu)化模式。
(5)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩碳匯能力與價(jià)值。高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)區(qū)位選擇的前提條件是建壩條件充分,以避免“曬太陽(yáng)空壩”的出現(xiàn),確保淤地壩高效攔沙淤地條件進(jìn)而發(fā)揮其碳匯潛力。為全面評(píng)價(jià)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩的綜合效益,應(yīng)對(duì)其碳匯能力及其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),研究高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩滯洪攔沙與壩地土壤碳匯的關(guān)系,分析壩區(qū)和壩地土壤碳匯的時(shí)空分布規(guī)律,以及壩系中碳的匯集、運(yùn)移、再分布過(guò)程與規(guī)律,建立壩地土壤碳匯能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法,基于高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩或壩系建設(shè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平研究壩地土壤碳匯價(jià)值化的轉(zhuǎn)化與當(dāng)量評(píng)估機(jī)制,為構(gòu)建高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩綜合效益評(píng)價(jià)體系提供支撐。
(6)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)的新技術(shù)、新材料、新工藝。針對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩安全可靠、設(shè)施配套、生態(tài)良好的內(nèi)涵,研發(fā)壩體防滲漏、防沖刷、止張裂的生態(tài)型新工藝、新材料,不良筑壩原料的改性、固結(jié)新技術(shù)新材料,泄水建筑物、放水建筑物輕質(zhì)高強(qiáng)生態(tài)新材料,快速高效、質(zhì)高費(fèi)省、生態(tài)安全的施工新工藝,淤地壩加固改造、提質(zhì)增能的新技術(shù)和新工藝等。同時(shí),推廣適用的新技術(shù)、新材料、新工藝,如復(fù)合土工膜、土工袋、劈裂灌漿工藝、砒砂巖改性材料、黃土固結(jié)材料等。
(7)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與智能化決策系統(tǒng)。融合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能及低空無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)等現(xiàn)代信息技術(shù),按照“四預(yù)”(預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案)智慧水利建設(shè)要求,研發(fā)覆蓋壩體、泄水與放水建筑物及壩區(qū)地質(zhì)等全壩域全壩系的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和雨量、洪水、滲壓、變形、位移、沉陷、應(yīng)力、庫(kù)容、污染、坍塌等多元數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理系統(tǒng),建立集水文風(fēng)險(xiǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、污染風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等于一體的高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、風(fēng)險(xiǎn)度綜合辨識(shí)體系,構(gòu)建高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩壩系風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警模型,建立高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩安全風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)預(yù)警、阻控預(yù)案快速生成的智能決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)淤地壩病險(xiǎn)的自動(dòng)排查和各類風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)、預(yù)警。
建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩是落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的重要舉措,有廣闊的發(fā)展前景。2021年水利部、國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)的《黃河流域淤地壩建設(shè)和坡耕地水土流失綜合治理“十四五”實(shí)施方案》提出,黃河流域黃土高原7個(gè)?。▍^(qū))(兼顧黃河下游山東省),擬通過(guò)5 a時(shí)間新建淤地壩1 461座、粗泥沙集中來(lái)源區(qū)攔沙壩2 559座,預(yù)計(jì)新增保土能力4 600萬(wàn)t、增加蓄水能力1.4億m3。中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》強(qiáng)調(diào)“在重力侵蝕嚴(yán)重、水土流失劇烈區(qū)域大力建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩”。因此,近5 a高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)不僅規(guī)模大,而且建設(shè)區(qū)域非常明確。通過(guò)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩,將開(kāi)創(chuàng)黃土高原水土保持和生態(tài)保護(hù)發(fā)展新局面,一是淤地壩建設(shè)將進(jìn)入一個(gè)高質(zhì)量發(fā)展新階段,彰顯水土保持高質(zhì)量發(fā)展的新前景;二是高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)將起到推動(dòng)、示范、引領(lǐng)作用,對(duì)一大批仍有很大效益潛力的已建淤地壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固、改建提質(zhì)增效使其成為高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩,將整體形成黃土高原高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩壩系網(wǎng)絡(luò),使淤地壩成為流域綜合治理的更加有效的形式,并發(fā)揮更大的增加耕地、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、防治水土流失、持續(xù)減少入黃泥沙、改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益。
高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩是一個(gè)新概念,有很多科技問(wèn)題需要研究解決,因此其大規(guī)模建設(shè)必將促進(jìn)水土保持等相關(guān)領(lǐng)域科研工作的發(fā)展,提升淤地壩建設(shè)的科技水平,有關(guān)淤地壩建設(shè)技術(shù)與工藝、工程材料與設(shè)備、監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)與智能決策、淤地壩建設(shè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、淤地壩作用機(jī)制與多層級(jí)綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)等方面將會(huì)得到新發(fā)展,為高標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)、水土保持高質(zhì)量發(fā)展起到堅(jiān)實(shí)的科技支撐作用。