府谷縣老維梁淤地壩除險加固效益探析

姬文娜

（陜西省榆林市淤地壩建設辦公室，陜西 榆林 719000）

1 概況

老維梁淤地壩位于府谷縣北部清水鎮棗林峁村，屬黃河一級支流清水川流域，距府谷縣城約40 km。2003 年對該壩進行了加高加固，壩控流域面積1.18 km2，由土壩和涵管（鋼筋砼管）二大件組成，原最大壩高19.50 m，壩頂只有1.5 m 寬，較單薄，上游壩坡坡比為1∶2.0，下游壩坡不規則，且外壩坡沖刷水毀嚴重，從下向上坡比分別為1∶8.0（2.5 m 高）和1∶1.6（17 m高），壩頂長125 m，現該壩淤積面距壩頂高為5.50 m，已淤積庫容30.89 萬m3，已淤地面積為3.31 hm2。對該壩現在進行除險加固還是保持現狀，存在兩種觀點，所以需對老維梁淤地壩除險加固后的效益進行分析論證，為科學決策老維梁淤地壩除險加固工作提供技術支撐。

2 淤地壩存在問題

老維梁淤地壩屬溫帶大陸性季風氣候，當地年平均降水量434.1 mm，老維梁淤地壩始建于1971 年，受當時技術條件和施工限制，工程設施相對來說較為落伍。加之經過近50 年運行，淤地壩病險問題日益突出。壩右岸2 根Φ=50 cm 的涵管進口被堵塞，壩外坡有水毀坍塌現象，致使大壩現已無法正常運行，難以發揮其攔沙、防洪等效益，洪水一來隨時都有跨壩的危險，危及下游村莊農田和水源井的安全飲用。老維梁淤地壩帶病運行，使其效益大打折扣，增加了危險性，急需加固維修配套。

3 防洪效益分析

3.1 水文氣象分析

老維梁淤地壩屬溫帶大陸性季風氣候，當地年平均降水量434.1 mm，最大年降水量為819 mm，最小年降水量108.6 mm，年蒸發量1200 mm。降水年內變化差異較大，分布不均，其中汛期6 月～9 月降雨量占全年降雨量的79%以上，最多年與最少年相差626.3 mm。降雨多以暴雨形式出現，歷時短，強度大，災害性強，降低了水資源的利用率，溝道無常流水。

3.2 洪水總量分析

3.2.1 洪峰流量計算

老維梁淤地壩工程總庫容在50×104m3～100×104m3之間，若除險加固按20 年洪水重現期進行設計，則剩余攔泥壩高為1.46 m，剩余攔泥庫容為6.23 萬m3，反算剩余淤積年限為4.75 年。

老維梁淤地壩所處溝道上游，沒有超標準或情況相近的淤地壩攔沙攔洪，所以不用考慮上游的減沙減洪作用。設計洪峰流量采用匯水面積相關法計算，集水面積按老維梁淤地壩實際控制流域面積1.18 km2計算。

計算公式為：

式中：QN為重現期為 N 的洪峰流量，m3/s；CN為重現期為 N 的地理參數，見表1；n 為經驗指數，n=0.68[1]；F 為流域面積，F=1.18 km2。

老維梁淤地壩流域位于Ⅰ區，根據《榆林地區實用水文手冊圖集》，查得該區的地理參數和經驗指數計算得該壩址以上不同重現期的洪峰流量見表1。

表1 洪峰流量計算成果表

3.2.2 洪水總量計算

老維梁淤地壩設計洪水總量采用推理公式：

式中：Wp為頻率為 P 的設計洪水總量，萬 m3；a 為 24 h 暴雨徑流系數；F 為流域面積，1.18 km2；H24P為頻率為 P 的 24 h 暴雨量，mm。

其中KP為頻率為P 的皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數；H24為多年最大24 小時暴雨均值，mm。由《陜西省榆林地區水文手冊》查得，該壩控流域中心多年最大24 時暴雨均值為66 mm，不同頻率24 小時暴雨徑流系數見表2。變差系數CV為0.7，差系數CV與CS的比值CS/CV=3.5[2]。經計算不同重現期的暴雨量、洪水總量計算成果見表2。

表2 不同頻率24 小時暴雨量、洪水量表

3.3 滯洪分析

利用實測橫斷面法計算水位—庫容、水位—面積關系，按下式計算各級水位下的庫容：

式中：V 為某一水位下的庫容，萬m3；Si為第i 級水位對應的淤地面積，萬m2；Zi為水位分級高差，m；ΔVi為分級水位所增庫容，萬 m3[3]。

式中相關參數取值，及水位—庫容、水位—面積關系計算結果見表3。

表3 水位—庫容、水位—面積關系表

本工程為加固工程，已淤積庫容為30.89 萬m3，剩余攔泥庫容6.23 萬m3。壩頂距現淤積泥面為5.50 m，溢洪道底面起調水位從壩頂向下推導，經反復試算溢洪道底面起調水位為990.46 m，溢洪道滯洪庫容由調洪演算確定為13.86 萬m3，所以該淤地壩總庫容為50.98 萬m3。

校核情況下：溢洪道底寬取3.0 m，校核水深為2.04 m，校核水位992.50 m時，下泄流量為13.49 m3/s，滯洪庫容為13.86 萬m3。設計情況下：溢洪道底寬取3.0 m，設計水深為1.17 m，設計水位991.63 m 時，下泄流量為 6.02 m3/s，滯洪庫容為 7.25 萬 m3。

老維梁淤地壩下游的棗林峁行政村，共有50 戶，251 人。經過以上分析可知，老維梁淤地壩除險加固后，可控制該溝道洪水，防200 年一遇暴雨洪水，以保護下游村莊農田、水源井安全。在暴雨洪水中，可以滯洪的庫容為7.25 萬m3。增加的庫容既可以進行防洪，也可以進行雨洪資源利用，在干旱時期，對下游農作物進行灌溉等，可以一舉兩得，效益顯著。

4 攔泥淤地效益分析

老維梁淤地壩位于清水川二級支溝古圪垯溝，屬黃土丘陵溝壑區第Ⅰ副區，地表土質疏松，植被主要以喬木、灌木林和草本植物為主，是黃河中上游粗泥沙治理重點地區。由于地形破碎，土質粘性差，在風雨等外力的侵蝕作用下，形成了以梁峁為主、溝谷深切地貌景觀，梁窄坡陡，梁峁起伏較大，溝壑縱橫，相對高差達135 m。植被覆蓋率較低，抗蝕性差，水土流失嚴重，泥沙年季變化大，主要集中于汛期，由暴雨洪水促成并攜帶，具有典型的黃土丘陵溝壑區泥沙特點。經過實際調查和查閱相關資料，確定該流域多年侵蝕模數為1.5 萬t/（km2·a）[4]。則老維梁淤地壩控制流域多年平均輸沙量，采用多年平均侵蝕模數乘以流域面積，再除以泥沙容重。泥沙容重取1.35 t/m3，壩控流域年輸沙量為1.311 萬m3。

老維梁淤地壩壩址處溝道呈“梯型”斷面，主溝道長1.40 km，平均比降9.64%。壩址位于黃土丘陵溝壑區，壩址處兩岸下部為砒砂巖，溝底和兩岸砒砂巖上部覆蓋有豐富的黃土。溝內每一年輸沙量達1.311 萬m3。通過加固淤地壩可以控制溝道下切侵蝕，攔泥庫容6.23 萬m3，使該壩控制范圍內的洪水泥沙得到有效攔蓄和調節，可以減少泥沙向下，流入河道。

5 社會經濟效益分析

5.1 經濟效益

老維梁淤地壩壩除險加固概算總投資61.80 萬元，其中工程措施費53.30 萬元，林草措施費0.08 萬元，獨立費用6.62 萬元，其它費用1.8 萬元。

老維梁淤地壩壩除險加固后，可確保已攔泥沙的成果，使該壩控制范圍內的洪水泥沙得到有效攔蓄和調節。其經濟效益主要在壩地種植上顯現：在風雨的侵蝕下，老維梁淤地壩可淤成壩地5.35 hm2，即80.25 畝。這些沖淤而下的泥沙均含有豐富的磷礦物質，將會長出豐碩的莊稼。壩地利用率按80%計算，種植作物主要以玉米來進行核算，去除化肥種子機械農藥等耕作成本，一畝壩地年收益在600 元左右，64.2 畝壩地年可凈收入3.852 萬元，按20 年種植期計算，累計種植效益為77.04 萬元。當然壩地種植不僅是20 年，時間或更長。由此可見，僅壩地的種植效益就遠遠超過工程投資概算。

5.2 社會效益

（1）促進了土地利用結構和農業結構的合理調整。棗林峁村人均耕地0.29 hm2，人均基本農田只有0.09 hm2，淤地壩除險加固后，促使了壩地盡快淤成，可以增加村民土地播種面積，改變當地群眾廣種薄收的傳統習慣，進行精耕細作，在增加糧食產量的同時，還可以種植土豆等經濟作物。同時，除險加固后，增加了放水等設施，有利于干旱時農業灌溉，保障了糧食豐產；

（2）大壩的加寬加厚，實現了以壩代路，改變了交通條件，便于村民往來于梁峁之間，方便了周邊群眾的生活、生產。

5.3 生態效益

老維梁淤地壩所在的溝道是黃河粗泥沙的主要來源區之一，通過除險加固，增加壩地淤積功效，防洪攔蓄泥沙，有效減輕了水土流失。同時，營養豐富的土壤聚集，增加了養分，改善了農作物的生長環境，有利于提高產量，壩地糧食產量可達坡耕地的5～8 倍，有效促進流域退耕還林和封育治理的開展，促進了植被的生長。攔住的泥沙，不僅減輕了下游河道的淤積和水質污染，也有利于改善環境，促進流域生態的改變和局地小氣候的形成。

6 結語

老維梁淤地壩，經過近50 年的運行，病險問題嚴重，通過對除險加固后產生的防洪效益、水資源灌溉效益、攔泥淤地效益、社會經濟和生態效益的探討，可知壩地種植效益為77.04 萬元，遠遠大于工程概算總投資61.80 萬元。同時，工程建成后，對改變當地生產生活條件、增加農民收入、促進退耕還林還草和和改善生態環境、調整產業結構、改變局地小氣候都有一定的積極意義和推動作用，由此可見，老維梁淤地壩除險加固后產生的效益要遠遠大于投資建設，應該盡早給予實施。