淤地壩蓄水興利庫容設(shè)計與管理探討

陳 瑾，喬生彩，楊志軍，馬鴻雁，郭 冰

(定西市水土保持科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

淤地壩是指在水土流失地區(qū)溝道中，以攔泥淤地為目的而修建的水工建筑物，其主要目的是滯洪、攔泥、淤地、蓄水、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、減輕向河道輸送泥沙等。淤地壩在發(fā)揮生態(tài)效益的同時，也帶來了一定的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。就建設(shè)規(guī)模而言，目前的淤地壩已從單壩建設(shè)階段發(fā)展到了小流域壩系建設(shè)階段。但是在實際建設(shè)和運行管理中，有一些問題的存在限制了淤地壩的發(fā)展和效益發(fā)揮，這些問題有技術(shù)方面的，有管理方面的，也有人們對淤地壩認(rèn)知方面的。這些問題的存在，導(dǎo)致淤地壩建設(shè)規(guī)模增長緩慢，效益發(fā)揮并不充分。在已建成的淤地壩中，有的只起到了道路的作用；有的出現(xiàn)了人為空庫的現(xiàn)象，應(yīng)該蓄水的并沒有蓄積，生態(tài)及水資源利用功能減弱，限制了設(shè)計功能的完全發(fā)揮。針對這種現(xiàn)象，甘肅省提出了淤地壩 “四變”改革(提質(zhì)增效變水庫、生態(tài)補(bǔ)償變農(nóng)田、近自然治理變水溝、銷號移交變公路)的設(shè)想[1]，為進(jìn)一步探索建立“四變”改革機(jī)制并試行的路子，這里就“提質(zhì)增效變水庫”略作探討。

1 淤地壩的作用及效果

定西市累計建成各類淤地壩379座，包括 8條小流域壩系，設(shè)計總庫容11 245萬m3、攔泥庫容5 435萬m3、滯洪庫容5 810萬m3。據(jù)評估，現(xiàn)有淤地壩達(dá)到設(shè)計淤積高程后，可增加壩地1 067 hm2，年增加糧食產(chǎn)量400萬kg，推進(jìn)0.43萬～0.64萬hm2坡耕地退耕；防洪減災(zāi)、保護(hù)下游安全，防止暴雨洪水和泥沙下泄，保護(hù)下游溝道安全，減輕暴雨徑流對下游的威脅；就地攔蓄溝道徑流，提高水資源利用率；以壩代橋，解決山區(qū)交通問題，極大地改善了山區(qū)的交通條件，促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品、文化交流和商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；蓄積地表徑流，有效解決當(dāng)?shù)厝诵箫嬎凸喔扔盟畣栴}[2]；作為水產(chǎn)養(yǎng)殖水體和水景，發(fā)展休閑旅游和其他產(chǎn)業(yè)。

2 淤地壩“壩變庫”興利庫容的界定

攔泥庫容本身就是淤地壩的興利庫容。若壩變庫，需要設(shè)計的內(nèi)容是對興利要素所需的庫容進(jìn)行分配，這里主要討論攔蓄利用水資源的興利庫容。

淤地壩設(shè)計指標(biāo)中明確，淤地壩的壩高有攔泥壩高、滯洪壩高、安全超高三部分。這幾個指標(biāo)是不能隨意改變的，因此在實際生產(chǎn)中，“興利庫容”只能是綜合利用“攔泥庫容”。在設(shè)計淤積年限內(nèi)，攔泥庫容未淤積的部分，可以作為興利庫容，達(dá)到淤積年限后，或淤積面達(dá)到設(shè)計淤積壩高后，“興利庫容”就隨之消失了。

3 在技術(shù)層面上如何實現(xiàn)“壩變庫”

3.1 淤地壩結(jié)構(gòu)特點是“壩變庫”的前提

淤地壩類似于水利工程的水庫。水庫是由擋水建筑物、泄洪建筑物、放水建筑物組成，同樣淤地壩的建筑物構(gòu)成一般有壩體、溢洪道、放水建筑物(三大件)，壩體是擋水?dāng)r泥建筑物，以攔蓄洪水、淤積泥沙、抬高淤積面；溢洪道是排泄洪水的建筑物，當(dāng)壩內(nèi)洪水位超過設(shè)計洪水位時，由溢洪道排泄洪水，以保證壩體的安全和壩地的正常生產(chǎn)；放水建筑物采用豎井或臥管，排泄溝道長流水和庫內(nèi)積水。

在實際生產(chǎn)中，有一大件(壩體)、兩大件(壩體、豎井或臥管)、三大件(壩體、溢洪道、豎井或臥管)三種型類的淤地壩。三大件的淤地壩在防洪、攔泥、提高水資源利用率方面是高效、安全的。兩大件的淤地壩，根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL 289—2003)規(guī)定，為了保證壩地安全生產(chǎn)，放水建筑物的設(shè)計流量“滿足7日放完庫內(nèi)滯留洪水的要求”[3]，其功能是把壩內(nèi)的蓄水排泄到壩下游，客觀上是淤地壩的泄洪建筑物。在這期間，如果出現(xiàn)連續(xù)的大暴雨，不能保證壩體的安全。一大件的淤地壩，目前很少建設(shè)，已建成的其安全度汛問題依然不能忽視，另外由于無泄洪建筑物，壩體的安全更是無法保證。

對于不同結(jié)構(gòu)特點的淤地壩，應(yīng)該按照功能、作用及效益要求，分類管理，分類實現(xiàn)功能的拓展和改變。就淤地壩安全度汛的限制要素來講，能實現(xiàn)“壩變庫”的淤地壩，只能是三大件這種結(jié)構(gòu)的淤地壩。

3.2 壩庫的技術(shù)特征值是“壩變庫”的主要控制指標(biāo)

水位是表明水工建筑物水面空間位置的主要指標(biāo)，設(shè)計規(guī)范中需要有明確的指標(biāo)。

3.2.1 死水位

死水位是“壩變庫”重要的特征值之一。目前我們把淤地壩放水建筑物最低進(jìn)水口以下的庫容稱為死庫容，相應(yīng)的水位稱為死水位。現(xiàn)實情況下，把淤地壩第一級排水臥管高程以下的庫容定義為死庫容，隨著淤地壩運行時間的增加，淤泥面在逐年抬高，同樣死水位在逐年抬高，這個現(xiàn)象與水庫的“死水位”有區(qū)別。

3.2.2 興利蓄水位

興利蓄水位是“壩變庫”實現(xiàn)興利要求的主要指標(biāo)，需要按照不同時期，優(yōu)化確定不同的興利水位。確定時主要考慮的因素有取水要求、壩體安全、防洪要求以及其他一些特殊要求。無論在汛期還是非汛期，都需要控制在攔泥壩高以下，不能占用滯洪庫容。

3.2.3 汛期最高允許蓄水位

淤地壩汛期運行，要完全排空防洪庫容。允許最高蓄水位是淤地壩汛期調(diào)度管理的重要指標(biāo)，確定時，既要考慮興利要求，又要兼顧防洪要求，綜合考慮包括壩體防滲、興利要求、防洪安全等因素。汛期最高允許蓄水位應(yīng)該低于設(shè)計淤積高程。

4 興利設(shè)計與管理

在淤地壩設(shè)計中，目前沒有把水資源蓄積利用作為技術(shù)指標(biāo)做專門興利設(shè)計的規(guī)定，這個現(xiàn)象的存在一定程度上削弱了淤地壩效益的發(fā)揮。淤地壩興利設(shè)計只涉及攔蓄泥沙的時限和數(shù)量，主要考慮淤積年限、滯洪需要、安全超高等因素來確定淤地壩的壩高，對其他興利要素沒有做出明確的設(shè)計規(guī)定。因此，在一些特定的區(qū)域，應(yīng)該制定有區(qū)域特點的技術(shù)規(guī)定，把水資源蓄積利用作為技術(shù)指標(biāo)做專門興利設(shè)計，使設(shè)計工作有章可循。

4.1 在特定的區(qū)域，制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，明確興利設(shè)計指標(biāo)

目前在淤地壩設(shè)計中，并沒有考慮興利庫容，建議把攔泥庫容V攔泥(見圖1)在達(dá)到設(shè)計壩高前，利用起來，蓄積的水，可以作為水景，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑旅游，也可以作為發(fā)展畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、加工業(yè)的水資源。

圖1 淤地壩特征值示意

在淤地壩建成運行的時刻V興利=V攔泥。興利庫容在0～V攔泥之間變動，淤地壩攔泥庫容淤滿后，V興利變?yōu)?。淤地壩利用攔泥庫容蓄水的指標(biāo)，應(yīng)該在相關(guān)設(shè)計或管理的規(guī)范中，要有明確的規(guī)定，便于照章辦事，規(guī)范操作。

4.2 實行信息化管理，是“壩變庫”的必要技術(shù)支撐

要實現(xiàn)淤地壩的安全運行，一方面要做好各建設(shè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，建設(shè)質(zhì)量合格的淤地壩；另一方面，要運用信息技術(shù)，實現(xiàn)淤地壩的信息化管理[5]，使淤地壩在壩體穩(wěn)定、淤積監(jiān)測、水位管理、防洪度汛各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化。信息化管理是控制淤地壩風(fēng)險，保障其安全運行，降低管理成本、提升效益的有效技術(shù)手段。

4.3 制定淤地壩管理技術(shù)規(guī)程，保障淤地壩效益的有效發(fā)揮

淤地壩的主要興利目標(biāo)是攔蓄泥沙、淤泥造地，那么，攔泥壩高以下、死水位以上的庫容就是興利庫容，假設(shè)在設(shè)計階段就安排了壩體的防滲措施，蓄水應(yīng)是不會存在任何風(fēng)險的。進(jìn)而我們可以推理出，在淤地壩沒有達(dá)到設(shè)計淤積高程前，興利蓄水位允許小于或等于設(shè)計淤積面高程，不占用滯洪庫容，不會影響淤地壩的設(shè)計滯洪能力發(fā)揮。

目前，有的淤地壩完全排空了設(shè)計淤積高度以下的庫存水體，以保證汛期的絕對安全，這不是正確的運行管理方式。

5 結(jié) 語

針對黃土高原千溝萬壑、山大溝深的特點，建設(shè)淤地壩工程，能夠很好地實現(xiàn)防洪減沙、造地增產(chǎn)的目標(biāo)，能有效解決部分資源性缺水問題，在保護(hù)和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的同時，在流域內(nèi)形成四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò),為發(fā)展區(qū)域產(chǎn)業(yè)、改善群眾生活水平發(fā)揮重要作用。但淤地壩不是簡單填溝造地工程，要實現(xiàn)安全運行，提高效益，各個技術(shù)指標(biāo)的正確界定是重要的課題，只要有正確的技術(shù)支持，“壩變庫”的設(shè)想是完全可以實現(xiàn)的。