黃土高原淤地壩建設中有關問題探討及對策

王 楠,樊曉華，王英順

(1.黃河流域水土保持生態環境監測中心，陜西 西安 710021；2.西安黃河規劃設計有限公司，陜西 西安 710021； 3.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

淤地壩是黃土高原地區人民群眾在治理水土流失、變害為利、發展農業生產的實踐中，實現水土資源綜合利用的重要設施。新中國成立以來，通過水利水保部門的總結示范和推廣帶動，黃土高原地區淤地壩建設取得了長足發展。近年來，隨著習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上重要講話精神的落實，以及《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》的實施，黃土高原地區淤地壩建設進入了新的發展階段。然而，在淤地壩除險加固、新建淤地壩，以及在粗泥沙集中來源區建設攔沙工程過程中，還是出現了一些問題，需要進行探討和解決。

1 淤地壩除險加固工程

規模性淤地壩除險加固工程始于2015年，主要針對建設于20世紀六七十年代、無防洪標準或防洪標準較低、配套泄洪設施不完善、不能滿足工程自身防洪要求的中型以上淤地壩，以及下游影響范圍內有居民點、學校、工礦、道路等重要基礎設施的大中型病險淤地壩。各類病險問題的存在，不同程度地影響了淤地壩工程的安全運用，其基本功能逐漸減弱或喪失，加之病險問題之間的連鎖反應，發生潰壩的風險日益增大。若不及時除險加固，一旦失事，不僅主體工程付之東流，還將使下游影響范圍內人民生命財產遭受嚴重損失。為此，水利部編制和印發了《黃土高原地區中型以上病險淤地壩除險加固工程實施方案》，截至2021年底，基本完成了首期黃土高原地區中型以上病險淤地壩除險加固工作。但在陜西、山西等省，由于以往建設的淤地壩數量較多，一些中小型淤地壩的除險加固工作仍在進行中。針對除險加固工程中存在的一些問題，提出如下對策。

1.1 妥善處理除險加固工程與上下游溝道工程的關系

目前，除險加固工程主要為配套泄洪設施。在泄洪設施的配套設計中，應全面考慮上下游溝道工程的泄洪安全。例如：陜西榆林市靖邊縣許臺淤地壩是一座處于小流域壩系中的大型淤地壩，建于1988年，區間流域面積4.52 km2，設計總庫容110.73萬m3，設計攔泥庫容77.68萬m3，現狀淤積庫容72.28萬m3，已接近設計淤積高程，十分有必要對該壩進行除險加固和配套泄洪設施。該壩上游有箭桿梁和徐臺2座大型淤地壩，下游有寺咀大型淤地壩，其泄洪設施的設計必須充分考慮上游2座大型淤地壩的下泄洪水，通過對上下游3座大型淤地壩的聯合調洪演算，確定其泄洪建筑物結構尺寸；同時要考慮該淤地壩下泄洪水對其下游寺咀大型淤地壩的影響，通過對上下游2座大型淤地壩的聯合調洪演算，復核下游寺咀淤地壩的泄洪建筑物是否安全；另外，可以下游寺咀淤地壩的最大泄洪量為邊界條件，反推許臺淤地壩泄洪建筑物的結構尺寸，達到壩系安全排泄校核洪水的目的，必要時可通過加高壩體、增加滯洪庫容的辦法，減少許臺淤地壩洪水下泄量。此例子說明，在小流域壩系中單壩配套泄洪建筑物時，應考慮上下游溝道工程的防洪安全問題。對于以“兩大件”為主的淤地壩系，每座壩在配套泄洪設施時應從壩系的調洪演算入手，自上而下逐壩進行，下游壩區間的洪水流量曲線疊加上游壩的溢洪道下泄流量曲線作為本壩的入庫流量曲線，采用水量平衡方程進行調洪演算，依此類推，完成壩系的調洪演算。而在壩系除險加固工程實施時，則應按自下而上的順序，從下游壩開始實施，以確保實施過程中壩系的防洪安全。

1.2 妥善處理工程防洪安全與可持續攔泥淤地的關系

淤地壩除險加固工程設計中，往往較重視配套泄洪設施和修復水毀建筑物，而忽略淤地壩攔泥淤地的功能。對有較大淤積面和攔泥庫容的病險淤地壩，直接配套溢洪道，就可達到除險加固的目的，但若對其壩體進行適當加高，再配套溢洪道，不僅能實現淤地壩除險加固，還能很好地發揮攔泥淤地的作用，與新建淤地壩相比，其投入小，效益更顯著。例如：陜西榆林市府谷縣羅家溝淤地壩是戲樓溝壩系初期建設的大型淤地壩，其除險加固方案就較好地解決了工程當前防洪安全與可持續攔泥淤地的問題。該壩建于1976年，區間流域面積5.18 km2，壩高12 m，總庫容52萬m3，現狀淤積庫容52 萬m3，總庫容已淤滿(無滯洪庫容)，需對該壩進行除險加固和配套泄洪設施，以確保戲樓溝壩系工程安全運用。經論證，該壩除險加固方案確定為：加高壩體6 m，加高后的壩高18 m，總庫容130.41萬m3，除險加固工程投資275.8萬元。此方案既確保有足夠的滯洪庫容與適當的攔泥庫容，解決了工程當前防洪安全問題，又維持了工程攔泥淤地的功能。另外，結合除險加固工程對舊壩進行提升改造，其新增單位庫容的造價遠低于新建工程。

1.3 未達到設計淤積高程的淤地壩適當延后配套泄洪設施

從20世紀末國家全面推行退耕還林還草，到21世紀全面加強生態文明建設以來，黃土高原地區生態環境持續改善，流域水土流失強度持續降低，使得21世紀以來建設的淤地壩工程淤積速率減緩，達到設計淤積高程的時間滯后。對這部分工程過早地配套泄洪設施，會造成投資浪費。例如：黃河流域某縣馬也堡大型淤地壩除險加固工程，始建于2002年，控制流域面積11.6 km2，設計淤積年限20年，總庫容179萬m3，設計攔泥庫容65萬m3；到2018年已淤積庫容31.32萬m3，按工程建成后的淤積速率推算，達到設計淤積高程尚需約17年。按2015年《黃土高原地區中型以上病險淤地壩認定暫行辦法》，該壩總庫容大于100萬m3，無泄洪設施，認定為病險淤地壩，為此對該壩提出了除險加固方案，增設了泄洪設施。事實上，該工程雖為“兩大件”工程，但由于達到設計淤積高程還需約17年，這期間尚未淤積的庫容可作為滯洪庫容來利用，其實際防御洪水的能力大于設計值。過早地配套泄洪設施，會在一定時期內造成泄洪工程的效益難以發揮，應在達到或接近設計淤積高程后再配套泄洪設施，這既有利于工程效益的正常發揮，又不會造成泄洪設施的長期閑置，造成一定時期內的投資浪費。此例子說明，在淤地壩除險加固工程設計中，應當根據工程的淤積狀況，合理安排除險加固工程的實施時間，加強除險加固工程的針對性，這對提高投資效益具有重要的現實意義。

2 新建淤地壩和攔沙工程

攔沙工程是《黃河粗泥沙集中來源區攔沙工程一期項目可行性研究報告》中提出的概念，是指在黃河粗泥沙集中來源區興建的、以攔截粗泥沙為主要目的的溝道工程。中型攔沙工程的庫容規模與大型淤地壩一致，小型攔沙工程的規模包含了中型淤地壩和小型淤地壩的庫容規模。針對新建淤地壩和攔沙工程中存在的一些問題，提出如下對策。

2.1 全面規劃，重視小流域壩系規劃在淤地壩建設中的引領作用

小流域壩系是以小流域為單元，科學合理布設大、中、小型淤地壩，為提高溝道整體防御能力，實現流域水土資源合理開發與綜合利用而構建的防治水土流失的溝道工程體系。小流域壩系規劃是結合當地自然條件、社會經濟狀況及水土流失規律，充分發揮淤地壩在攔泥淤地、防洪保收和灌溉養殖等方面的綜合效益，實現小流域水土資源最大化綜合利用，以最小的投入獲取最佳的經濟、社會和生態效益而制定的小流域壩系建設方案。2003年，水利部將黃土高原淤地壩列入全國水利“亮點工程”，實施建設的前提是必須在小流域壩系可行性研究報告批復的基礎上進行。因此，在設計新建淤地壩前，應進行小流域壩系規劃，并按一定的程序對規劃成果進行確認；對之前已開展過壩系規劃的小流域，應根據小流域經濟社會的發展與基礎條件的變化情況，對原有的規劃成果進行復核和確認，作為近期淤地壩實施的基本依據。

2.2 珍惜壩址，在規范規定的范圍內取較長的設計淤積年限

近期實施的淤地壩更重視工程的防洪安全，大型淤地壩均要求配套泄洪設施，以提高工程運行期的防洪度汛安全性，但與此同時也帶來了新的問題：一是淤地壩的組成由“兩大件”變為“三大件”，淤地壩選址條件更加苛刻，很多以往很適宜布設“兩大件”的壩址卻不具備布設“三大件”的工程條件；二是“三大件”淤地壩淤滿后，受制于泄洪建筑物高程及平面位置的控制，一般壩體很難再加高，制約了工程可持續攔泥淤地功能的發揮。鑒于此，在“三大件”工程設計時，在規范規定的范圍內，應盡可能取較長的設計淤積年限，以提高工程攔泥淤地功能時效，最大限度地發揮工程攔泥淤地效益。

2.3 注重效益，優化壩系中各單壩的建設時序

壩系規劃確定之后，建壩時序成為影響壩系建成速度、工程預算、工程綜合效益的重要因素。制定壩系建壩時序時，應重點確定壩系中發揮控制作用的大型淤地壩的建設時序。就一般小流域而言，按從上而下的時序建設小流域壩系，最安全、最省事，但卻不是最優。多年來，受制于投資的不確定性，壩系建設時序不盡合理，造成壩系中空壩較多，影響壩系工程的綜合效益。科學合理地制定建壩時序，不僅能節約投資，而且能最大限度地發揮投資效益，達到費省效宏的目的。隨著《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》的實施，淤地壩建設資金得到了進一步的落實，這為優化壩系中各單壩的建設時序，提供了資金保障。

《淤地壩技術規范》(SL/T 804—2020)明確規定，壩系工程的建設時序，應按保證行洪安全、合理利用水土資源、大型淤地壩和除險加固淤地壩優先的原則合理確定，宜根據流域面積、洪水泥沙等選擇適合的建壩時序。一是水土流失嚴重以及壩系工程建設基礎較差的流域，宜采用先支毛溝后干溝、先上游后下游的建設時序。此建設時序符合先易后難的原則，安全性較大，但達到全流域洪水泥沙全面控制所需的時限較長。二是流域面積較小、水土流失較輕、坡面治理較好、有一定的壩系工程建設基礎的流域，宜采用先干溝后支毛溝、先下游后上游的建設時序。先干溝后支毛溝的建壩時序，符合攔沙效益最大化的原則，工程建成后當年就可實現小流域洪水泥沙不出溝，存在的問題是小流域壩系建設必須有可靠的后續資金作保證，如不能保證上游工程的如期實施，則對主溝道淤地壩的安全會造成威脅。始建于20世紀五六十年代的陜西省橫山縣趙石畔小流域壩系、山西省中陽縣洪水溝小流域壩系、內蒙古自治區清水河縣范四窯小流域壩系和準格爾旗活雞兔小流域壩系等，都是按先干溝后支毛溝的時序建成的壩系。這些小流域壩系在運行中取得了顯著的攔泥淤地效益，但由于缺乏后續資金支持，不同程度地受到暴雨洪水的威脅。三是流域面積較大、水土流失較輕、坡面治理較好的流域，宜采用以干溝分段、按支毛溝分片、段片分治的建設時序。此建設時序對流域內鄉村較多或面積較大的小流域，可以分段劃片，小集中大聯片地統籌規劃，以實現投資最優化和效益最大化，在壩系建設中應盡量推廣。另外，在壩系建設初期，先建大型淤地壩，以形成壩系骨架，攔截流域內的洪水泥沙，在大型淤地壩接近設計淤積高程時，再建其控制范圍內的中小型淤地壩，這樣既可實現同樣的攔泥淤地效益，又能有效地減少壩系建設初期的投資，同時可確保壩系工程持續高質量發展。