魏艷紅, 王志杰, 何 忠,, 于衛(wèi)潔, 李玉進, 焦菊英,

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農林科技大學 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

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延河流域2013年7月連續(xù)暴雨下淤地壩毀壞情況調查與評價

魏艷紅1, 王志杰1, 何 忠1,2, 于衛(wèi)潔2, 李玉進2, 焦菊英1,2

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農林科技大學 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

摘要：[目的] 查明2013年7月延河流域連續(xù)出現的5次范圍廣，歷時長，量級大的強降雨條件下淤地壩的運行及毀壞情況。[方法] 對延河流域3縣區(qū)15個小流域45座淤地壩進行實地考察。[結果] 被調查淤地壩中35座經受住了暴雨洪水的襲擊。遭毀壞的10座淤地壩中9座為已淤滿變?yōu)楦氐摹皭灪J”壩(一大件)及1座新建壩。而尚未淤滿正在發(fā)揮作用的淤地壩以及新舊結合的壩系大多數都正常運行。[結論] 延河流域該次淤地壩毀壞的直接原因是高強度和持續(xù)集中降雨造成的超標準暴雨洪水,同時淤地壩在建設、運行和管理方面也存在諸多問題。

關鍵詞：延河流域; 淤地壩毀壞; 暴雨; 調查與評價

淤地壩作為黃土高原水土流失治理和減少入黃泥沙最直接有效的手段，從20世紀60，70年代開始至今一直受到高度重視和大力推進。然而，由于淤地壩攔沙功能的實現主要依靠庫容[1]，而早期修建的淤地壩在經過幾十年的運行之后已逐漸淤滿，喪失滯洪攔沙能力，在暴雨洪水的襲擊下，逐漸損壞，成為病壩或險壩。根據2009年陜西省淤地壩安全大檢查專項行動總結報告，全省現有的38 951座淤地壩中，絕大部分淤地壩是在20世紀60，70年代修建的。其中，骨干壩存在安全隱患的有1 250座，占骨干壩總數的48.9%；中型壩存在安全隱患的有4 951座，約占中型壩總數的54.7%。存在安全隱患的骨干壩和中型壩有99%分布于榆林、延安兩市[2]?？梢姡F存淤地壩病險問題十分突出。

2013年7月，延河流域遭遇了自1945年有氣象記錄以來歷時最長、強度最大、暴雨日最多且間隔時間最短的持續(xù)強降雨。延安市寶塔區(qū)為7月份暴雨中心，降雨量高達792.9 mm。暴雨引發(fā)了系列災害，據統(tǒng)計延安市受災人口達1.03×106人次，房屋倒塌3.04×104間(孔)，水毀干線公路53.72 km，縣鄉(xiāng)公路214.2 km，農村道路563.2 km，各類橋涵1 543座，發(fā)生滑塌7 815處，農作物受災面積5.43×104hm2，受損淤地壩516座，水庫21座，水窖水井9 652處，集中供水工程27處，供水管網105.8 km，堤防76.04 km， 基本農田8 100 km2，因災死亡42人，受傷133人，累計經濟損失7.35×109元[3]。由于強降雨達到百年一遇的標準，遠超中小型淤地壩30～50 a一遇的防洪標準，造成部分淤地壩被沖毀。

為此，本文通過對延河流域典型小流域淤地壩在2013年7月連續(xù)暴雨條件下的運行和毀壩狀況的實地考察，分析目前大規(guī)模退耕還林(草)條件下淤地壩的毀壞特征及其原因，旨在了解淤地壩對暴雨的防御能力，以期為新時期的舊壩除險加固、新壩建設和管理提供借鑒。

1研究區(qū)概況

延河是黃河的一級支流。延河流域地處108°41′01″—110°27′48″E，36°27′00″—37°58′39″N，其主要支流有杏子河、平橋川、西川河、南川河、蟠龍川等。發(fā)源于陜西省靖邊縣東南天賜灣鄉(xiāng)周山，由西北向東南，流經志丹縣、安塞縣、延安市寶塔區(qū)，于延長縣南河溝涼水岸附近匯入黃河，全長286.9 km，流域面積7 725 km2。延河流域多年平均徑流總量2.93×108m3，徑流的空間分布差異較大，年內分配不均勻，主要集中于夏季，夏季徑流占年徑流的51%～60%。延河流域屬大陸性氣候，年降雨量為470～500 mm，由上游至下游遞增，7—9月降水量占全年的70%以上。流域內黃土丘陵溝壑的面積占全流域的90%，其中延長縣以上為黃土梁峁狀丘陵溝谷區(qū)，安塞縣至延長縣之間沿河一帶為河流階地，延長縣以下為黃土寬梁殘塬溝谷區(qū)，流域出口處為黃土覆蓋石質丘陵溝谷區(qū)。延河流域水土流失嚴重，河流含沙量大，泥沙多為懸移質，全區(qū)多年平均輸沙量為0.88×108t/a，輸沙模數為1.12×104t/(km2·a)[4]。

2研究方法

2.1　暴雨分析

根據陜西省水利廳2013年7月份雨情簡報，獲取延河流域延安市寶塔區(qū)、安塞縣和延長縣及附近的靖邊縣、志丹縣、子長縣、延川縣和甘泉縣共8處雨量站7月份的日降雨數據，采用空間插值的方法(IDW)繪制延河流域7月份降雨等值線圖(附圖7)。

2.2　淤地壩調查

選取延河流域延安市寶塔區(qū)、安塞縣和延長縣，通過對不同淤地壩運行以及潰壩狀況進行實地考察和走訪，并結合2009年陜西省淤地壩安全大檢查專項資料，獲取建壩年份、壩控面積、壩高、淤積情況和建筑物特征等基本信息(詳見表1)。

共調查45座淤地壩，壩高5～15 m的20座，15～25 m的23座，大于25 m的 2座；壩控面積小于1 km2的12座，1～3 km2的25座，3～5 km2的8座；從淤積情況來看，已淤滿或基本淤滿的淤地壩16座，其余29座為未淤滿或基本無淤積；淤地壩“三大件”是指壩體、溢洪道和放水建筑物，從建筑物特征來看，一大件的淤地壩33座，二大件10座，三大件2座；不同年代的建壩數分別為：20世紀70年代7座，80年代3座，90年代5座，其余30座建于2000年之后。

3結果與分析

3.1　暴雨特征

2013年7月份，延河流域共出現5次歷時長、強度大、波及范圍廣的強降雨過程，超過百年一遇的標準(表2)。5次暴雨的情況為：7月3日至4日，延河流域出現第一次暴雨過程，寶塔區(qū)降雨量高達104 mm，安塞縣72 mm，延長縣0 mm，其附近各縣降雨量在26～75 mm。7月8日至16日，出現第二次暴雨過程，持續(xù)時間長，降雨強度大，寶塔區(qū)降雨量達386.7 mm，安塞縣298.5 mm，延長縣216.7 mm，其余各縣在220.2～403 mm。從7月18日至19日，又開始了新一輪的暴雨過程，寶塔區(qū)降雨量98 mm，其余各縣降雨量在15～44 mm。7月22日至23日，進入第四次暴雨過程，甘泉縣降雨量高達117.6 mm，寶塔區(qū)降雨量71.5 mm，其余各縣在18～45.5 mm。7月25日至27日，出現本月最后一次暴雨過程，靖邊縣降雨量達108.6 mm，安塞縣94.7 mm，寶塔區(qū)92.3 mm，延長縣69.1 mm，其余各縣在49.3～86.8 mm。

可見，每次暴雨事件的暴雨中心并不一樣。通過匯總延河流域3縣區(qū)整個7月份的降雨資料，7月份暴雨中心位于延安市寶塔區(qū)，降雨量高達792.9 mm，是其常年全年平均降雨量的一倍多；延安市西北部的安塞縣降雨量524 mm，而延長縣為327 mm。按照降雨量級大小，延安市寶塔區(qū)為暴雨高值區(qū)，安塞縣為暴雨中值區(qū)，延長縣為暴雨低值區(qū)(附圖7)。

表1　延河流域淤地壩基本情況

3.2　淤地壩的毀壞特征及原因分析

通過對延河流域3縣區(qū)15個小流域45座淤地壩在2013年7月暴雨下的運行與毀壞情況的調查(表3)，并結合附圖7可知，大體上是距離暴雨中心區(qū)越近的淤地壩損毀較多且較嚴重；反之，則損毀較少，程度也較輕。調查中發(fā)現造成此次淤地壩垮壩的直接原因是高強度和集中降雨造成的超標準暴雨洪水，就淤地壩本身的建設、運行和管理而言，也存在諸多問題。

在暴雨高值區(qū)延安市寶塔區(qū)，共調查了2個流域6座淤地壩，毀壞2座，分別為壩體沖垮和壩地沖毀，其余4座壩均正常運行，經受住了暴雨洪水的襲擊。其中，延安市寶塔區(qū)碾莊流域馬口灣壩(n5)，修建于20世紀70年代，為一大件工程，現為耕地，2013年7月暴雨中壩體被沖垮；寶塔區(qū)豐富川流域淤地壩(f1)，同為一大件工程，建于20世紀70年代，壩地種植玉米，壩控流域內有削山造田，2000年以后沒有新修壩，在2013年7月暴雨中壩地被沖毀。可見，由于建壩時間久遠，超過了設計淤積年限，庫容淤滿，喪失了滯洪能力。而對于尚未淤滿的淤地壩，有一定的滯洪庫容，暴雨條件下安全度汛。

表2　延河流域及附近各縣區(qū)2013年7月5次暴雨情況

表3　延河流域典型小流域毀壞淤地壩統(tǒng)計

在暴雨中值區(qū)安塞縣，共調查了12個流域36座淤地壩，除6座毀壞外，其余30座均正常運行。毀壩數最多的毛堡則流域和尚合年流域，所調查的4座淤地壩全部毀壞，皆為壩體沖垮。其中，毛堡則流域1號壩(m1)，建于2004年，壩控面積0.28 km2，是無排水設施的“悶葫蘆”壩，2013年暴雨壩體中部被沖垮，壩內滑塌物堆積，淤積嚴重，基本淤滿，有淤泥無積水；毛堡則流域2號壩(m2)，是“悶葫蘆”壩，建于2000年，壩控面積9.50 km2，已淤滿變?yōu)楦兀N植玉米，壩體原來被洪水拉出一道口子，在2013年7月暴雨中再次嚴重沖刷，切割2 m左右；尚合年流域1號壩(s1)，建于1996年，壩控面積4.98 km2，壩內種植白楊樹，為便于放牧，壩體遭人為開挖，2010—2011年壩體決口，2013年7月暴雨再次沖刷，下切0.5 m左右；尚合年流域2號壩(s2)，建于2010年，壩控面積4.69 km2，連環(huán)壩(從里往外共10個)，中間腰壩壩體過低且一側均被人為挖開，第10座壩被沖毀，其他壩相對完整。而且這些淤地壩靠近暴雨中心寶塔區(qū)，降雨量大且集中。徐家溝流域2號壩(x2)是2012年新修壩，為一大件的“悶葫蘆”壩，壩控流域內坡耕地較多，且2012年削山造田，破壞壩控流域內植被，擾動土體，在2013年7月暴雨中壩體中部被沖垮。賀莊流域2號壩(h2)，建于2008年，是 “悶葫蘆”壩，現已淤滿成為耕地，種植作物，無滯洪庫容，壩地被沖毀。而其余8個流域內正常運行的淤地壩，大多未淤滿，壩內積水，壩體較堅固并有一定的水工設施。其中高家溝、石子灣、陳家坬、李家溝、馬家溝、閆岔和謝屯流域多為水壩，淤積少，庫容大，具備防洪能力；而張家河流域則是新老壩結合的連環(huán)壩系，老壩淤滿種植苗圃，上游新壩是魚塘，壩側有排水渠，且距暴雨中心稍遠，壩體完好，正常運行。

在暴雨低值區(qū)延長縣，調查了1個流域3座淤地壩，毀壞2座，均為壩體被沖垮。其中，五羊川流域1號壩(w1)，建于20世紀70年代，已耕種20 a左右，壩控流域內梯田面積較大，壩體無排水設施，2013年7月暴雨過后，壩體被沖垮，壩地沖毀過半，大量泥沙淤積溝道；五羊川流域2號壩(w2)，建于1989年，壩內種植玉米，壩體被沖垮，該流域泥沙淤積很少，幾乎溝溝有壩(表3)。毀壩主要原因是所調查淤地壩建于20世紀70—80年代，現已淤滿并長期耕種，且為無排水設施的“悶葫蘆”壩，暴雨條件下壩體被沖垮。

綜上，通過對延河流域2013年7月不同降雨量級下淤地壩運行情況及毀壞原因分析可知，大多數淤地壩經受住了暴雨洪水的襲擊，遭毀壞的淤地壩多為已淤滿變?yōu)楦氐摹皭灪J”壩(一大件)，還有少數新建壩。而尚未淤滿，正在發(fā)揮作用的淤地壩以及新舊結合的壩系，則大多正常運行，經受住了此次暴雨洪水的考驗。此外，大中小淤地壩聯(lián)合運用的小流域壩系(如高家溝流域)對暴雨洪水具有較強的抵御能力，發(fā)揮著顯著的生態(tài)、社會和經濟效益。調查中發(fā)現，養(yǎng)護不及時和人為破壞也是不容忽視的因素，而且部分流域存在削山造田，坡面植被遭破壞，土體擾動，穩(wěn)定性差，加之持續(xù)強降雨已使土壤含水極度飽和，致使流域內重力侵蝕(滑坡、崩塌)隨處可見(表3)，增加了溝道泥沙來源，加重了淤地壩滯洪壓力，增加了潰壩風險。

4結論與建議

4.1　結 論

關于淤地壩水毀原因，概況起來，主要集中于3個方面： (1) 范圍廣，歷時長，量級大的超標準暴雨洪水是毀壩的直接原因； (2) 設計不合理、防洪標準低是淤地壩毀壞的根本原因； (3) 年久失修、管護缺位則加劇了淤地壩損毀的程度和范圍。通過分析比較20世紀70—80年代潰壩原因以及21世紀初的大量研究，在經過許多年的探索和改進之后，現階段淤地壩水毀原因主要有以下兩點不同之處：

(1) 20世紀70—80年代分別是淤地壩建設的高潮階段和以治溝骨干工程為主體的壩系建設階段[5]，流域內未形成完整的壩群，潰壩主要由缺乏骨干壩和淤地壩施工建設質量不過關所引起，淤地壩水毀災害比較嚴重，如1973年8月25日，陜西省延川縣突降200 a一遇暴雨，7 570座淤地壩遭受不同程度損毀的有3 300座，占43.6%。1975年8月，陜西省延長縣先后發(fā)生兩次強降雨，相當于100 a一遇，其中6 000座淤地壩中有1 830座不同程度損毀，占30.5%[6]；進入21世紀，大部分流域已形成完整壩系，然而流域內現存大多數淤地壩卻已運行多年，庫容淤滿，病險問題突出，喪失滯洪攔沙能力，暴雨條件下易潰壩，但水毀程度較輕，大多為僅在壩體拉出一道口子，原先淤積的泥沙并未沖走，基本滯留壩內。

(2) 20世紀70—80年代淤地壩建設發(fā)展階段，重工程措施，輕生物措施[7]，流域內有大量的坡耕地存在，植被稀疏，當地人民群眾依靠廣種薄收維持生計，越窮越墾，越墾越窮，坡面產流產沙量大，大量水沙匯入河道內，造成淤地壩防洪壓力過大引起潰壩；而1999年以來，大范圍實施退耕還林還草政策，經過十多年的恢復發(fā)展，至今已初見成效，林草措施和淤地壩建設的同步發(fā)展，極大地改善了自然生態(tài)環(huán)境，達到了標本兼治的目的。然而，流域內人為破壞活動(如削山造田、工程活動和道路建設等)的加劇也在不斷地威脅著壩系的安全。

4.2　建 議

經過調查，雖然連續(xù)強降雨是造成此次延河流域淤地壩毀壞的直接原因，但規(guī)劃設計不合理、防洪標準低、年久失修和養(yǎng)護不善等也是重要的影響因素。依據陜西省淤地壩安全大檢查專項行動總結報告，結合延河流域實際情況，應從以下5個方面著手提高淤地壩防洪滯洪能力，使其在保持水土，減少入黃泥沙，減輕自然災害，改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)展農村經濟等方面發(fā)揮其最大的作用。

(1) 壩體除險加固維修。淤地壩作為黃土高原水土保持生態(tài)建設的一項重要措施，其淤地攔沙效益十分顯著，為延長淤地壩的使用年限和實現淤地壩效益的持續(xù)發(fā)揮，應注重現有病險壩的排查、加固和維修，主要包括對已經淤滿，沒有滯洪庫容的舊壩進行壩體加高，壩面水毀的補修、增設壩面排水通道，壩體單薄的進行培厚加固等；對于遭到毀壞的淤地壩，在雨季來臨前應加以維護，確保淤地壩效益的繼續(xù)發(fā)揮。水工設施清淤配套，主要包括對溢洪道已堵塞的疏通清淤，已破損的補砌維修，臨時溢洪道的擴建及改建；對庫容已淤滿的一大件工程，應補修排水渠或溢洪道等水工設施；對已有放水建筑物但損壞嚴重的進行維修加固。

(2) 強化淤地壩坡面保護措施，減少坡面侵蝕。在鞏固現有淤地壩坡面植被恢復的同時，跟進削山造田、石油開采以及道路建設等破壞坡面的植被恢復，減少進入溝道的來水來沙量，保證淤地壩長期健康運行。

(3) 合理設計淤積年限，提高防洪標準。在小流域壩控系統(tǒng)內，由于受經濟規(guī)律影響，中小型淤地壩的防洪標準一般偏低。因此，應從流域實際情況出發(fā)，在統(tǒng)一規(guī)劃的前提之下，設計合理的淤積年限和校核標準。對于淤地壩建設不足的地區(qū)，應在流域內增設一些控制性的治溝骨干壩和淤地壩，有效減輕現有淤地壩工程的防洪壓力。

(4) 基于小流域特征科學合理規(guī)劃壩系建設，并進一步加大管理投入。新時期要不斷更新設計理念，針對近些年退耕還林還草效果顯著，侵蝕模數有減小趨勢的流域，應調整設計庫容，合理規(guī)劃規(guī)模，科學設計布壩格局，形成完整的溝道工程防護體系，充分發(fā)揮淤地壩工程的規(guī)模效益[8]。同時，應確保淤地壩規(guī)劃設計、工程施工、監(jiān)理監(jiān)測科學規(guī)范，工程質量不斷提高。也應加大管理投入，建立病險壩數據庫，例行檢查，及時維護檢修，防患于未然。

(5) 建立健全淤地壩安全法律法規(guī)，研發(fā)監(jiān)測及預警預報系統(tǒng)[9]。加強公眾保護和公眾參與意識，杜絕破壞淤地壩工程的行為[10]，制定應急管理措施，新建壩應在保證工程質量的基礎上，在暴雨發(fā)生時加強防范，最終實現水土保持和淤地壩發(fā)展的管理創(chuàng)新、戰(zhàn)略創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和人力創(chuàng)新[11]。

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Investigation and Evaluation on Check Dams Damaged Condition Under Continuous Rainstorm in Yanhe River Basin in July 2013

WEI Yanhong1, WANG Zhijie1, HE Zhong1,2, YU Weijie2, LI Yujin2, JIAO Juying1,2

(1.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：[Objective] To find out the running and damaged condition of check dams in the five heavy rainfalls with wide range, long duration and large magnitude in July 2013 in the Yanhe river basin. [Methods] Field survey of 45 check dams in 15 small basins of 3 counties in the Yanhe river basin was conducted. [Results] It was found that 35 check dams could withstand the storm and flood struck. While only one new dam and 9 old check dams transformed to cultivated land were destroyed. The dams, which was still not full of silt and the dam system of the new dam combined with the old dam, worked very well. [Conclusion] The direct cause of the destroy of check dams was the over-standard rainstorms and floods caused by intense and concentrated rainfall. Meanwhile, there are many problems in the construction, operation and management of check dams in the Yanhe river Basin.

Keywords:Yanhe river basin; check dam destroyed; rainstorm; investigation and evaluation

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0250-06

中圖分類號：S157.2

通信作者：焦菊英(1965—)，女(漢族)，陜西省寶雞市人，研究員，主要從事流域侵蝕產沙、土壤侵蝕與植被關系及水土保持效益評價研究。E-mail: jyjiao@ms. iswc.ac.cn。

收稿日期：2014-04-01修回日期：2014-04-17

資助項目：中國科學院重點部署項目“黃土高原及周邊沙地近代生態(tài)環(huán)境的演變與可持續(xù)性”(KZZD-EW-04-03-04)； 國家自然科學基金面上項目(41371280)； 高等學校博士學科點專項科研基金(20130204110025)

第一作者：魏艷紅(1988—)，女(漢族)，甘肅省白銀市人，博士研究生，研究方向為土壤侵蝕。E-mail: yhweigo@163. com。