黨維勤 黨恬敏 高璐媛

摘 要：修建淤地壩是黃土高原地區(qū)治理水土流失的一種行之有效的水土保持措施，為了使淤地壩在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮更大的作用，開(kāi)展淤地壩及其壩系試驗(yàn)研究尤為重要。對(duì)淤地壩及其壩系試驗(yàn)研究的有關(guān)情況進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，以期為今后淤地壩建設(shè)和進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究等提供參考。20世紀(jì)50年代以來(lái)，有關(guān)水土保持科研單位、行業(yè)管理單位、高等院校等針對(duì)淤地壩建設(shè)開(kāi)展了大量卓有成效的試驗(yàn)研究工作，可將已開(kāi)展的試驗(yàn)研究分為單壩試驗(yàn)研究和壩系試驗(yàn)研究，在單壩研究方面開(kāi)展了淤地壩設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程結(jié)構(gòu)、最優(yōu)壩體斷面、“水墜法”和定向爆破法等筑壩技術(shù)、壩體分期加高、攔泥減蝕作用測(cè)算、淤地壩分類(lèi)及運(yùn)行管理、壩地防洪保收、鹽堿化防治、壩地綜合利用模式等研究，在壩系研究方面開(kāi)展了以骨干壩布局、規(guī)模及建壩順序?yàn)橹攸c(diǎn)的壩系優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)研究、壩系相對(duì)穩(wěn)定條件研究、壩系結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)研究、壩系監(jiān)測(cè)技術(shù)研究及壩系安全運(yùn)行評(píng)價(jià)研究等。提出了淤地壩及其壩系研究的學(xué)科定位、研究體系及急需開(kāi)展研究的重大課題：淤地壩及其壩系研究屬多學(xué)科交叉的綜合性應(yīng)用學(xué)科，淤地壩及其壩系研究體系可以分為基礎(chǔ)理論、技術(shù)和管理三方面，當(dāng)前急需開(kāi)展攔沙和減蝕機(jī)理研究、水毀機(jī)理研究、筑壩新材料和新技術(shù)研究、監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)研究、淤地壩病險(xiǎn)加固技術(shù)研究、壩系水資源利用研究等。

關(guān)鍵詞：淤地壩;壩系;試驗(yàn)研究;黃土高原

中圖分類(lèi)號(hào)：S157.2;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.09.026

Abstract： The check dam is an effective measure for controlling the soil and water loss on the Loess Plateau. It is especially important to carry out the research on the check dam and its dam system in order to make the check dam play a better role in the ecological protection and high-quality development of the Yellow River Basin. The relevant researches on the check dam and its dam system were systematically reviewed， with a view to providing reference for the studies and constructions of check dams in the future. Since the 1950s， fruitful experimental researches on the construction of check dam were carried out by some research institutions， industry management units and universities relevant to the soil and water conservation， mainly including the single dam test and the dam systems test. The single dam research included the flood control standard for check dam design， engineering structure， optimal dam cross section， dam body heightening by stages， hydraulic filling method and directional blasting method， the calculation of mud retaining and erosion reducing effect， the classification and operation management of check dam， flood control and harvest protection dammed land， the prevention and control of salinization and the comprehensive utilization mode of dammed land. The dam system research included the dam system optimization and planning techniques focusing on the arrangement， scale and construction order for the key dams， the relatively stable condition for dam system， dam system cascade， dam system monitoring technology and dam system safety operation evaluation. The great issues on the subject orientations， research system and urgent research of check dam and its system were also put forward by these organizations. Research on the check dam and its system is a multidisciplinary and comprehensive application discipline. The system of check dam and its system can be divided into three aspects of basic theory， technology and management. At present，it is urgent to study the mechanism of sediment retention and erosion reduction， the mechanism of water damage， the new materials and technologies for dam construction， the technology of monitoring， early warning and prediction， the technology of endangered check dam reinforcement and the water resources utilization of dam system.

Key words： check dam; dam system; experimental; Loess Plateau

淤地壩是黃土高原地區(qū)人民群眾在治理水土流失的長(zhǎng)期實(shí)踐中創(chuàng)造的一種行之有效的水土保持措施，能攔截泥沙、保持水土、淤地造田、增產(chǎn)糧食、改善交通條件和生態(tài)環(huán)境等。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，截至2014年黃土高原地區(qū)已建成淤地壩59 037座，其中骨干壩5 829座、中型壩11 265座、小型壩41 943座，共可攔沙280億t，已淤壩地面積10.59萬(wàn)hm2（2007年調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)字，約占黃土高原耕地面積的10%），在有效控制黃土高原水土流失、減少入黃泥沙、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮了重要作用。2019年9月18日習(xí)近平總書(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上明確要求，中游要突出抓好水土保持和污染治理，有條件的地方要大力建設(shè)旱作梯田、淤地壩等。為了使淤地壩在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮更大的作用，開(kāi)展淤地壩及其壩系試驗(yàn)研究尤為重要。筆者對(duì)20世紀(jì)50年代以來(lái)淤地壩及其壩系試驗(yàn)研究的有關(guān)情況進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，以期為今后淤地壩建設(shè)和進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究等提供參考。

1 單壩研究

20世紀(jì)50—90年代的試驗(yàn)研究對(duì)象以單壩為主，部分研究涉及壩系。1952年黃河水利委員會(huì)綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站（簡(jiǎn)稱(chēng)黃委綏德站）成立后，以陜西省綏德、米脂、佳縣、吳堡等4個(gè)縣為重點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)，通過(guò)2 a示范推廣，共建成214座淤地壩，壩高集中在5～10 m，單壩控制流域面積大都在0.5 km2以下。

1.1 淤地壩攔泥減蝕作用

從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，有關(guān)水土保持研究單位對(duì)淤地壩的攔泥減蝕作用開(kāi)展了大量的研究，探索了確定淤地壩攔沙量的實(shí)測(cè)法、淤地面積—壩高—庫(kù)容曲線(xiàn)法、不同年代地形信息源法等多種方法。有關(guān)研究表明：?jiǎn)挝幻娣e壩地的攔泥量與壩高成正比，壩越高，單位面積壩地?cái)r泥量越大[1];淤地壩淤積總量占總庫(kù)容的比例（淤積比）達(dá)到77%左右時(shí)，淤地壩就失去了攔沙的功能[2];淤地壩具有抬高侵蝕基準(zhǔn)面、控制溝道下切和溝岸坍塌擴(kuò)展的作用，進(jìn)而減輕重力侵蝕，具有減蝕作用，如無(wú)定河趙石窯以上壩庫(kù)的減蝕量約為多年平均輸沙量的20.8%[3];淤地壩減沙量是攔沙量和減蝕量之和，且減蝕量是淤地壩的可持續(xù)減沙量[4-7]。

1.2 淤地壩設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)于淤地壩設(shè)計(jì)技術(shù)，主要開(kāi)展了設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程結(jié)構(gòu)、最優(yōu)壩體斷面等方面的研究。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)方面的研究從20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始，提出了推求設(shè)計(jì)洪水的經(jīng)驗(yàn)公式法、鄰近地區(qū)暴雨資料推算法、水文手冊(cè)法等多種方法。在1977—1978年大暴雨后制定了淤地壩技術(shù)規(guī)范[8-9]，確定骨干壩控制面積為3～5 km2、設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇、校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。在工程結(jié)構(gòu)方面，1953年開(kāi)始參照水利工程（土壩）建設(shè)的相關(guān)結(jié)構(gòu)，確定了淤地壩結(jié)構(gòu)為“三大件”，即壩體、溢洪道和放水建筑物，在具體的建設(shè)中一大件（即悶葫蘆壩）、兩大件（即壩體和放水建筑物或壩體和溢洪道）、三大件的淤地壩分別以小型壩、中型壩、骨干壩為主。黃委綏德站開(kāi)展了壩體分期加高、配套溢洪道、配套放水建筑物等研究工作[8-10]，同時(shí)在水毀淤地壩研究的基礎(chǔ)上，提出了“減小壩控面積，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用高壩大涵洞（兩大件），以庫(kù)容制勝”的淤地壩設(shè)計(jì)理論，為骨干壩（治溝骨干工程）設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

1.3 筑壩技術(shù)

傳統(tǒng)的淤地壩筑壩方式主要有人工夯實(shí)和機(jī)械碾壓兩種。1957年黃委綏德站開(kāi)始與有關(guān)單位合作在韭園溝開(kāi)展“水墜法”筑壩技術(shù)試驗(yàn)，用機(jī)械方式提水到山坡上的取土場(chǎng)，沖動(dòng)松土成稠泥漿，沿人工控制的流路流入預(yù)先圍埂的壩體填畦，經(jīng)脫水固結(jié)成為密實(shí)的壩體。1973年水電部組織有關(guān)單位（共43個(gè)單位）開(kāi)展水墜壩試驗(yàn)研究（壩體穩(wěn)定觀(guān)測(cè)和施工技術(shù)試驗(yàn)研究等），1978年“水墜法筑壩及水力充填技術(shù)”獲得全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)，1985年“水墜法筑壩的研究和推廣”獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。水墜法筑壩在國(guó)內(nèi)13個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）得到了推廣。

從1958年開(kāi)始，山西省水土保持研究所等單位開(kāi)展了定向爆破法筑壩試驗(yàn)，由于試驗(yàn)次數(shù)少，沒(méi)有形成系統(tǒng)性成果，因此未得到推廣[11]。1990年黃河上中游管理局針對(duì)部分地區(qū)筑壩時(shí)缺乏砂石料、做反濾排水設(shè)施成本高的情況，開(kāi)展了采用土工織物代替砂石料試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，用土工織物代替砂石料可節(jié)省投資26.7%、省工62.6% [12-13]。

1.4 淤地壩管理

在淤地壩管理方面主要開(kāi)展了壩地防洪保收、防治鹽堿化和壩地綜合利用模式研究。1979—1990年，黃委綏德站和山西省水土保持研究所開(kāi)展了壩地防洪保收試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明高稈作物的耐淹深度不超過(guò)0.8 m、耐淹時(shí)間為5～7 d、耐淤厚度不超過(guò)0.3 m/次。黃委綏德站在橫山縣趙石畔流域開(kāi)展壩地鹽堿化防治研究，總結(jié)出治理壩地鹽堿化的措施：開(kāi)挖排水溝、降低地下水位;打井挖泉，修池蓄水，排灌結(jié)合，變旱壩地為水壩地，降低地下水位;引洪漫地，墊土壓堿，引溝洪、坡洪、渠洪漫淤壩地，淋洗壩地土壤，降低含鹽量;種植水稻等耐堿作物[14-15]。在壩地綜合利用方面，提出了以下幾種模式：壩系防洪、攔泥、生產(chǎn)綜合運(yùn)用，即上壩攔洪、下壩生產(chǎn)，上壩生產(chǎn)、下壩攔洪，輪蓄輪種、蓄種灌結(jié)合，支溝滯洪、干溝生產(chǎn);淤地壩滯洪、灌溉、治堿利用，即淤排結(jié)合、防洪保收，涵洞排水、治堿保收，修池圍井、變壩地為水地;淤地壩土地合理種植，即以種植秋季作物為主、秋夏季作物結(jié)合，深翻改土、科學(xué)施肥，合理密植、科學(xué)管理[16-18]。

2 壩系研究

2.1 壩系規(guī)劃技術(shù)

1959年，黃委綏德站基于韭園溝小流域淤地壩建設(shè)和試驗(yàn)研究，把一條溝道中的壩分為主壩和腰壩，初步提出了“壩系”的概念。之后，提出了“小多成群、骨干控制、綜合利用”的原則[19-20]，以合理利用水沙資源，充分發(fā)揮淤地壩防洪、攔泥、生產(chǎn)、灌溉等綜合功能。在建壩順序方面，提出支毛溝由下到上、干溝由上到下或上下結(jié)合的方法。1963—1990年黃委綏德站采用正交試驗(yàn)、線(xiàn)性規(guī)劃、非線(xiàn)性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)仿真等方法，對(duì)李家寨溝、孫家溝、王茂溝、馬連溝、埝堰溝等小流域壩系的布?jí)蚊芏?、骨干壩位置、放水建筑物形式、打壩順序及建壩時(shí)間間隔等進(jìn)行試驗(yàn)研究[21-23]，取得了以骨干壩布局、規(guī)模及建壩順序?yàn)橹攸c(diǎn)的壩系規(guī)劃方案，此后壩系規(guī)劃的理念得到推廣和應(yīng)用。

2.2 壩系相對(duì)穩(wěn)定

1991年黃委原主任龔時(shí)旸提出對(duì)壩系相對(duì)穩(wěn)定開(kāi)展調(diào)查研究，此后至2007年，壩系相對(duì)穩(wěn)定研究被陸續(xù)納入國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目[7]、黃委水土保持科研基金項(xiàng)目[24-26]、國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目等[27]，研究的核心內(nèi)容就是壩系相對(duì)穩(wěn)定系數(shù)即壩系淤地總面積與控制面積之比應(yīng)達(dá)到多大，所得主要結(jié)論：已淤面積與控制面積之比為1/25～1/20，可淤面積與控制面積之比為1/15～1/10;小流域控制性骨干壩總剩余滯洪庫(kù)容應(yīng)大于壩系設(shè)計(jì)洪水總量（一般為100～200 a一遇）;壩系由骨干壩和中、小型淤地壩等組成，不同的壩發(fā)揮防洪、攔泥、生產(chǎn)和蓄水等不同功能，壩系中骨干壩（治溝骨干工程）安全無(wú)病險(xiǎn)。

2.3 壩系結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)

根據(jù)A.N.Strahler提出的溝道分級(jí)方法，取最小等級(jí)溝長(zhǎng)≥300 m對(duì)溝道進(jìn)行分級(jí)和分析表明，Ⅰ級(jí)溝道的集水面積一般為0.15～0.30 km2，可修建小型淤地壩;Ⅱ級(jí)溝道的集水面積一般為0.6～2.0 km2，一般溝道可修建1～2座中型壩和小型壩;Ⅲ級(jí)溝道的集水面積一般為3.0～10.0 km2，可修建1座或多座骨干壩，并形成相對(duì)獨(dú)立的壩系單元;Ⅳ級(jí)溝道的集水面積一般為30～50 km2，應(yīng)在適當(dāng)位置配置骨干壩、生產(chǎn)壩和蓄水塘壩。小流域壩系是由主溝壩系、干溝壩系和支溝壩系單元構(gòu)成的，最終形成一個(gè)巨大的脈狀壩系結(jié)構(gòu)。對(duì)各壩系單元之間的相互聯(lián)接方式進(jìn)行概化，得到不同壩系單元之間的級(jí)聯(lián)物理模式，即串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種模式。在各級(jí)溝道組成中，當(dāng)Ⅰ級(jí)溝道較多時(shí)，小型壩配置比例較高，淤地壩的串聯(lián)模式比例最高;當(dāng)Ⅱ級(jí)溝道較多時(shí)，中型壩配置比例較大，控制不同支溝的壩系單元以并聯(lián)為主;當(dāng)Ⅲ級(jí)溝道較多時(shí)，由骨干壩控制的壩系單元相對(duì)較多，壩系單元之間基本屬于并聯(lián)關(guān)系;Ⅳ、Ⅴ級(jí)溝道分段控制的骨干壩較少，但各壩控單元處在同一溝道上，屬于典型的串聯(lián)關(guān)系[28]。

2.4 壩系安全運(yùn)行評(píng)價(jià)

2002年黃委在“十五”重大科研項(xiàng)目中安排了“黃河多沙粗沙區(qū)壩系工程安全評(píng)價(jià)方法研究”，其對(duì)小流域壩系安全評(píng)價(jià)的研究?jī)?nèi)容包括工程安全、攔泥安全、生產(chǎn)安全等三方面。項(xiàng)目承擔(dān)單位黃委綏德站通過(guò)研究歸納出了4個(gè)層次2個(gè)系統(tǒng)共14個(gè)指標(biāo)的壩系工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及各指標(biāo)的賦值標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)構(gòu)建了14個(gè)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而構(gòu)建了壩系工程安全度模型[9]。2012年水利部將“小流域淤地壩壩系防洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)”列入公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)，項(xiàng)目承擔(dān)單位西安理工大學(xué)在調(diào)查淤地壩水損特征基礎(chǔ)上，確定了影響淤地壩安全的主要因素，進(jìn)而揭示了淤地壩壩系水損與水毀的機(jī)理，構(gòu)建了涉及洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的三方面9個(gè)因子作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系[29]。

2.5 壩系監(jiān)測(cè)技術(shù)

2003年，“小流域壩系監(jiān)測(cè)方法及其評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究”被列入黃河水土保持世行貸款二期科研項(xiàng)目，項(xiàng)目組采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)、地面觀(guān)測(cè)、遙感、地理信息系統(tǒng)等多種方法，進(jìn)行了淤地壩工程建設(shè)動(dòng)態(tài)、攔沙蓄水、壩地利用及增產(chǎn)效益、壩系安全等四方面的監(jiān)測(cè)，形成了一套完整的小流域壩系監(jiān)測(cè)方法[30]。2007年，水利部把“小流域壩系監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)研究”列入公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)，在不同水土流失類(lèi)型區(qū)選擇12條典型小流域壩系布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用實(shí)地調(diào)查、遙感、水沙觀(guān)測(cè)等多種方法，連續(xù)開(kāi)展前述四方面的監(jiān)測(cè)[31-35]。

3 對(duì)淤地壩及其壩系研究體系的認(rèn)識(shí)

3.1 對(duì)淤地壩及其壩系的再認(rèn)識(shí)

淤地壩及其壩系布設(shè)于黃土高原千溝萬(wàn)壑之中，淤地壩單壩控制面積一般小于10 km2，壩高一般在30 m以下，工程規(guī)模較小，對(duì)地基要求低，其運(yùn)行方式是蓄渾排清，即攔泥淤地、排走清水，不允許長(zhǎng)期蓄水，短期內(nèi)有滯洪作用，壩體一般為均質(zhì)土壩，建在有常流水溝道的淤地壩下游壩腳設(shè)較簡(jiǎn)單的反濾排水體，根據(jù)其控制流域水文氣象狀況和壩址區(qū)地形地貌、土壤、植被條件等配置放水建筑物和溢洪道等，完整的淤地壩組成應(yīng)包括壩體、溢洪道、放水建筑物（即三大件）。

壩系是小流域內(nèi)水土流失綜合治理體系中溝道工程措施最為關(guān)鍵的一道防線(xiàn)，由骨干壩、中型壩、小型壩等組成，通過(guò)攔、蓄、淤等，既能將洪水泥沙就地?cái)r蓄、削峰減能、固溝減蝕，有效控制水土流失、減少入黃泥沙，又能形成壩地，充分利用水土資源，使荒溝變成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本農(nóng)田，從而有效解決黃土高原地區(qū)水土流失嚴(yán)重、洪水災(zāi)害和干旱缺水等三大難題，同時(shí)促進(jìn)生態(tài)環(huán)境得以改善、經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展。

當(dāng)前淤地壩存在的主要問(wèn)題：①運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，形成大量病險(xiǎn)淤地壩。黃土高原地區(qū)現(xiàn)有中型以上病險(xiǎn)淤地壩多數(shù)建于20世紀(jì)六七十年代，目前大多已淤滿(mǎn)，喪失了滯洪能力，另外淤地壩壩體大都是人工夯實(shí)的均質(zhì)土壩，受施工管控條件限制，質(zhì)量較差，年久失修、設(shè)施老化，面臨著垮壩危險(xiǎn)，形成了大量的病險(xiǎn)淤地壩，當(dāng)前黃土高原地區(qū)有中型以上病險(xiǎn)淤地壩7 336座，其中骨干壩1 983座 、中型淤地壩5 353座。②工程配套設(shè)施不完善，缺乏科學(xué)規(guī)劃?，F(xiàn)有大量淤地壩沒(méi)有進(jìn)行過(guò)壩系整體布局規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)，缺少骨干壩，缺少溢洪道和放水建筑物、蓄水池、灌渠等配套設(shè)施，重施工建設(shè)、輕規(guī)劃設(shè)計(jì)，重泥沙攔蓄、輕水資源的利用。③管護(hù)責(zé)任不明確，疏于維護(hù)管理。淤地壩很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直存在管護(hù)責(zé)任不明確、維護(hù)維修不力的問(wèn)題，淤地壩的所有權(quán)、建設(shè)權(quán)、管理權(quán)、收益權(quán)不明確，因此出現(xiàn)只建設(shè)不維護(hù)、只種植不管理、只經(jīng)營(yíng)不維修等多種不合理現(xiàn)象，存在壩體上種植、溢洪道中種植、放水建筑物旁種植等不合規(guī)現(xiàn)象，壩體、溢洪道、放水建筑物存在不同程度的病險(xiǎn)現(xiàn)象。據(jù)2009年黃土高原淤地壩安全大檢查時(shí)統(tǒng)計(jì)，已建成骨干壩和中型壩中病險(xiǎn)淤地壩占骨干壩和中型壩總數(shù)的43.8%，大量的病險(xiǎn)淤地壩亟待維修和加固。

黃土高原地區(qū)淤地壩建壩資源潛力比較大，建設(shè)前景十分廣闊。黃土高原地區(qū)長(zhǎng)度大于0.5 km的溝道有27萬(wàn)條，其中多沙粗沙區(qū)約有8萬(wàn)條，研究表明，該地區(qū)共可修建淤地壩33萬(wàn)座，其中骨干壩6萬(wàn)座，因此淤地壩發(fā)展?jié)摿θ匀槐容^大。

3.2 淤地壩及其壩系研究的學(xué)科定位與研究體系

淤地壩研究屬于自然科學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)科學(xué)交叉的邊緣學(xué)科，既是水土保持科學(xué)的分支學(xué)科，也是環(huán)境科學(xué)與技術(shù)、生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科。目前，淤地壩研究偏重于應(yīng)用研究和技術(shù)研究，具有較為明顯的應(yīng)用學(xué)科的特點(diǎn)。因此，淤地壩研究屬多學(xué)科交叉的綜合性應(yīng)用學(xué)科。淤地壩及其壩系研究體系可以分為基礎(chǔ)理論、技術(shù)和管理三方面，見(jiàn)圖1。

淤地壩基礎(chǔ)理論研究分為支撐理論研究和獨(dú)特理論研究?jī)煞矫妫褐卫碚撗芯恐饕桥c土壩相關(guān)的研究，主要包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、水力學(xué)、工程水文學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)等方面的理論研究;獨(dú)特理論研究包括壩系相對(duì)穩(wěn)定、溝道侵蝕特征與機(jī)理、淤地壩減水減沙、水毀機(jī)理、防洪保收理論、病險(xiǎn)淤地壩運(yùn)行管理等理論研究。

淤地壩及其壩系研究是一門(mén)技術(shù)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，根據(jù)淤地壩規(guī)劃、建設(shè)和管理過(guò)程中的需要，淤地壩技術(shù)研究包括監(jiān)測(cè)技術(shù)（水文泥沙監(jiān)測(cè)、安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、效益監(jiān)測(cè)等）、規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)（壩系規(guī)劃布局和土壩設(shè)計(jì)、溢洪道設(shè)計(jì)、放水建筑物設(shè)計(jì)等）、施工技術(shù)（碾壓法、水墜法、定向爆破法等）、林草技術(shù)（壩坡植物防護(hù)技術(shù)、壩地經(jīng)果林生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)技術(shù)等）、其他技術(shù)（壩地鹽堿化防治技術(shù)、病險(xiǎn)壩除險(xiǎn)加固技術(shù)、新材料新工藝和新方法等）等多項(xiàng)內(nèi)容。

淤地壩運(yùn)行管理研究包括運(yùn)行管理、養(yǎng)護(hù)維護(hù)、監(jiān)管和政策、效益等方面的研究，以促進(jìn)淤地壩及其壩系管理更加科學(xué)化、規(guī)范化，保障淤地壩及其壩系功能與效益的持續(xù)發(fā)揮。

3.3 淤地壩及其壩系研究的主要內(nèi)容

淤地壩及其壩系研究的內(nèi)容主要包括：淤地壩及其壩系的基礎(chǔ)理論與原理，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)，淤地壩及其壩系土地的土壤重構(gòu)與地貌重塑，壩體保護(hù)與壩地生產(chǎn)生物技術(shù)，淤地壩及其壩系運(yùn)行管理技術(shù)，淤地壩及其壩系安全運(yùn)行監(jiān)管技術(shù)，淤地壩和壩系在不同尺度（小流域、支流、省區(qū)、黃河中上游等）的滯洪攔沙效益、生態(tài)保護(hù)效益、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

3.4 亟待進(jìn)一步研究的課題

幾十年來(lái)，試驗(yàn)研究促進(jìn)了淤地壩及其壩系在黃土高原地區(qū)的發(fā)展和效益的發(fā)揮，但在基礎(chǔ)理論研究方面不夠深入，主要是攔沙、減蝕和水毀機(jī)理研究不足，影響著淤地壩安全運(yùn)行、效益分析和管理有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，筑壩新材料與新技術(shù)、安全預(yù)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)、各類(lèi)效益監(jiān)測(cè)、病險(xiǎn)診斷與加固技術(shù)、水資源利用技術(shù)等方面的研究滯后于生產(chǎn)需求。筆者認(rèn)為，當(dāng)前亟須開(kāi)展淤地壩及其壩系研究的課題如下。

（1）攔沙和減蝕機(jī)理研究。選擇典型壩系，從淤地壩及其壩系攔沙、蓄水、淤積、減蝕、抬高基準(zhǔn)面的機(jī)理開(kāi)展研究，通過(guò)坡面和溝道耦合，根據(jù)次暴雨和坡溝侵蝕產(chǎn)沙、淤地壩淤積過(guò)程的物理機(jī)理研究，建立淤積厚度與暴雨徑流產(chǎn)沙的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而反演淤地壩淤積過(guò)程，探究壩系對(duì)區(qū)域產(chǎn)沙及輸沙的影響，探明淤地壩及其壩系對(duì)不同尺度流域（或區(qū)域）的攔沙和減蝕效益。

（2）水毀機(jī)理研究。在具有典型性和代表性的小流域壩系內(nèi)選擇病險(xiǎn)壩開(kāi)展暴雨洪水條件下淤地壩的連續(xù)觀(guān)測(cè)，收集淤地壩壩體變形與壩體潰決、溢洪道垮塌及損壞、放水建筑物位移和破損過(guò)程等[36-37]，在單壩水毀過(guò)程機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，從壩系單元—支溝壩系—小流域壩系的關(guān)系開(kāi)展水毀過(guò)程研究，尤其是連鎖潰壩的機(jī)理研究。

（3）筑壩新材料與新技術(shù)研究。開(kāi)展淤地壩關(guān)鍵部位如溢洪道、放水建筑物和壩體的土石結(jié)合部位新材料與新技術(shù)的研究，以提高建設(shè)效率、建設(shè)質(zhì)量及安全性能，降低病險(xiǎn)度、建設(shè)成本，避免水毀。

（4）監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)等技術(shù)研究。在淤地壩及其壩系中布設(shè)水尺或雷達(dá)水位計(jì)、雨量計(jì)等，在重要骨干壩及其壩系關(guān)鍵點(diǎn)位安裝攝像頭，對(duì)所在流域暴雨、洪水、徑流及壩庫(kù)蓄水、泥沙淤積、壩體與泄放水建筑物安全等進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)布?jí)蜗邓畾эL(fēng)險(xiǎn)等預(yù)警信息，為科學(xué)合理的調(diào)度決策提供支撐[38]。在監(jiān)測(cè)方法中，注重高精度DEM、5G技術(shù)、智能化、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用研究，如利用智能雷達(dá)機(jī)器人監(jiān)測(cè)涵洞內(nèi)混凝土剝落、滲流、沉陷、塌空、裂縫等隱患[39]。

（5）淤地壩病險(xiǎn)加固技術(shù)研究。在淤地壩普查的基礎(chǔ)上，對(duì)病險(xiǎn)淤地壩進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，研究各類(lèi)病險(xiǎn)淤地壩的加固技術(shù)等，研究水毀放水建筑物的修復(fù)加固技術(shù)、損毀溢洪道的補(bǔ)救措施、損毀壩體的恢復(fù)技術(shù)等。

（6）壩系水資源利用研究。開(kāi)展壩系組成方面的研究，即在不同區(qū)域壩系中適當(dāng)配套小水庫(kù)、蓄水池、塘壩等，提高壩系水資源可持續(xù)利用率，最大限度發(fā)揮壩系的效益。

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