王成立 寧夏固原市原州區(qū)水務局水土保持工作站

修建在黃土高原的淤地壩需要不定期進行險情排除和加固，在保證正常運轉(zhuǎn)的同時也促進了所在地的各類產(chǎn)業(yè)進步。這是目前保沙效果最理想的壩系設計，有著極強的不可替代性。然而，淤地壩隨著時間的流逝逐漸落后于當下的保沙標準，也無法通過歷史的考驗。即使定期維修，也無法扭轉(zhuǎn)淤地壩逐漸老化的事實，汛期就是它所面臨的最大挑戰(zhàn)之一。淤地壩根據(jù)所在位置和規(guī)模的不同，通常分為三種類型，分別為骨干型、病險型和中型。其中病險型淤地壩所處環(huán)境最為苛刻，各種問題層出不窮，存在著巨大的安全隱患。一旦險情去除和加固工作不到位，就有可能出現(xiàn)決堤的風險，從而對當?shù)鼐用裆詈娃r(nóng)作物生產(chǎn)形成極大威脅。

一、黃土高原淤地壩的發(fā)展歷程

黃土高原是目前地球已知地形地貌中占地面積最廣的黃土地帶，覆蓋中國七大省區(qū)，占地面積相當可觀，高原和平原是其最常見的地貌特征，所在氣候區(qū)類型為干旱型大陸性季風氣候，因此擁有著不利于植物生長的生態(tài)環(huán)境，也就導致水土流失現(xiàn)象嚴重。但惡劣的生態(tài)環(huán)境也為我國的化工和能源產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展機會。土壤顆粒直徑小且均勻，較松軟，透水透氣性能極佳，松散不易板結，土質(zhì)分布廣泛縱深，礦物質(zhì)豐富，不僅有利農(nóng)作物生長，還為淤地壩的建設提供了良好原材料。悠久的農(nóng)耕歷史孕育了源遠流長的黃土文化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗，助力當?shù)厝嗣裰赂槐夹】?。黃土高原多溝壑的特殊地形也使水土流失成為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的重大障礙，因此淤地壩的建設就顯得尤為重要，利用治溝工程改善丘陵溝壑所帶來的負面影響，助力高原地區(qū)經(jīng)濟建設平穩(wěn)發(fā)展。

我國幾十年前就已經(jīng)有了建設淤地壩的資料。經(jīng)過查閱分析《黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩規(guī)劃》[1]，截至2020年，目前在黃土高原地區(qū)建設的淤地壩數(shù)將超過十六萬座，其中骨干壩數(shù)量占據(jù)了將近五分之一的比重，超過三萬座。這些淤地壩將以骨干壩為骨架，以中小型水利工程為單元，以小型淤地壩為配合形式，建立具有“排水、攔截和蓄水”功效于一體的溝道體系壩，以提高生態(tài)保護功效，并幫助地方政府形成大規(guī)模效率收益[2]。

二、病險淤地壩的類型

淤地壩常見的危險情況有兩種類型：一種是大壩本身的危險，如大壩裂縫、出現(xiàn)沖溝、陷洞、決口、坡腳滲漏、滑坡、蓄洪容量偏低等情況，臥管部分破壞或大面積受損、涵管尾水部分損壞或斷裂、陡坡處的出口和明渠遭到損壞、溢洪道受損、重點排水結構周邊出現(xiàn)山體滑坡等也是常見險情。另一種則是外部危險，常出現(xiàn)在連環(huán)壩和三種類型的危險壩上。小型河流壩系工程的建設環(huán)節(jié)，通常在滯洪設計中出現(xiàn)片面，如連環(huán)壩中防洪工程中，上下游壩的建設僅將控制流域的汛期水流量考慮在內(nèi)，但當上游大壩的泥沙庫容高于設計值時，上游和下游的淤地壩則都成了險壩。人員密集的學校、工廠、主干線和居住區(qū)都在三類病險淤地壩的下游區(qū)域，一旦出現(xiàn)潰堤，將為人民的生命財產(chǎn)帶來極大威脅

三、加快淤地壩除險加固工程的意義

淤地壩能夠起到遏制黃土高原水土流失的作用，為退耕還林成果的鞏固以及生態(tài)環(huán)境的改善做出了巨大貢獻。目前，消除和加強危險流域大中型水庫工作已基本完成，但事實上，大多數(shù)淤地壩需要在汛期蓄水攔截沉積物，這與小型水庫的作用十分相似。由于淤地壩在修建過程中與小型水庫建設方式仍有出入，工程量不足、投資太小、施工標準低，這些都導致了淤地壩實際施工成效的差強人意，并且后期除險維護管理工作的缺位，使得淤地壩攔阻流失水土的功能大大降低。部分淤地壩施工早、設計差、工程質(zhì)量低、壩體設施差、病險壩占比大，急需采取風險處置措施。大部分淤地壩為當?shù)厝嗣褡园l(fā)修建，缺乏專業(yè)建設工藝和后期管理方法，壩體密實度低，塌陷裂縫多見，施工質(zhì)量不高。常見的問題包括以下類型：首先部分淤地壩選址不合理，下游地區(qū)存在居民區(qū)、主干道和電信設施，汛期面臨較大壓力，承擔極大責任；其次相比于水庫、江河流域，各級政府均缺乏對淤地壩運轉(zhuǎn)情況檢測的認識，無法準確評估問題出現(xiàn)帶來的嚴重影響，缺乏具體的應急預案，應急物資配備不足，應急小組未組建等；再次無法實現(xiàn)常態(tài)化管理防護。壩體施工水平低，壩體薄，壩體斜坡角度過大且壩體高度不足；個別地方?jīng)]有設置溢洪道，防洪及泄洪能力欠缺；壩體相關排水管破裂、出現(xiàn)裂縫；淤地壩堰體未覆蓋，斜坡坍塌，淤塞；最后防汛壓力大。日常管理防護經(jīng)費短缺，使淤地壩管護工作難以落實，即使有些壩體出現(xiàn)損壞也難以第一時間維修，安全隱患逐漸加劇。一旦汛期來臨，可能帶來難以估量的后果。目前，小型水庫除險加固工作被提上了國家水利會議的議程，希望國家在加強小水體水庫安全的計劃中列入淤地壩的管護工作，并推動順利組織實施，確保其正常運行。截至目前，大中小水庫的加固工作已基本完成，小型水庫的相關工作也將進一步開展[3]。

四、在進行淤地壩除險加固過程中遇到的常見問題

在加強淤地壩除險加固工程所采取的措施中，除了興建個別設有壕溝的淤地壩外，還包括小型集水區(qū)大壩的建設，重要的是要制定淤地壩科學合理的設計標準，為了最大化現(xiàn)有資源的利用率布置泄洪道，高效運用當下工程庫容和壩體高度，有效計算壩系泄洪和調(diào)洪量，是思考如何幫助淤地壩除險、提高防洪效率的重要課題。

（一）設計方面存在的問題

在任何建筑工程中，設計都占據(jù)著重要地位，淤地壩不同于常見的建筑物的設計標準，需要參考的內(nèi)外部環(huán)境因素眾多，不能夠掉以輕心。但縱觀當下淤地壩建設流程，不難看出，許多大壩并沒有嚴格按照標準進行選址，也沒有對壩體坡度進行穩(wěn)定性分析，導致坡度并不能提供安全保障，經(jīng)濟投入較大的偏緩也存在著諸多問題，更別說結合當?shù)厍闆r進行淤地壩可行設計了。

（二）壩體裂縫的形成

壩體裂縫常見橫向和縱向兩種類型。在水的作用下迎水坡常出現(xiàn)縱向裂縫，淤地壩間則常出現(xiàn)橫向裂縫，由于在淤地壩運行過程中檢測淤地壩裂縫需再次進行經(jīng)濟投入，因此常被人為忽視，無法第一時間發(fā)現(xiàn)和修復，存在極大安全隱患。

（三）淤地壩施工技術和標準低下

淤地壩多為黃土高原地區(qū)人民自行修建，缺乏相關建設技術，施工標準低，各類隱患凸顯，因此施工質(zhì)量難以保證。如果后期使用中缺乏常態(tài)檢測修復，便不能保證淤地壩發(fā)揮應有作用。

（四）淤地壩在運行過程中體現(xiàn)經(jīng)濟效益低下

新增淤地壩投入成本，既不能有效利用現(xiàn)有的大壩資源，又缺乏維護資金，導致日常運行和維護不到位，問題加劇，大規(guī)模建設也會有損水源。抗洪力度不夠，淤地壩險情無法及時排除，導致經(jīng)濟收益難以見到。

五、淤地壩除險加固所采取的措施和方法

（一）淤地壩大壩加高技術

大壩高度的適當增加將大大提高蓄水能力，加強防汛能力。淤地壩淤泥灌注后應從當下出發(fā)，考慮到長遠的生產(chǎn)需求。一般地，壩地在用于耕種時并不進行蓄水作業(yè)，可以通過全面規(guī)劃進行設計，確定標準壩高，分期進行壩體高度的提升。壩前加高可以顯著減少施工壓力。根據(jù)攔泥量和蓄洪容積要求設計，用于制動和延遲洪水。在實踐中確定了土壩的三種抬高方法，即騎馬式、壩前式和后抬式。提升方式在碾壓和水力兩種方法中任選其一。沙性粉質(zhì)土壤透水性能強且容易固結，當壩前為這種土壤時可以不覆蓋重質(zhì)體。另一方面，當壩前土粘粒含量超過百分之二十，滲水性能偏低且較松散，就需要對重質(zhì)土體的厚度和長度進行合理設計。如果地形條件不適合從壩前的儲水處增加高度，那么就必須安裝蓋重體并對防滑穩(wěn)定性能進行計算，也可采用騎馬式或利用壩后進行貼坡，但由于大壩的高度有限，貼坡需要大量的土方投入，經(jīng)濟效能差，而騎馬式則利用老坡體作為平穩(wěn)過渡，在舊大壩基礎上提高，這就需要分析新舊壩的接觸面和舊壩表面的防滑性能[4]。

（二）淤地壩排水系統(tǒng)的建設

黃土高原土壤較松散，在流水的長期侵蝕下就容易形成侵蝕溝。傳統(tǒng)耕種方法是繞開侵蝕溝，用植物覆蓋的方式對溝體進行填充，避免水流集中造成侵蝕情況進一步惡化。淤地壩不僅防止水土流失，農(nóng)作物生長所需養(yǎng)分也是由它提供，可以將不適宜耕種的土地轉(zhuǎn)化為良田。只有后續(xù)跟上科學的防護手段，才能保證在洪峰過境后仍然保證農(nóng)作物不受到較大損傷，因此淤地壩增減排水系統(tǒng)是不可忽視的。

（三）對淤地壩溢洪道進行加固

在中型和大型淤地壩附近生活的居民，雨季期間可能隨時都生活在坍塌、泥石流和洪水的威脅之下，基于此，必須特別注意加強溢漏，修建泄洪道，提高水土綜合治理能力。相關部門也應進一步提升居民的安全意識，及時向有關部門報告問題，提高問題解決效率，確保淤地壩發(fā)揮出最大作用。

如果土地條件允許可以追加投資，減少在建工程受到的限制。如果土壤和地質(zhì)條件能夠保證開挖量較小，則可通過少量開挖工作延長拓寬原有泄洪道。也可考慮在投資較少的情況下增加泄洪道，但泄洪流量不宜過量增加，以免增加下游河流的負荷。在不降低堰頂上升的情況下提高防洪標準也是增加泄洪量、提升防洪能力的有力措施。例如，相比于易出現(xiàn)問題的壩體單純加高，可以考慮將壩體加高與增設泄洪道相結合的方式。進行庫區(qū)移民或進行其他建筑物的重建是更加穩(wěn)妥的方法。既能提高淤地壩防洪能力，又無須增加泄洪道。

此外，泄洪道的設計要保證其出口處遠離壩體。如過于靠近壩體，水流較急會引發(fā)嚴重的共振現(xiàn)象，原有的砌護厚度和高度都無法保證壩體結構的穩(wěn)定性，會導致泄洪道的劇烈振動。一些泄洪道采用低質(zhì)量砂漿或混凝土砌體進行保護，也會嚴重影響整體工程質(zhì)量。如果輸入段未得到有效保護，底部缺乏反濾排水系統(tǒng)，則極易坍塌。由于水流在曲線流態(tài)和流勢中易出現(xiàn)劇烈變化，很容易造成兩側(cè)水面的差異，泄洪中沖蝕現(xiàn)象嚴重，當泄洪道出現(xiàn)曲線時，凹岸的水面受阻，下游銜接處會產(chǎn)生折沖水流，這顯著降低了泄洪道的泄流能力[5]。

六、結束語

淤地壩可以在水土流失嚴重的任何地形地貌中起到良好作用，為改善人民生活品質(zhì)、增加糧食產(chǎn)量和減少洪澇災害創(chuàng)造了極大價值，顯著提高了經(jīng)濟效益，是值得長期關注的民生工程。通過對淤地壩工程的分析判斷，在可持續(xù)發(fā)展的政策下，也能夠提高生態(tài)效益。在修筑農(nóng)田、生態(tài)恢復的同時，淤地壩也可以提升社會效益，成為黃土高原的靚麗風景。