王志堅(jiān)，桂莉莉，張曉靜

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030013； 2.山西省水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030013)

2019年9月18日，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上強(qiáng)調(diào)：治理黃河，重在保護(hù)，要在治理。黃河生態(tài)系統(tǒng)是一個有機(jī)整體，要充分考慮上、中、下游的差異。中游要突出抓好水土保持和污染治理。水土保持不是簡單挖幾個坑種幾棵樹，黃土高原降雨量少，能不能種樹，種什么樹合適，要搞清楚再干。有條件的地方要大力建設(shè)旱作梯田、淤地壩等，有的地方則要以自然恢復(fù)為主，減少人為干擾，逐步改善局部小氣候。習(xí)近平總書記的重要講話，為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展指明了方向，提出了具體的治理要求，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，黃河中游淤地壩建設(shè)成為生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的一項(xiàng)重要治理工程。

1 淤地壩建設(shè)發(fā)展歷程

早在400多年前就有黃河流域淤地壩的記載。最早的淤地壩是自然形成的，明隆慶三年(公元1569年)，陜西子洲縣黃土洼，因自然滑坡、坍塌，形成天然聚湫，后經(jīng)人工修整形成高60 m、淤地810畝(15畝=1 hm2)的淤地壩。有記載的人工筑壩始于明代萬歷年間(公元1573—1619年)，在山西省汾西縣[1]。新中國成立后，黃河流域淤地壩建設(shè)經(jīng)歷了4個階段：

第一階段：1985年以前，縣(社、隊(duì))集體組織建設(shè)。這一階段建設(shè)的淤地壩大多為中小型淤地壩，小多成群，缺少骨干性控制工程。由于缺少統(tǒng)一規(guī)劃和科學(xué)設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)低，目前大多數(shù)已經(jīng)淤滿。

第二階段：1986—2002年，骨干壩試點(diǎn)建設(shè)。在總結(jié)第一階段淤地壩建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，特別是小多成群無骨干，遇到較大暴雨出現(xiàn)垮壩的問題后，水利部在黃河流域?qū)嵤┝酥螠瞎歉晒こ?，?jīng)過科學(xué)規(guī)劃，在溝道適當(dāng)位置增建骨干壩，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，攔截上游洪水，保證下游中小型淤地壩安全。

第三階段：2003—2014年，溝道壩系工程建設(shè)。在全面總結(jié)淤地壩建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，科學(xué)總結(jié)出“以支流為骨架，以小流域?yàn)閱卧笮陀俚貕慰刂?，中小型淤地壩合理配置、?lián)合運(yùn)用”的溝道壩系工程建設(shè)技術(shù)路線，初步建成了一批防洪標(biāo)準(zhǔn)高、綜合效益好的典型壩系。如山西省離石市陽坡、陜西省寶塔區(qū)碾莊溝、內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗川掌溝、甘肅省定西縣花岔、寧夏回族自治區(qū)西吉縣聶家河等一批防洪標(biāo)準(zhǔn)高、綜合效益好的典型壩系，促進(jìn)了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為退耕還林和生態(tài)建設(shè)提供了支撐保障，受到群眾歡迎，得到各級領(lǐng)導(dǎo)的重視和肯定。

第四階段：2015年以來，除險(xiǎn)加固和高質(zhì)量發(fā)展階段。壩系工程建設(shè)使淤地壩安全運(yùn)用狀況有了改善，但因淤地壩量大面廣、交通不便，加之沒有常設(shè)管理機(jī)構(gòu)，而且多數(shù)淤地壩還是“兩大件”工程，故淤地壩安全運(yùn)用任務(wù)十分艱巨。為了搞好淤地壩安全運(yùn)用，2015年，水利部決定開展中型以上病險(xiǎn)淤地壩除險(xiǎn)加固工作。根據(jù)水利部制定的黃土高原地區(qū)中型以上病險(xiǎn)淤地壩認(rèn)定暫行辦法，經(jīng)核查，確定列入本次病險(xiǎn)淤地壩除險(xiǎn)加固工程的淤地壩共計(jì)5 282座，其中大型壩3 025座、中型壩2 257座。這些病險(xiǎn)淤地壩中，樞紐組成為大壩和放水建筑物“兩大件”和需加固溢洪道的淤地壩有4 200座，占需除險(xiǎn)加固總數(shù)的79.5%，其中大型壩2 628座、中型壩1 572座，可見淤地壩除險(xiǎn)加固的主要任務(wù)是增設(shè)和加固溢洪道。

2 臨縣萬安溝小流域壩系工程基本情況

除險(xiǎn)加固把“兩大件”淤地壩改造為“三大件”淤地壩和加固溢洪道時，對單獨(dú)支溝的淤地壩，在工程設(shè)計(jì)方面基本不存在問題。但在壩系工程除險(xiǎn)加固時需要考慮的問題很多，既有壩系工程中各壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、洪水組合、高淤積工況下水力計(jì)算問題，也有除險(xiǎn)加固工程實(shí)施時的安排時序問題。對設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、洪水組合、高淤積工況下水力計(jì)算問題，有關(guān)專家做了大量研究，提出了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定原則[2]、洪水組合和高淤積工況下水力計(jì)算方法[3]，并在實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用。下面以臨縣萬安溝小流域壩系工程為例，根據(jù)大中型淤地壩在壩系中的位置，通過建立“壩系相互影響關(guān)系圖”，來解決壩系工程除險(xiǎn)加固時，受資金配置、施工力量等因素影響，不可能同時施工的時序安排問題。

臨縣萬安溝位于縣城以北的臨泉鎮(zhèn)境內(nèi)，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)，是黃河流域湫水河的一條小支流。萬安溝小流域總面積53 km2，其中水土流失面積52.2 km2，平均土壤侵蝕模數(shù)14 300 t/(km2·a)。該小流域壩系工程于2004年9月開工，2006年11月完工[4]。建設(shè)規(guī)模為大中型淤地壩30座，壩系控制水土流失面積44.6 km2，其中大型壩12座、中型壩18座。總庫容1 416.4萬m3，其中攔泥庫容991.1萬m3，可淤地面積141.6 hm2。小流域壩系工程布局見圖1。

圖1 臨縣萬安溝小流域壩系工程總體布局

除險(xiǎn)加固時，根據(jù)大中型淤地壩在壩系中的位置，并考慮與其相關(guān)的淤地壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、洪水組合和調(diào)洪計(jì)算，確定萬安溝小流域壩系工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為：大(1)型淤地壩10座，大(2)型淤地壩8座，中型淤地壩12座[5]。萬安溝小流域壩系中型以上淤地壩除險(xiǎn)加固基本情況見表1。從表1中可以看出，該流域壩系工程除險(xiǎn)加固時有13座淤地壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)需要提高，其中有7座大(2)型淤地壩提高到大(1)型淤地壩，有2座中型淤地壩提高到大(1)型淤地壩，有4座中型淤地壩提高到大(2)型淤地壩。

表1 萬安溝小流域壩系中型以上淤地壩除險(xiǎn)加固基本情況

萬安溝小流域壩系中型以上淤地壩除險(xiǎn)加固前后防洪標(biāo)準(zhǔn)對比情況見圖2。

圖2 萬安溝小流域壩系工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)對比

3 建立壩系相互影響關(guān)系圖

壩系相互影響關(guān)系圖就是通過分析壩系中各壩之間的相互影響關(guān)系，從流域內(nèi)干、支溝最上游的淤地壩開始分析，假定其為第1層級，運(yùn)行中出現(xiàn)安全問題，把其可能影響的下游壩作為第2層級；再假定第2層級運(yùn)行中出現(xiàn)安全問題，把其可能影響的下游壩作為第3層級……以此類推，直到分析完整個壩系。某座淤地壩上游有多個層級時，按最低層級考慮。

按照上述影響關(guān)系，萬安溝小流域壩系工程可分為5個層級：第1層級的淤地壩有19座，其中大型淤地壩3座(G6、G11、G12)，中型淤地壩16座(Z1—Z11、Z13、Z14、Z16—Z18)。第2層級的淤地壩有6座，其中大型淤地壩4座(G1、G3、G5、G10)，中型壩2座(Z12、Z15)。第3層級的淤地壩有3座，均為大型淤地壩(G2、G8、G9)。第4層級的淤地壩有1座，為大型淤地壩(G4)。第5層級的淤地壩有1座，為大型淤地壩(G7)。萬安溝小流域壩系工程相互影響關(guān)系見圖3。

圖3 萬安溝小流域壩系相互影響關(guān)系

4 安排原則

壩系工程除險(xiǎn)加固時，受資金配置、施工力量等因素影響，不可能同時開工建設(shè)，在施工時序安排上，遵循輕重緩急原則，按照如下順序安排：

一是堅(jiān)持“以人為本”原則，優(yōu)先安排大壩下游影響范圍內(nèi)有村莊、學(xué)校、工礦、道路等重要設(shè)施的淤地壩，影響人口越多，越需盡早安排施工。在萬安溝小流域壩系工程優(yōu)先安排的淤地壩有6座，分別是G6、G9，Z4、Z5、Z12、Z13。

二是安排受影響因素最多的淤地壩。依據(jù)壩系相互影響關(guān)系圖自下而上逐層級安排實(shí)施，一般是上游有多個串、并聯(lián)的淤地壩先安排。萬安溝小流域壩系工程中安排時序從第5層級開始，依次為第5層級的G7，第4層級的G4，第3層級的G2、G8，第2層級的G1、G3、G5、G10、Z15，第1層級的G11、G12、Z1—Z3、Z6—Z11、Z14、Z16—Z18。

三是處于壩系相互影響關(guān)系圖同一層級的淤地壩，優(yōu)先安排防洪庫容相對較小的大型淤地壩，其次是安排上游已實(shí)施除險(xiǎn)加固的淤地壩，再次是安排中型淤地壩。為了直觀描述防洪能力，采用已淤積庫容占總庫容的百分比來確定，值越大，說明剩余庫容的防洪調(diào)節(jié)能力越小，越需要盡早安排。如第2層級的安排時序?yàn)榇笮陀俚貕蜧10、G3、G1、G5，中型淤地壩Z15，各層級已淤積庫容占設(shè)計(jì)總庫容的百分比見表2。

四是對第1層級的淤地壩，安排時序首先是大型淤地壩，其次是安排單獨(dú)支溝的中型淤地壩，再次是剩余的中型淤地壩。如先大型淤地壩G11、G12，再單獨(dú)支溝的中型淤地壩Z17、Z18，然后是剩余的中型淤地壩Z11、Z10、Z14、Z16、Z1、Z7、Z6、Z9、Z3、Z8、Z2。

根據(jù)以上原則，確定的萬安溝小流域壩系中型以上淤地壩除險(xiǎn)加固安排時序見表2。

表2 萬安溝小流域壩系中型以上淤地壩除險(xiǎn)加固安排時序

5 結(jié) 語

壩系工程除險(xiǎn)加固施工時序安排需要考慮的問題很多，本研究僅考慮了下游影響范圍是否有村莊、村莊人口數(shù)量、各壩在壩系工程中的位置、已經(jīng)淤積情況及單獨(dú)支溝建設(shè)的淤地壩問題，對淤地壩下游保護(hù)耕地面積、上游治理情況及除險(xiǎn)加固實(shí)施中的社會問題沒有考慮。這些問題需要在實(shí)踐中不斷研究、不斷探索，豐富和完善壩系工程除險(xiǎn)加固施工時序?qū)嵤├碚?，以便更好地指?dǎo)壩系工程除險(xiǎn)加固工作，為淤地壩和壩系工程安全運(yùn)用提供有力的技術(shù)支撐。