陕西省延安市延川县水务局 陕西延安 716000；西北农林科技大学 水利与建筑工程学院 陕西杨凌 712100
摘要：淤地坝是黄土高原水土流失区各级沟道内修建的控制沟道侵蚀、拦泥淤地、充分利用水土资源、减少入黄泥沙、把荒沟变成良田、改善农民群众生产生活条件、增加粮食产量的水土保持工程措施，在黄土高原地区具有悠久的发展历史。修建溢洪道是针对排水不畅或者无法排水的淤地坝，为保证其能安全正常运行而在除险加固中采用的一项非常重要的措施。为了做好淤地坝除险加固，最大限度的发挥淤地坝的防洪、拦泥蓄水与淤地功能，确保国家生态安全和人民生命财产安全不受损失，本文将重点对淤地坝除险加固中溢洪道调洪计算有关问题进行研究。
关键词：淤地坝；除险加固；调洪计算
引言：淤地坝除险加固是确保工程安全和人民生命财产安全的重要措施，增设溢洪道是淤地坝除险加固的主要建设内容。根据大中型淤地坝在坝系中的位置，科学合理地确定各坝的防洪标准，做好洪水组合和调洪计算，是溢洪道设计中的关键技术问题。
一、淤地坝相关内容简析
（一）概念
淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物，其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中，用于淤地生产的坝叫淤地坝或生产坝。一条沟内修建多个淤地坝是中国黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治沟工程体系。主要目的是滞洪、拦泥，淤地、蓄水、建设农田、发展农业生产、减轻黄河泥沙。
（二）淤地坝建设的地位与作用
首先，快速治理水土流失，有效减少入黄泥沙。据分析，占黄土高原面积40%的沟谷地，产沙量占总沙量的60%以上。沟道工程建设能够快速、有效地拦蓄径流泥沙，抬高侵蚀基准点，遏止沟床下切、沟岸扩张和沟头前进，从而减少进入流域下游的泥沙。据对黄河河龙区间各项水土保持措施减少入黄泥沙量分析，1970—1996年的27年间，沟道工程平均减沙量占59%，而在建设淤地坝高潮时期的20世纪70年代，淤地坝减沙量则占到总减沙量的76．7%。列入全国八大片重点治理区的无定河流域，经过10年治理后，淤地坝减沙量占总减沙量的58．8%。内蒙古准格尔旗川掌沟小流域坝系工程减沙量占水保措施总减沙量的92．5%。实践证明，无论是从较大的区间、重点支流，还是从小流域、单坝来看，淤地坝都有显著的拦减泥沙作用，是其他措施不可代替的。另外，加快产业结构调整，促进退耕还林还草在人多地少的严重流失区，打坝淤地成为增加基本农田的一个重要途径，且坝地水肥条件好、耕作方便，给粮食稳产高产创造了有利条件。沟坝地粮食产量一般是坡耕地的几倍甚至十几倍，在一定程度上解决了当地农民的基本粮食需求，促进了农村土地利用结构和产业结构的调整，为坡耕地退耕还林还草、封山禁牧，最终实现生态环境的改善和经济社会的可持续发展奠定了坚实的基础。据测算，每淤成1hm2坝地，可退耕陡坡耕地3-8hm2。延安市宝塔区新科庄流域已建大小淤地坝61座，建成高标准农田436．8hm2，促进了1600hm2坡耕地还林还草。宁夏西吉县葫芦河流域上游的坝系建设，实现退耕1720hm2、封禁1870hm2，而人均产粮是坝系建设前的3倍多。
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二、淤地坝除险加固初步设计有关问题探讨
（一）设计标准
淤地坝设计标准根据建筑物级别来确定。以前在设计标准上基本都按单坝考虑。库容在100万m，以上的骨干坝，主要建筑物级别为一级，标准按30年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核；库容在50—100万m3的骨干坝，主要建筑物级别为二级，标准按20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核；库容在10—50万m3的中型淤地坝，主要建筑物级别为三级，标准按20年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核。对坝系工程中需要除险加固的中型以上病险淤地坝，其设计标准不仅应符合上述原则，同时还应考虑与其相关的淤地坝设计规范。从坝系安全角度考虑，如有部分骨干坝主要建筑物级别为一级，标准按30年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核，那么与其串联的相关大中型淤地坝，均应按此标准进行设计。否则，一旦发生校核洪水，这些串联在按一级标准设计的骨干坝之间的中型淤地坝以及主要建筑物按二级标准设计的骨干坝，将会发生溃坝问题。对不属于此种情况的病险骨干坝和中型淤地坝，其主要建筑物可以按二级对待，标准按20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核。
（二）溢洪道的布设
溢洪道通常布设在开挖量最小、地质条件良好的有利地形上，进出口附近的坝坡和岸坡应有足够的稳定性。其型式一般采用陡坡式溢洪道。溢流段采取矩形断面；泄槽段采取矩形或梯形断面，但不得布置在弯道上，底坡不要出现变坡；泄槽下泄流速超过6m／s时，采取混凝土衬砌底板；泄槽边墙高度按设计洪水下泄流量计算，加上0.5m安全超高，并应满足下泄校核洪水流量的要求。
（三）坝高和库容
对新建淤地坝而言，坝高由拦泥坝高、滞洪坝高加安全超高三部分组成，其相应的坝顶高程为校核洪水位高程加安全超高。而滞洪坝高等于溢流堰堰上最大过水深度，在设计标准确定的情况下，由此反推的拦泥坝高(其对应高程就是起调水位高程)比原设计拦泥坝高要高，也就是说，除险加固后的拦泥库容一般比原设计的拦泥库容要大。由于目前需要除险加固的大多数淤地坝，现有淤积高程尚未达到设计淤积高程，因此，对于这些淤地坝，一般不需要增加坝高，库容也基本保持原有库容。但因调洪计算时，必需先通过假设溢流堰底坎高程(即除险加固后的拦泥高程或溢洪道起调水位高程)进行调洪计算，直到假定的溢流堰底坎高程加上溢流堰堰上最大过水深度和安全超高，与原有坝顶高程相吻合为止。这一过程往往需要进行几次试算，而且完全吻合计算量也比较大。因此，在进行除险加固设计时，允许除险加固后库容与原有库容有少许误差，通常这一误差不超过0．5万m3，此时对安全超高的影响不会超过10cm[1]。
二、坝系调洪计算
除险加固时，现有坝高、库容已定，滞洪坝高就是溢流堰堰上的最大过水深度。在洪水组合确定的情况下，由此反推溢洪道起调水位(即溢流堰的底坎高程)、底宽、最大过水深度和下泄流量是调洪计算要解决的问题。这一过程往往需要进行几次试算，而且要完全吻合，计算量也比较大，因此在进行除险加固设计时，允许除险加固后库容与原有库容有少许误差，通常这一误差不超过0．5万m3，这对安全超高的影响很小，一般不会超过10cm。调洪计算按两种情况考虑。
溢流堰底坎高程高于或等于现有淤积高程时,需要除险加固的大多数淤地坝，在现有淤积高程或淤积高程以上进行调洪计算时剩余库容能够满足滞洪要求，即使不能满足滞洪要求，也具备坝体加高条件，此时可采用以下公式进行调洪计算。首先，粗调计算先假定不同的溢流堰底坎高程作为起调水位，进行粗调。经过粗调计算，拟定溢流堰底坎高程和底宽。另外，详调计算在拟定的溢流堰底坎高程和底宽情况下，根据洪水过程线和溢洪道下泄流量曲线，通过计算某一时段内入库洪水量与出库洪水量之差，求得该时段内库水量增减变化。
结论：
黄土高原中型以上病险淤地坝除险加固在全国尚 属首次，溢洪道设计是除险加固的重中之重。为此，文章围绕黄土高原地区淤地坝除险加固中溢洪道调洪计算有关问题进行了分析，希望能够给相关人士提供参考依据。
参考文献：
[1]黄土高原淤地坝调研组.2013.黄土高原区淤地坝专题调研报告.
[2]郭索彦.加快淤地坝建设为全面建设小康社会提供生态保障[J].水土保持研究,2013,10(5):6-8.
[3]蒋定生.黄土高原水土流失与治理模式[M].北京:中国水利水电出版社,2017:46-50
论文作者:宋候利,辛全才
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/27
标签：高程论文; 溢洪道论文; 黄土高原论文; 库容论文; 洪水论文; 标准论文; 沟道论文; 《防护工程》2018年第22期论文;