延安市淤地坝示范坝系建设及监测体系布置

苏　瑜

(安塞县水资源办公室,陕西 延安 717400)

延安市淤地坝示范坝系建设及监测体系布置

苏瑜

(安塞县水资源办公室,陕西 延安 717400)

摘要：延安市淤地坝建设历史悠久，但淤地坝系统监测和研究却相对滞后。为认识和掌握淤地坝对流域水沙的拦截、调节和蓄存机理，揭示坝系相对稳定规律，分析坡面侵蚀与沟道侵蚀间的相互联系和作用，选择距延安市8 km的麻庄流域、50 km的高庄流域开展淤地坝示范坝系建设，通过分析坝系概况、监测内容与方法，提出了科学的监测站网布置方案。

关键词：延安市；淤地坝；监测；建设；研究

1概况

1.1流域基本情况

麻庄流域位于宝塔区柳林镇，为延河二级支流，流域面积58.63 km2[1]。属黄土丘陵沟壑区第二副区过渡地带，流域沟壑密度3.2 km/km2，多年平均侵蚀模数为6500 t/(km2·a)。流域内土壤主要是黄绵土、红垆土和红胶土，抗侵蚀能力低。流域林草覆盖率59.2%，多年平均降水量567.1 mm，降水年际变化大，且多以暴雨形式出现。流域主沟和较大支沟有常流水，流量为0.0007 m3/s。流域涉及宝塔区柳林镇的8个行政村2680人。

高庄流域位于宝塔区梁村乡，属延河三级支流，流域总面积 33.62 km2。属黄土丘陵沟壑区第二副区，流域主沟道长15.1 km，沟壑密度1.82 km/km2，多年平均降水量484.2 mm，主沟道有长流水，流量约0.03 m3/s，平均侵蚀模数高达12 000 t/(km2·a)。流域区土壤主要是黄绵土、粉质壤土和红胶土，流域内植被覆盖率38.25%。流域涉及1个乡、5个行政村，总人口1280人。

1.2坝系建设规模

麻庄流域建设淤地坝30座(其中配套加固6座)，总控制面积57.22 km2,总库容596.40万m3，淤地面积47.22 hm2。高庄流域建设淤地坝40座，总控制面积30.15 km2,总库容881.70万m3，淤地面积100.10 hm2。

2监测体系建设原则和目标

2.1建设原则

淤地坝示范坝系监测体系建设，应坚持监测与生产运用和科研相结合、近期与远期相结合、不同空间尺度相结合，还应遵循系统性、实用性、先进性和标准化原则。2个示范坝系的监测体系建设应统筹考虑，各有侧重，避免重复投资；对2个示范坝系的蓄水拦沙、生态、经济、社会效益，以及淤地坝的主要指标和沟道、坡面的水土流失等进行系统性监测和研究。

2.2建设目标

结合流域水土流失和坝系建设特点，通过布设雨量站、径流站、径流小区、坝体监测站和GPS网等，采取自动遥测、人工监测、调查统计等方法，实现降水、径流、泥沙、坝体变形、渗透等信息的监测，快速获取淤地坝系建设项目区的水文气象及淤地坝运行情况信息。各流域需布设的站网情况如表1。

表1　站网布设情况汇总表

3监测内容与方法

3.1监测内容

监测内容包括水沙监测、坝体监测和效益监测。

3.1.1水沙监测

监测流域降雨、水位、含沙量、地下水位等水文泥沙信息，以及日照、气温、湿度、风向、风速、蒸发等气象信息[2]。包括坡面水土流失规律观测、沟道侵蚀和重力侵蚀监测以及坝系水沙监测等。

3.1.2坝体监测

淤地坝坝体监测包括变形和渗流。变形监测包括表面变形、裂缝及接缝和岸坡位移；渗流监测包括渗流量和坝体渗流压力(即观测断面上的压力分布和浸润线位置)。

3.1.3效益监测

监测淤地坝建设对流域生态环境的影响，包括流域及其典型地块的植被度、土壤理化性质、水质及小气候等，以及经济、社会效益。

3.2监测方法

3.2.1自动遥测

典型的自动遥测系统可由远程的现场监控站、现场总控站、中继站、远程监控总站和通信网、主控中心等构成[3]。为节约投资和减少监测人员，高庄流域不建设远程监控总站，而通过中继站将信号传送到麻庄流域的远程监控总站。而且高庄、麻庄2条流域示范坝系监测体系共同承担1个主控中心的建设费用。

3.2.2人工监测

由于现阶段技术手段的限制，有些监测项目无法进行自动遥测，如淤地坝库容淤积等；有些项目1年只需进行几次监测，如土壤理化性质、水质、地下水水位等；同时为校核自动遥测数据的正确性和精确度，及考虑到自动遥测的费用较高等因素，也需必要的人工监测。人工监测包括长期驻测和临时定位监测等[4]。其中定位法是用GPS、全站仪等测出每次暴雨洪水前后高精度(厘米级)三维地形坐标，通过两次测量结果的比较，监测每次暴雨洪水治理沟和未治理沟沟头前进、沟岸扩张，及沟道下切的长度、宽度、深度和侵蚀量，监测淤地坝的减蚀作用、库容淤积和坝体位移等。埋桩法是在治理沟和非治理沟中，从沟口至沟头，按侵蚀轻重情况，划分成2～3段，选择2～3个固定断面，设置永久性水准标志，利用全站仪等进行监测。

3.2.3调查统计

用于监测崩塌、泻溜、滑坡、泥石流等重力侵蚀，以及生态效益和经济、社会效益等。包括遥感普查、典型调查和抽样调查等。

4站网布设

4.1水沙监测站网布设

4.1.1雨量站网布设

麻庄流域:根据该流域以梁为主，梁顶间偶有孤立峁，近分水岭处以宽梁、长梁居多，沟口处以短梁居多的特征，共布设11个遥测雨量站，平均1个雨量站控制5.33 km2；在典型小流域柳沟上、下游和寺沟的下游的遥测雨量站内，各布设1个自计雨量计；柳沟下游同时布设1个气象园。

高庄流域:该流域形状狭长，共布设6个遥测雨量站，平均1个雨量站控制5.60 km2；在流域下游和左庄沟的遥测雨量站内，各布设1个自计雨量计；流域下游布设1个气象园。

4.1.2径流站网布设

麻庄流域:该流域治理程度较高，右岸和流域上游部分，天然次生林较多，而左岸坡耕地较多，治理程度较低，水土流失较严重；同时流域右岸沟道发育已基本稳定，相对高差、地面坡度、沟道比降都较左岸小。故选择流域左岸建设3座中小型淤地坝的柳沟(2.37 km2)和右岸建设1座骨干坝、2座中小型淤地坝的寺沟(4.80 km2)作为典型小流域，进行坝系水沙演进过程、沟道侵蚀等监测，并布设坝体监测站和径流小区。选择未安排淤地坝的桥沟(0.86 km2)作为未治理沟，与柳沟和寺沟对比，进行对比沟监测。在非治理沟桥沟出口，布设三角量水槽；在典型小流域柳沟和寺沟的每座淤地坝下，结合淤地坝放水明渠布设梯形量水槽，并在柳沟出口的龙寺村建1座现场总控站。

高庄流域:该流域右岸和流域上游治理程度较高，左岸治理程度较低，沟道比较发育。在流域左岸下游选择建设1座骨干坝的支沟左庄沟(1.19 km2)作为治理沟，未安排淤地坝的支沟石沟子(0.37 km2)作为非治理沟，进行对比沟水沙监测。结合淤地坝放水明渠，在左庄沟骨干坝下布设梯形量水槽；在非治理沟石沟子出口布设三角量水槽。

4.1.3径流小区布设

径流小区布设主要考虑土地利用、坡度、坡长和不同地貌部位等因素。根据站网布设原则，考虑麻庄流域的典型小流域柳沟和寺沟，治理程度差别较大，但地形比较完整，在这2条小流域内，选择自然条件、土壤剖面、土壤理化性质等一致的坡面布设径流小区51个。径流小区一般采用人工观测，全坡长小区采用自动遥测。高庄流域不布设径流小区。

4.2淤地坝库容淤积监测布设

在2条流域内选择14座淤地坝进行库容淤积监测。麻庄流域在柳沟和寺沟内选择6座淤地坝；高庄流域在干沟的上、中、下游和支沟左庄沟、高庄沟内选择8座(分别为闪天玉坝、高家沟坝、呼家湾坝、左庄坝、高庄沟骨干坝，高庄沟1#、2#、3#坝)淤地坝。在这些淤地坝迎水坡面设置永久固定水尺，同时自沟道入库区直至坝前设置2～3个观测断面，并布设水尺，进行淤地坝库容淤积监测；在淤地坝附近布设地下水水位观测设施。

4.3坝体监测布设

坝体变形的水平位移和岸坡位移利用布设的GPS网采用定位法监测；竖向位移观测即沉降，可采用埋设沉降管、沉降环的方法来完成，埋设可随坝体填筑完成,也可在工程完成后，通过打孔完成仪器的安装埋设。

坝体渗流压力观测可在坝体横断面内间隔同样高程等距离地布置渗压计，由渗压计测值加测点对基准面的位势得出测点的总势能，便可绘出断面的等势线和浸润面；在坝址下游附近布设导渗沟，导渗沟出口设量水堰观测其渗流量。

坝体监测布设按不同施工方式、土质类别、坝高、坝坡坡比和岸坡削坡的不同组合进行，施工方式考虑碾压、水坠、定向爆破三种；坝高按30 m以上、20～30 m、10～20 m考虑；坝坡坡比水坠施工按1∶2.25～1∶2.75，碾压施工按1∶1.25～1∶2.0考虑；岸坡削坡考虑1∶1～1∶1.5。按上述不同因素的组合，结合淤地坝建坝实际，麻庄流域选择5座淤地坝，采用自动遥测结合人工监测的方式，监测坝体的变形和渗流。高庄流域不进行坝体监测。

4.4效益监测布设

为准确反映项目实施后的经济与社会效益，在项目区范围内，以村民小组为单元，分典型农户和典型地块两个层次布设监测网点。监测网点长期固定，连续监测。麻庄流域和高庄流域每个村民小组布设一组典型农户，每组典型农户由好、中、差各1户组成。上述2条流域的坝地一般种植玉米，梯田一般种植豆类、糜谷、玉谷，坡耕地一般种植土豆、豆类、糜谷、草。坝地的布设考虑开始耕种和耕种多年两种情况，并按流域位置(分干沟和支沟的左右岸组合)布设，每块坝地一般为0.033～0.067 hm2；梯田和坡耕地的布设考虑半阳坡、半阴坡和作物种类，每块梯田和坡耕地一般为0.067 hm2。生态效益监测的植被样方布设和水质、土壤取样地点结合淤地坝库容淤积监测和典型地块进行。

4.5GPS网布设

在麻庄流域的支沟柳沟上游流域分水岭处、马克义沟右岸中游流域分水岭处、大吴家沟上游流域分水岭处，各分布1个三角点，高程分别为1361.0 m、1307.4 m、1413.8 m；在高庄流域的左庄自然村东北约2 km的山头和石家湾自然村北2 km的高圪垯分布的三角点高程分别为1331.1 m、1416.1 m，同时距高庄流域分水线8 km内还在李家峁(高程为1335.7 m)、张家峁(高程为1341.73 m)等处也分布着一些高程点。GPS网的布设，应充分利用原有的高程点，同时在治理沟和非治理沟及典型小流域中，需加密GPS网点[5]，以保证能满足大比例尺(如1∶500或更大)GPS测图的要求；同时，在各流域现场总控站和需要进行坝体和淤积观测的淤地坝附近，也应加密GPS网点。

麻庄、高庄流域GPS网新布网点，分别不少于9个、8个，应满足全流域，尤其是典型小流域等重点监测地区的实时动态测量(RTK)和长期监测的需要。

5结语

淤地坝建设的目的是拦泥蓄水淤地，减少入黄泥沙，改善农业生产条件和生态环境，促进农业增产、农民增收，属社会公益事业。作为淤地坝建设的配套项目，坝系监测与科研的目的是认识和掌握淤地坝建成后流域的水沙规律，跟踪工程建设质量。通过科学布设，可以积极反馈淤地坝建设后流域生态、经济和社会效益，为宏观决策提供依据。

参考文献：

[1]曹炜，李志华，郭玉涛，等.基于IKONOS影像的延安市麻庄流域水保遥感调查[J].中国水利，2003(17)：70-74.

[2]何兴照，喻权刚.黄土高原小流域坝系水土保持监测技术探讨[J].中国水土保持，2006(10)：11-13.

[3]魏涛.西部山区公路路域生态监测及评估指标体系初探[C]//中国公路学会，重庆市科学技术委员会，国家山区公路工程技术研究中心编著.全国山区公路环境与岩土工程学术会议论文集，北京：人民交通出版社，2008：76-80.

[4]李兴高，孙河川，张健全.自动化监测数据与人工监测数据的对比分析[C]//中国岩石力学与工程学会.第二届全国工程安全与防护学术会议论文集，2010：15-22.

[5]薛顺康.生态修复项目监测初探[J].中国水土保持，2014(11)：8-9.

作者简介：苏瑜(1982-)，女，工程师，主要从事水土保持、水资源管理与保护工作。

中图分类号：TV649

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)04-0077-04