基于“7·26”暴雨洪水灾害的淤地坝作用分析与思考

2019-05-14党维勤郝鲁东高健健党恬敏

中国水利 2019年8期

党维勤，郝鲁东，高健健，党恬敏，白云

（1.水利部黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站，719000，榆林；2.黄河流域水土保持生态环境监测中心，710021，西安；3.黄土高原水土保持与生态修复国家林草局重点实验室，719000，榆林）

1950年以来，黄河上中游水沙量总体上呈现递减趋势。泥沙由平均16亿 t/a（1919—1959年）减少到 2亿~3亿 t/a（2000—2013 年），2014 年和 2015年甚至只有0.69亿t和0.55亿t。花园口天然径流量已经由1919—1975年的560亿m3减少为2000—2014年的460亿m3。不少专家和学者认为黄河已经变“清”了，水土保持工作起到了一定的作用，而淤地坝工程作为黄土高原地区水土保持最重要的工程措施之一，作用是显而易见的。

无定河 “7·26”暴雨洪水集中发生在黄土高原腹地的多沙粗沙区的核心地段，雨量达到200 mm，雨强达到50 mm/h，造成陕西省榆林市绥德、子洲两县80亿元的巨大损失。暴雨洪水发生后，水土保持科学家们即刻奔赴现场开展调查研究工作。笔者参与了调研工作，并结合长期在基层一线从事水土保持工作的实践，对淤地坝的水土保持作用进行分析与思考，以期为未来黄土高原水土保持工作的开展提供参考依据。

一、“7·26” 暴雨洪水及受灾情况

2017年7月25日至26日，陕北大理河下游和无定河中游的绥德、子洲部分地区发生持续性的局地强降水事件，降水过程主要以分散性短时强降水为主，多地遭遇短时强降雨，77个雨量站雨强超过30 mm/h，10个站超过50 mm/h，最大达到60.4 mm/h，致灾性高，过程总降水量30～100 mm，局地超过200 mm。强降水主要出现在 25日晚到26日上午、26日晚到27日白天，全市有中到大雨，部分地方有暴雨。

1.暴雨情况

7月25日7时至26日7时，陕西北部有中到大雨，其中陕西榆林有暴雨到大暴雨，最大点雨量为绥德县赵家砭站252.3 mm、四十铺站247.3 mm，子洲县子洲站218.7 mm。此次暴雨主要涉及绥德、子洲、米脂、横山、佳县、吴堡等6个县区。

此次暴雨中心主要集中在无定河支流大理河流域，其中李家坬站日降雨量达到218.4 mm、朱家阳湾站日雨降量201.2 mm。据陕西省水利水电勘测设计院测算，本次上游暴雨的重现期超过50年一遇，下游超过100年一遇，局地可达500年一遇。此次暴雨集中于黄河多沙粗沙区尤其是粗泥沙集中来源区，使黄土高原地区产生了自改革开放以来，尤其是实施城镇化和退耕还林（草）政策以来较大水土流失现象。

2.洪水情况

受强降雨影响，黄河中游右岸一级支流无定河干流及其支流大理河发生超历史洪水。无定河支流大理河青阳岔站26日4时洪峰流量1 800 m3/s，最大含沙量620 kg/m3；绥德站26日 5时 5分最大流量 3 290 m3/s（历史最大流量 2 450 m3/s，1977年 8月），均为1959年建站以来最大洪水，最大含沙量837 kg/m3。无定河白家川站26日9时42分洪峰流量4 480 m3/s（历史最大流量 3 820 m3/s，1977年 8月），最大含沙量873 kg/m3（历史最大含沙量1 280 kg/m3），为1975年建站以来最大洪水。黄河干流吴堡站26日7时 54分洪峰流量 3 510 m3/s，最大含沙量190 kg/m3。三川河后大成站26日11时30分洪峰流量1 050 m3/s，最大含沙量为287 kg/m3。黄河龙门站出现2017年1号超警洪水，7月27日1时6分，洪峰流量达到6 010 m3/s，最大含沙量达到291 kg/m3（见表1）。

根据水文站观测数据显示，此次洪水流量超过历史洪水，但是泥沙含量小于1964年7月6日洪水（最大洪峰流量仅1 740 m3/s，最大含沙量达到1 420 kg/m3）的历史最大含沙量。

3.受灾情况

截至8月4日16时，仅绥德县“7·26”特大水灾受灾人口就达 17.12万人，农作物受灾面积3 347 hm2，房屋倒塌194户314间，受损房屋1 194户2 337间，城区门市及超市受损4 290间，受损车辆1 562辆（不含地下车库积水车辆），损毁桥梁61座、淤泥坝337座、水井129口、道路213处。直接经济损失42.17亿元，是绥德县2016年地方财政总收入的35.7倍。

二、水土保持和水土流失调查与分析

对灾情比较严重的绥德和子洲一些典型流域开展了调查，包括桥沟（0.45 km2）、辛店沟（1.44 km2）、清水沟（8.2 km2）、王茂沟（5.97 km2）、裴家峁沟（39.5 km2）、韭园沟（70.7 km2）、小河沟（133.5 km2）、岔巴沟（205 km2）等 7个暴雨相对集中的流域。

1.小流域治理与非治理沟的对比分析

（1）韭园沟综合治理情况

韭园沟通过60多年生态建设建成以坝系工程为主的综合治理流域，初步治理面积达到5 603.26 hm2，治理度达到75%，植被覆盖率达到48.04%。韭园沟流域淤地坝达到241座，其中骨干坝28座、中型坝42座、小型坝171座，总库容4 236.52万m3，拦泥库容 3 414.53 万 m3，可淤面积433.20 hm2。坝地面积与流域面积之比达到1/17，沟道坝系相对稳定，洪水泥沙不出沟。该流域自然面貌发生了巨大变化，土地利用结构趋于合理，生态环境以及农业生产条件得到明显改善，经济效益和群众生活水平显著提高，水土流失得到有效控制。

表1 黄河“7·26”洪水主要站点洪水特征值统计

（2）韭园沟和裴家峁对比

黄委绥德水保站从20世纪50年代就按照 “治理沟与非治理沟对比”的原则布置了韭园沟（治理沟）和裴家峁（非治理沟）的径流泥沙观测。韭园沟流域经过 60多年的治理，沟道形成了完整的坝系控制体系，是黄土高原地区为数不多的以完整坝系为主的治理典型。裴家峁流域不仅治理程度较低，由于307国道贯穿整个主沟道，主沟道内没有任何淤地坝。两个流域 “7·26”特大水灾中水沙特征实测资料见表2。

从表2数据看，降雨量相差不大，韭园沟洪峰流量相对裴家峁沟得到削减较多，这正得益于韭园沟流域比较完整的沟道坝系建设，避免了洪水陡涨陡落。同时，韭园沟最大含沙量为170 kg/m3，而裴家峁最大含沙量为382 kg/m3，显示出尽管降雨历时长、雨强大，但韭园沟流域经过淤地坝的层层拦截，沟口洪水流量和含沙量均已大大降低，进一步证明淤地坝等水土保持措施在拦沙淤泥方面的重要作用。

（3）韭园沟和小河沟对比

韭园沟上游相邻流域小河沟是绥德县石雕产业石头的主要来源地，主沟沟道没有任何淤地坝，坡耕地占30%左右，治理程度较低。在本次暴雨发生的两天后对韭园沟和小河沟的泥沙含量进行了测定，韭园沟泥沙含量仅8 kg/m3，而小河沟泥沙含量高达136 kg/m3。暴雨致使小河沟沟口的张家山、元宝湾、刘家坪、王家石畔等村发生大面积洪水灾害，调查发现30多户人家全部进水，其中1户房屋倒塌；大量的玉米地、苗圃、枣园等绝收或苗木死亡。而韭园沟出口的韭园、刘家坪等村人员平安，坝地玉米不但没有受灾，而且由于降水增加了土壤水分，玉米长势更加良好，因此韭园沟在这次洪水暴雨中受灾较小，可以说是安然无恙。

综上两组小流域对比和现场考察发现：韭园沟流域通过60多年的山、水、田、林、路综合治理，尤其是在沟道中形成的小流域坝系，减灾效果明显。以沟道谷坊、淤地坝、塘坝、蓄水池等组成的蓄水拦沙工程体系，不仅分段节节缓冲洪水，而且拦蓄了部分水量和泥沙，有效降低了沟道洪峰流量，减少了含沙量，延长了洪水下泄时间。可以看出，韭园沟淤地坝坝系工程不仅水土保持作用巨大，而且减灾效果显著。

2.治沟造地与淤地坝的对比分析

（1）治沟造地产生水土流失严重

治沟造地是近年国土部门在黄土高原丘陵沟壑区开展的一种沟道整治措施。根据我们在子洲岔巴沟流域调查发现，2015年建设的治沟填沟造地情况冲刷非常严重，冲沟长、宽、深可达25 m、7.5 m和8 m，冲刷程度比同沟道的淤地坝（长、宽、深为10 m、4.5 m、3.5 m）严重得多。治沟填沟造出的土地与淤地坝形成的土地看上去似乎相同，但实质不同。治沟造地形成的土地是削坡下来的，而淤地坝的土地是淤积起来的，其密实度不同，土壤肥沃情况不同，拦挡措施也不同。淤地坝施工时要开挖基础，与沟道紧密结合，碾压要求严格，而削坡填沟造地拦挡工程没有相应的规范，从其损毁的情况看密实度不够。治沟造地和淤地坝防护水土流失功能不同，差异较大。

表2 “7·26”暴雨条件下韭园沟和裴家峁流域水沙特征

（2）淤地坝水土保持功能强大

本次对王茂沟23座淤地坝进行了详细调查。王茂沟是韭园沟中游左岸的一级支沟，流域面积5.97 km2，主沟长3.75 km，平均比降2.7%，沟壑密度4.31 km/km2，共有淤地坝 23座，其中骨干坝2座，中型淤地坝5座，小型淤地坝16座，也是一个以坝系为主的治理典型。从水土流失看，王茂沟流域因整体上得到治理，水土流失基本得到控制，土地利用及产业结构趋于合理，群众生活水平有所改善。这次暴雨洪水，降雨历时12小时，降雨量179.6 mm，洪峰流量24.261 m3/s，洪峰水位2.5m，最大含沙量382kg/m3，次洪水输沙模数为5 965 t/km2。通过对23座淤地坝的淤积调查，总的拦蓄泥沙10.75万t，小流域坝系起到了非常大的控制作用。因此在黄土高原沟道中兴建谷坊、淤地坝，能够拦蓄上游来的泥沙，拦截部分径流，降低洪峰流量，控制洪水危害，避免下游河道淤积和洪水猛涨，保护了人民生命财产的安全。

3.病险淤地坝将会成为未来产沙的主要策源地

通过对韭园沟流域217座淤地坝调查，已失去拦蓄洪水能力的淤地坝189座，占总数的82.9%。2010年以来，水毁淤地坝119座，其中骨干坝5座、中型坝23座、小型坝91座，造成31.15万m3淤积泥沙重新进入沟道。同时，中型以上淤地坝，90%以上损毁基本发生在放水建筑物和泄洪建筑物与坝体接触部位，即土石接合部位，这个部位比较软弱，极易造成损毁，如韭园沟流域团卧沟1号坝、下桥沟2号坝，清水沟流域羊道沟坝、元沟坝等。如不及时开展病险坝加固，将会成为未来黄土高原的产沙策源地。

据调查，截至2011年潼关以上现状5 470座骨干坝中有4 397座仍有拦沙功能，它们基本上是在20世纪80年代建成；现有52 444座中型淤地坝中，只有90年代以来建成的6 371座仍有拦沙能力。因此，整治有效拦截泥沙的淤地坝只是少数的骨干坝，而中小型淤地坝的90%左右都失去了拦沙功能或已经变为病险坝，这个结论与韭园沟淤地坝情况相似。因此，病险淤地坝已经成为当前和今后黄土高原水土流失治理需要解决的主要问题，亟待开展淤地坝除险加固工作。

三、淤地坝变为病险坝的主要原因

1.缺乏规划与科学设计

黄土高原地区现有相当数量的淤地坝没有进行过坝系整体布局规划与工程设计，且标准偏低，缺少控制性骨干坝，发生特大暴雨洪水时，如果骨干坝失事，极易造成连锁溃坝；在设计方面，设计洪水和校核洪水偏低，设计淤积年限与规模不相符，泄洪设施规模偏小，不能及时腾空库容，有些坝没有配置必要的泄洪设施，这些都是造成淤地坝成为病险坝的原因。

2.年久失修，超期服役

黄土高原地区现有淤地坝多数是20世纪60—70年代兴建的，已经运行了五六十年，目前大多数已淤满，失去了滞洪能力，更谈不上继续拦沙。据调查，大多数淤地坝的淤泥面距坝顶不足2 m，有不少人把坝顶作为耕地耕种。现有大多数淤地坝经过长期运行，由于受雨水冲蚀、重力侵蚀和自然风蚀的作用，导致淤地坝坝体损坏，有些甚至失去了原貌，难以辨认和区分；且放水建筑物、泄洪建筑物老化损毁现象严重，许多已经失去作用或功能大大降低。陕北地区目前达不到防洪标准的大型淤地坝有536座、中型淤地坝4 135座，分别占到各自总数的64%和73.8%，造成坝地利用率和保收率偏低。

3.责任不明，疏于管理

长期以来，淤地坝普遍存在责任不明、管护不力问题，特别是过去修建的跨乡、跨村的大中型淤地坝，缺乏统一组织管理，只注重种与收，不注重管理、养护和维护。个别淤地坝由于长期弃置不用，疏于管护，建筑物遭到人为破坏，建筑设施（如放水盖板、料石）遗失，使淤地坝的病险程度越来越严重。当前存在的坝体种植、溢洪道上种植、放水建筑物卧管旁种植农作物等问题，致使形成多条细沟侵蚀，进而形成浅沟侵蚀，影响坝体、溢洪道、放水建筑物的安全。

四、建议

从黄河下游输沙量的变化趋势看，“黄河变清”总体上是生态环境向好的一个标志，即黄土高原的生态建设刚刚走向良性循环的起步阶段。从“7·26”暴雨产生的水土流失情况看，黄土高原水土流失面大量广，防治任务依然艰巨，生态环境恶化尚未得到根本遏制。淤地坝作为黄土高原最重要的沟道治理措施，对其发展提出如下建议。

1.开展黄土高原淤地坝普查工作，建立信息系统

通过普查，明确黄土高原不同建设时期淤地坝的运营情况、三大件配置、淤地面积等特征，进而对每个淤地坝建立档案数据，构建黄土高原淤地坝信息数据库管理系统，为今后黄土高原水土保持管理工作提供支撑，为了解黄土高原生态环境变化、水沙问题及“黄河变清”提供科学的数据。

2.强化淤地坝除险加固治理，尤其突出中小型淤地坝整治

当前开展的淤地坝除险加固工程数量太少，而且主要是骨干坝的除险加固，应该兼顾对中小型淤满和毁坏淤地坝的加固、恢复和整治，全面解决黄土高原整个淤地坝存在的问题。

3.开展创新研究，丰富淤地坝建设中的新技术、新材料、新工艺

创新作为我国的发展理念，已经在各个领域中都有体现，而作为水土保持重要技术措施的淤地坝，其建筑技术、材料、工艺还比较落后。从淤地坝坝体上说，从20世纪50年代开始到目前仅局限于均质土坝，放水建筑物为浆砌石卧管（竖井）、浆砌石涵洞、混凝土涵管、混凝土卧管等，溢洪道也是土质和浆砌石；从建筑技术上除坝体碾压采用装载机以外，几乎都是人工施工，没有大型的机械施工；从建筑工艺上说，几十年来几乎没有太大的变化。因此，亟待开展新材料、新技术、新工艺研究工作，促进淤地坝的进一步发展，并把这些新材料、技术、工艺应用于淤地坝建设和除险加固中。