黄土高原淤地坝建设中有关问题探讨及对策

王 楠,樊晓华，王英顺

(1.黄河流域水土保持生态环境监测中心，陕西 西安 710021；2.西安黄河规划设计有限公司，陕西 西安 710021； 3.黄河上中游管理局，陕西 西安 710021)

淤地坝是黄土高原地区人民群众在治理水土流失、变害为利、发展农业生产的实践中，实现水土资源综合利用的重要设施。新中国成立以来，通过水利水保部门的总结示范和推广带动，黄土高原地区淤地坝建设取得了长足发展。近年来，随着习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上重要讲话精神的落实，以及《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》的实施，黄土高原地区淤地坝建设进入了新的发展阶段。然而，在淤地坝除险加固、新建淤地坝，以及在粗泥沙集中来源区建设拦沙工程过程中，还是出现了一些问题，需要进行探讨和解决。

1 淤地坝除险加固工程

规模性淤地坝除险加固工程始于2015年，主要针对建设于20世纪六七十年代、无防洪标准或防洪标准较低、配套泄洪设施不完善、不能满足工程自身防洪要求的中型以上淤地坝，以及下游影响范围内有居民点、学校、工矿、道路等重要基础设施的大中型病险淤地坝。各类病险问题的存在，不同程度地影响了淤地坝工程的安全运用，其基本功能逐渐减弱或丧失，加之病险问题之间的连锁反应，发生溃坝的风险日益增大。若不及时除险加固，一旦失事，不仅主体工程付之东流，还将使下游影响范围内人民生命财产遭受严重损失。为此，水利部编制和印发了《黄土高原地区中型以上病险淤地坝除险加固工程实施方案》，截至2021年底，基本完成了首期黄土高原地区中型以上病险淤地坝除险加固工作。但在陕西、山西等省，由于以往建设的淤地坝数量较多，一些中小型淤地坝的除险加固工作仍在进行中。针对除险加固工程中存在的一些问题，提出如下对策。

1.1 妥善处理除险加固工程与上下游沟道工程的关系

目前，除险加固工程主要为配套泄洪设施。在泄洪设施的配套设计中，应全面考虑上下游沟道工程的泄洪安全。例如：陕西榆林市靖边县许台淤地坝是一座处于小流域坝系中的大型淤地坝，建于1988年，区间流域面积4.52 km2，设计总库容110.73万m3，设计拦泥库容77.68万m3，现状淤积库容72.28万m3，已接近设计淤积高程，十分有必要对该坝进行除险加固和配套泄洪设施。该坝上游有箭杆梁和徐台2座大型淤地坝，下游有寺咀大型淤地坝，其泄洪设施的设计必须充分考虑上游2座大型淤地坝的下泄洪水，通过对上下游3座大型淤地坝的联合调洪演算，确定其泄洪建筑物结构尺寸；同时要考虑该淤地坝下泄洪水对其下游寺咀大型淤地坝的影响，通过对上下游2座大型淤地坝的联合调洪演算，复核下游寺咀淤地坝的泄洪建筑物是否安全；另外，可以下游寺咀淤地坝的最大泄洪量为边界条件，反推许台淤地坝泄洪建筑物的结构尺寸，达到坝系安全排泄校核洪水的目的，必要时可通过加高坝体、增加滞洪库容的办法，减少许台淤地坝洪水下泄量。此例子说明，在小流域坝系中单坝配套泄洪建筑物时，应考虑上下游沟道工程的防洪安全问题。对于以“两大件”为主的淤地坝系，每座坝在配套泄洪设施时应从坝系的调洪演算入手，自上而下逐坝进行，下游坝区间的洪水流量曲线叠加上游坝的溢洪道下泄流量曲线作为本坝的入库流量曲线，采用水量平衡方程进行调洪演算，依此类推，完成坝系的调洪演算。而在坝系除险加固工程实施时，则应按自下而上的顺序，从下游坝开始实施，以确保实施过程中坝系的防洪安全。

1.2 妥善处理工程防洪安全与可持续拦泥淤地的关系

淤地坝除险加固工程设计中，往往较重视配套泄洪设施和修复水毁建筑物，而忽略淤地坝拦泥淤地的功能。对有较大淤积面和拦泥库容的病险淤地坝，直接配套溢洪道，就可达到除险加固的目的，但若对其坝体进行适当加高，再配套溢洪道，不仅能实现淤地坝除险加固，还能很好地发挥拦泥淤地的作用，与新建淤地坝相比，其投入小，效益更显著。例如：陕西榆林市府谷县罗家沟淤地坝是戏楼沟坝系初期建设的大型淤地坝，其除险加固方案就较好地解决了工程当前防洪安全与可持续拦泥淤地的问题。该坝建于1976年，区间流域面积5.18 km2，坝高12 m，总库容52万m3，现状淤积库容52 万m3，总库容已淤满(无滞洪库容)，需对该坝进行除险加固和配套泄洪设施，以确保戏楼沟坝系工程安全运用。经论证，该坝除险加固方案确定为：加高坝体6 m，加高后的坝高18 m，总库容130.41万m3，除险加固工程投资275.8万元。此方案既确保有足够的滞洪库容与适当的拦泥库容，解决了工程当前防洪安全问题，又维持了工程拦泥淤地的功能。另外，结合除险加固工程对旧坝进行提升改造，其新增单位库容的造价远低于新建工程。

1.3 未达到设计淤积高程的淤地坝适当延后配套泄洪设施

从20世纪末国家全面推行退耕还林还草，到21世纪全面加强生态文明建设以来，黄土高原地区生态环境持续改善，流域水土流失强度持续降低，使得21世纪以来建设的淤地坝工程淤积速率减缓，达到设计淤积高程的时间滞后。对这部分工程过早地配套泄洪设施，会造成投资浪费。例如：黄河流域某县马也堡大型淤地坝除险加固工程，始建于2002年，控制流域面积11.6 km2，设计淤积年限20年，总库容179万m3，设计拦泥库容65万m3；到2018年已淤积库容31.32万m3，按工程建成后的淤积速率推算，达到设计淤积高程尚需约17年。按2015年《黄土高原地区中型以上病险淤地坝认定暂行办法》，该坝总库容大于100万m3，无泄洪设施，认定为病险淤地坝，为此对该坝提出了除险加固方案，增设了泄洪设施。事实上，该工程虽为“两大件”工程，但由于达到设计淤积高程还需约17年，这期间尚未淤积的库容可作为滞洪库容来利用，其实际防御洪水的能力大于设计值。过早地配套泄洪设施，会在一定时期内造成泄洪工程的效益难以发挥，应在达到或接近设计淤积高程后再配套泄洪设施，这既有利于工程效益的正常发挥，又不会造成泄洪设施的长期闲置，造成一定时期内的投资浪费。此例子说明，在淤地坝除险加固工程设计中，应当根据工程的淤积状况，合理安排除险加固工程的实施时间，加强除险加固工程的针对性，这对提高投资效益具有重要的现实意义。

2 新建淤地坝和拦沙工程

拦沙工程是《黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究报告》中提出的概念，是指在黄河粗泥沙集中来源区兴建的、以拦截粗泥沙为主要目的的沟道工程。中型拦沙工程的库容规模与大型淤地坝一致，小型拦沙工程的规模包含了中型淤地坝和小型淤地坝的库容规模。针对新建淤地坝和拦沙工程中存在的一些问题，提出如下对策。

2.1 全面规划，重视小流域坝系规划在淤地坝建设中的引领作用

小流域坝系是以小流域为单元，科学合理布设大、中、小型淤地坝，为提高沟道整体防御能力，实现流域水土资源合理开发与综合利用而构建的防治水土流失的沟道工程体系。小流域坝系规划是结合当地自然条件、社会经济状况及水土流失规律，充分发挥淤地坝在拦泥淤地、防洪保收和灌溉养殖等方面的综合效益，实现小流域水土资源最大化综合利用，以最小的投入获取最佳的经济、社会和生态效益而制定的小流域坝系建设方案。2003年，水利部将黄土高原淤地坝列入全国水利“亮点工程”，实施建设的前提是必须在小流域坝系可行性研究报告批复的基础上进行。因此，在设计新建淤地坝前，应进行小流域坝系规划，并按一定的程序对规划成果进行确认；对之前已开展过坝系规划的小流域，应根据小流域经济社会的发展与基础条件的变化情况，对原有的规划成果进行复核和确认，作为近期淤地坝实施的基本依据。

2.2 珍惜坝址，在规范规定的范围内取较长的设计淤积年限

近期实施的淤地坝更重视工程的防洪安全，大型淤地坝均要求配套泄洪设施，以提高工程运行期的防洪度汛安全性，但与此同时也带来了新的问题：一是淤地坝的组成由“两大件”变为“三大件”，淤地坝选址条件更加苛刻，很多以往很适宜布设“两大件”的坝址却不具备布设“三大件”的工程条件；二是“三大件”淤地坝淤满后，受制于泄洪建筑物高程及平面位置的控制，一般坝体很难再加高，制约了工程可持续拦泥淤地功能的发挥。鉴于此，在“三大件”工程设计时，在规范规定的范围内，应尽可能取较长的设计淤积年限，以提高工程拦泥淤地功能时效，最大限度地发挥工程拦泥淤地效益。

2.3 注重效益，优化坝系中各单坝的建设时序

坝系规划确定之后，建坝时序成为影响坝系建成速度、工程预算、工程综合效益的重要因素。制定坝系建坝时序时，应重点确定坝系中发挥控制作用的大型淤地坝的建设时序。就一般小流域而言，按从上而下的时序建设小流域坝系，最安全、最省事，但却不是最优。多年来，受制于投资的不确定性，坝系建设时序不尽合理，造成坝系中空坝较多，影响坝系工程的综合效益。科学合理地制定建坝时序，不仅能节约投资，而且能最大限度地发挥投资效益，达到费省效宏的目的。随着《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》的实施，淤地坝建设资金得到了进一步的落实，这为优化坝系中各单坝的建设时序，提供了资金保障。

《淤地坝技术规范》(SL/T 804—2020)明确规定，坝系工程的建设时序，应按保证行洪安全、合理利用水土资源、大型淤地坝和除险加固淤地坝优先的原则合理确定，宜根据流域面积、洪水泥沙等选择适合的建坝时序。一是水土流失严重以及坝系工程建设基础较差的流域，宜采用先支毛沟后干沟、先上游后下游的建设时序。此建设时序符合先易后难的原则，安全性较大，但达到全流域洪水泥沙全面控制所需的时限较长。二是流域面积较小、水土流失较轻、坡面治理较好、有一定的坝系工程建设基础的流域，宜采用先干沟后支毛沟、先下游后上游的建设时序。先干沟后支毛沟的建坝时序，符合拦沙效益最大化的原则，工程建成后当年就可实现小流域洪水泥沙不出沟，存在的问题是小流域坝系建设必须有可靠的后续资金作保证，如不能保证上游工程的如期实施，则对主沟道淤地坝的安全会造成威胁。始建于20世纪五六十年代的陕西省横山县赵石畔小流域坝系、山西省中阳县洪水沟小流域坝系、内蒙古自治区清水河县范四窑小流域坝系和准格尔旗活鸡兔小流域坝系等，都是按先干沟后支毛沟的时序建成的坝系。这些小流域坝系在运行中取得了显著的拦泥淤地效益，但由于缺乏后续资金支持，不同程度地受到暴雨洪水的威胁。三是流域面积较大、水土流失较轻、坡面治理较好的流域，宜采用以干沟分段、按支毛沟分片、段片分治的建设时序。此建设时序对流域内乡村较多或面积较大的小流域，可以分段划片，小集中大联片地统筹规划，以实现投资最优化和效益最大化，在坝系建设中应尽量推广。另外，在坝系建设初期，先建大型淤地坝，以形成坝系骨架，拦截流域内的洪水泥沙，在大型淤地坝接近设计淤积高程时，再建其控制范围内的中小型淤地坝，这样既可实现同样的拦泥淤地效益，又能有效地减少坝系建设初期的投资，同时可确保坝系工程持续高质量发展。