黄土高原坝田绿色走廊建设的构思与实践

陈祖煜

(中国水利水电科学研究院，北京 100048)

我国黄土高原区沟壑纵横，据统计侵蚀沟道共计666719条。地形切割强烈，导致植被稀疏，水土流失严重、生态环境极其脆弱。黄河泥沙淤积，河床抬高的趋势虽然有所缓和，但尚未达到长治久安的水平。

在车轨共振试验中发现，由于轨道刚度及基础特征的变化，悬浮控制系统特性随之发生了较大变化，通过进一步优化参数并与轨道特性相匹配，可以实现稳定良好的悬浮控制。结合轨道特性、悬浮架结构特性和振动激励的施加等因素，在车轨共振试验台上，可以系统地研究悬浮控制系统的刚度、阻尼、滤波参数对悬浮控制性能的影响，对进一步优化悬浮系统性能具有重要价值。研究中发现，在悬浮刚度和阻尼不变的情况下，间隙信号滤波器成为影响车轨共振情况的主要因素。根据轨道振动频率，采用不同的低通和高通滤波参数可以有效消除车轨共振。系统最终采用的悬浮控制方案如图3所示。

《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》是全面建成小康社会，向第二个百年奋进的新时期提出的战略规划。纲要明确了以“山水林田湖草沙”作为一个生命共同体的重要理念。黄土高原淤地坝和梯田建设正是黄河流域生态保护和高质量发展的组成部分。

“十四五”期间，淤地坝建设将重点聚焦黄河粗泥沙集中来源区，规划拦沙淤地坝达万余座。目前，一期工程已全面展开，包括2729座中、小型拦沙坝。投资45.08亿元。一期工程建成后，共形成拦沙库容8.15亿m3，可拦沙11.00亿t，拦截粒径大于0.05mm的粗泥沙4.10亿t，拦截粒径大于0.1mm的粗泥沙1.64亿t。在拦沙期内遏止下游河床淤积面抬高0.11m。

坡耕地是我国水土流失的重要策源地，也是目前黄土高原群众赖以生存和发展的生产资料。未经规划的坡耕地导致严重的水土流失，破坏耕地资源，降低土地生产力，危及国家粮食安全、生态安全和防洪安全。为进一步加强坡耕地水土流失治理，大力发展旱作梯田，国家发展改革委、水利部联合编制印发了《全国坡耕地水土流失综合治理“十三五”专项建设方案》。以榆林市为例，横山等7个县(区)从2012到2020年期间，共下达建设任务194.89km2，总投资41548万元，截至2020年已完成坡改梯171.6km2。

本文拟就推动黄土高原淤地坝和梯田绿色走廊建设相关问题做一探索。

1 黄土高原淤地坝建设

1.1 建设成就

淤地坝的防洪风险制约了其发展规模。淤地坝是水土保持工程，大部分淤地坝没有溢洪道。淤地坝的卧管输水系统也多建于土基，由于管理不当，在实际运行中无法始终满足明流泄水条件，时有出现卧管爆裂、甚至导致溃坝的现象。文献[2]回顾了20世纪70年代以来典型的水毁淤地坝事故。图1示2019年7月26日在榆林子洲清水沟淤地坝溃决现场，为近期典型的水毁工程。淤地坝多以坝系方式建设，呈复杂的串联和并联结构。遇暴雨经常发生数坝连溃灾害。例如2012年7月15发生在韭园沟流域特大降雨峰值达98.4mm，其中王茂庄流域一小时最大降雨量达到75.7mm。45座淤地坝及其配套工程遭受不同程度地损坏。

有效遏制水土流失，使山变青、水变绿。淤地坝形成的坝地不仅拦沙，更重要的是抬高了侵蚀基准面，从而大大减轻沟谷的重力侵蚀，使沟壑梯田化，有效地遏制了水土流失。正因为淤地坝对小环境、小气候的改变，本世纪以来，陕西绿色版图向北推移400km。森林覆盖率提高，扬沙天气数减少，黄土高原的人居环境质量显著提升[1]。

归纳上述中央和国务院近年内连续出台的关于水问题的各项改革举措，可以说是历史上空前的，客观上讲这也是历史的必然抉择，是国家最高决策层不失时机、实事求是地抓住了水资源这个束缚经济社会发展的核心瓶颈问题。因此，充分认识到水权明晰、界定与交易的重要性和所面临的问题十分重要。

切实巩固退耕还林成效，保障粮食安全。淤地坝增加的耕地土平、地松，每年控制了小流域的产流，具有极强的抗旱能力，因而稳产高产。据实地调查，一亩坝地可促进6～10亩的坡地退耕。坝地平均亩产量是坡耕地的6～10倍、梯田的2～3倍[2]。

对观察组患者开展目标性护理，具体护理内容为：①制定护理目标。对患者开展健康教育，并确定健康教育目标包括：药物知识、饮食方式、心理情绪、运动等多方面知识。促使患者了解饮食习惯、运动、药物干预等对血糖水平的影响，提高患者血糖自我监测能力，明确教育目标后，对患者予以健康指导，并纠正患者不良习惯，及时发现问题制定解决方案。

使用MIDAS Civil、FEA分别建立梁单元与实体仿真模型，材料为C30混凝土一维线性本构，原构件梁截面为10 000 mm2，长300 mm。分别在100 mm、200 mm处施加竖向1 000 N集中力。原结构层侧面增设加固层，加固层厚50 mm(0.5h0<0.6 S，其中h0为原结构厚度，0.6 S为《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005[6]规定偏心距限值)，控制变量起见，加固层材料与原结构层一致，不计收缩徐变效应，通过截面特性合理设置加固层截面偏心距模拟新旧材料表面贴合，该方式默认加固后外力作用点不发生改变，未考虑界面粘结与层间相互作用。

拦沙减沙效益显著。根据相关研究，2011—2017年黄土高原淤地坝共拦沙10.5亿t，淤地坝拦沙减蚀作用对黄河泥沙减少的贡献率为34%，为遏制黄河河床抬高做出了重要贡献[3- 4]。

(3)使用台阶式柔性溢洪道和PCCP有压输水管道，可以使高标准淤地坝的防洪水工建筑物和小(2)型土石坝相应的设施达到相同或稍高的水平。

1.2 存在问题

淤地坝在其发展过程中存在一系列瓶颈，急需解决。

根据第一次全国水利普查水土保持情况公报，截止2013年我国共有淤地坝58446座，淤地面积927.57km2。淤地坝建设取得了以下公认的成就：

正确答案是：主人、上司、长辈。不过，如果有客人、下属或晚辈忽略了握手礼的先后次序，先对我们伸出了手，我们还是应该回握哟！另外，“女士优先”的原则在这里也是适用的。

大坝、溢洪道、输水管道是淤地坝的“三大件”。建设高标准淤地坝就是要采用水工建筑物的创新技术提升“三大件”的服役功能，促成淤地坝长期蓄水。同时，对小流域在暴雨条件坝系风险防控需要提出相关的基础理论和软件，确保人身安全。本节拟对相关的核心技术做一探讨。

建设高标准淤地坝是充分充分发挥其生态修复和促进地方经济作用的重大举措。作者认为，高标准淤地坝应在风险防控和兴利功能方面基本达到小(2)型水利工程的标准，从而可以让一部分淤地坝在一定的条件下蓄水，为黄土高原的高质量发展做出新的贡献。

综上所述,临床妇科给予患者施行腹腔镜手术过程中选择全麻复合硬膜外麻醉的麻醉效果明显高于单纯全麻的麻醉效果,可以减少术中麻醉药物使用量,有效缩短手术时间及术后苏醒时间,有重要临床应用价值。

1.3 高标准淤地坝建设关键技术

单一的拦沙淤地模式难以调动农民筑坝的积极性。在当前基本口粮已解决和粮价不具竞争力的形势下，淤地坝单独靠粮食生产的模式难以维系其发展[2]。

(2)规范规定的淤地坝坝体的压实度为0.94，稍低于小(2)型的0.96的标准。根据笔者的经验，为使压实度达到0.94，必须使用具有一定压实功能的机械。对高标准淤地坝，将0.94提高到0.96，只是适当调整铺土厚度和碾压遍数，不会实质性地增加工程投资。

实现土坝坝身泄洪，降低溢洪道建设成本，始终是几代水利人孜孜不倦追求的目标。制约土坝坝身泄洪的风险主要由以下两个因素触发。一是由混凝土，浆砌块石或其它刚性材料组成的溢洪道一旦开裂，在泄洪过程中即因下卧土体被冲刷快速崩溃；二是即便在坝高10m的条件下溢洪道底部水流流速将高达10m/s左右，没有足够的消能措施，溢洪道和消力池将被冲毁。

表1比较小(2)型土石坝和中小型淤地坝设计标准，可见目前淤地坝的设计标准和小(2)型土石坝相比略有不足。但是实现前述建设高标准淤地坝的新技术，即可使中小型淤地坝达到小(2)型土石坝的设计标准。

图2 延安市三连淤地坝服役的台阶式柔性溢洪道

1.3.2坝下有压输水管道

传统淤地坝放水建筑物由放水卧管和输水混凝土管组成，埋在坝下，其安全运用的前提是在各种运用条件下水流的水力学特征能保证输水混凝土管处于无压明流状态。实际运用中难以有效地实施，由于输水管破裂导致管涌事故频发。如图3(a)所示2016年7月18日发生在内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗哈他土沟2#号坝卧管破坏。

寻找更为可靠安全的输水方式是消除淤地坝防洪风险的重要一环。本课题组前期曾在延安安塞的王崖尧淤地坝开展了预应力钢筒混凝土管(简称“PCCP”)的试验示范科研工作，如图3(b)所示。鉴于PCCP可以承受远超水库水位形成的内水压力，其安全性能大大提高。

在少不更事的年纪里，不懂家人的饭局，只觉得闹。醉酒之人大声地发笑，不停地絮叨，看着长辈们频频举杯，摇头走掉。而多年后的此刻，当我深切地坐在其中，便发觉原来一切都是那么的顺理成章。酒里带着一种氛围，一种让人无法抗拒的魔力。美食佐酒，深秋之味，让人相信美好的事物是这个世界的根源。即使生活未必完美，却总有美好内里。

还有的是“微满足”。有人说，他们单位的微信群，已经变成了“拍马群”“献媚群”“讨好群”。只要单位领导一露面，群里立即就会响起一片叫好声。这个说“领导高明”，那个说“领导辛苦”。争相“献花”“敬茶”“竖大拇指”，唯恐领导看不到自己。

图3 坝下埋管(于沭供稿)

1.3.3坝系防洪风险分析

淤地坝通常以坝系形式建设。在一个小流域，几十座骨干坝、中型坝和小型坝构成复杂的串联和并联结构。在对某一坝进行防洪演算时，需要考虑上游溃决和幸存的坝的下泄流量。近期，作者研究团队根据小流域径流的特点和淤地坝系类似人类家谱的结构，采用鲁棒算法，实现了精细水文分析，可以确定坝系每座坝的临界降雨阈值。相应方法参见文献[6]，[7]。图4为对榆林王茂庄淤地坝系在12小时降水量为179.6mm(相当于200年一遇)条件下22座坝的生存情况。红色为溃决的坝，绿色为幸存的坝[2]。

由此可见,Al(OH)3若作酸参加反应时,它是一元弱酸,Al(OH)3若作碱参加反应时,它是三元弱碱。据此便可建立如下定量关系:

图4 淤地坝系防洪精细水文分析

1.3.4实现中小型淤地坝长期蓄水的措施

水资源是建设黄土高原绿色走廊的命脉。我们的目标是建设高标准淤地坝，让一部分淤地坝达到小(2)型土石坝的设计要求，从而结合相应的管理措施让淤地坝蓄起水来，带动黄河流域高质量发展和生态保护事业。

2019年，中国水利水电科学研究院在陕西省绥德县辛店沟淤地坝试验基地成功地开展了一个高差达10m的土工布和当地黄土材料建成的台阶式柔性溢洪道的水力学试验[2]。对小型土石坝，这一新型结构可基本解决上述两个制约因素。坝顶过水的初步试验结果表明，当水头差为9.85～10.05m时，溢洪道底部流速最大达6.7m/s，台阶式溢洪道提供了73%～93%消能率。经二十余次试验，溢洪道未见损坏和明显的变形。建设成本比传统溢洪道降低60%～70%左右。近期我们在延安市三连淤地坝增设了一个服役的高度为9.5m的台阶式柔性溢洪道，如图2所示。

孙晓妍、盖地（2015）分析论述了增值税符合费用要素的基本确认标准，通过增值税税负影响企业盈余的实证分析验证了增值税的费用特性。[4]

(1)淤地坝防洪能力薄弱的根本原因是没有溢洪道。设置溢洪道后。使用2.3.3节介绍的精细水文分析方法可以对淤地坝系临界降雨量做出科学合理的计算。由于淤地坝的流域面积很小，溢洪道的过水断面稍作调整，即可使其泄洪标准达到小(2)型土石坝的设计要求。如文献[7]介绍的山西省西廒沟2至7号骨干坝和中型坝，因具备溢洪道其防洪标准均超过或接近千年一遇。

1.3.1台阶式柔性溢洪道

显著改善当地交通，促进乡镇经济发展。黄土高原千沟万壑，极不便利的交通条件，严重制约乡村经济的发展。大部分已建的淤地坝都成为了连接沟壑两岸的桥梁。例如称钩河坝系工程中的21座骨干坝在当地形成了65km的交通道路网络，彻底改变过去人担畜驮的历史[5]。

表1 小(2)型土石坝和中小型淤地坝设计标准比较

2 黄土高原的旱作梯田建设

2.1 回顾与展望

退耕还林是遏止水土流失，绿化黄土高原的重要举措。水平梯田可以改变地面坡度和径流系数，从而降低水的流速，达到蓄水保土和减轻土壤侵蚀等的目标。2013—2015年，在黄土高原7省(自治区)水土流失综合治理的一个项目在3年内建设土坎梯田805km2[8]。潼关以上梯田实现减沙约5亿t[9]。

黄土高原旱作梯田建设虽然取得了巨大进步，发挥了重要作用，但目前梯田建设尚缺少国家规范。林业和水土保持部门尚未对黄土高原的坡地改造形成统一的治理标准。陕西省地方标准DB61/T 444—2008《机修梯田技术规范》和DB61/T 329—2003《梯田技术规范》多年未重新修订。急需总结近年水平梯田建设的经验，以推动高标准的旱作梯田建设。以延安上游山坡为例，其植树造林业已初见成效，但延河杨家岭段经2019和2020年两次洪水，河道淤积面提高了约50cm(如图5所示清理后露出的原人行便道)。其原因是大部分树木直接栽在坡面上，鉴于黄土抗冲流速极低，林木仍无法固土防冲。窄幅梯田不能适应机械化农业的要求，撂荒问题严重。图6所示未达到预期效果的梯田，和图7所示按近期建设的高标准梯田作一比较，其差距十分明显。因此急需总结已有的建设经验，出台新的标准。

图5 延安延河杨家岭段河道淤积情况

图6 未达到预期效果的梯田

2.2 宽幅梯田-黄土高原水土保持关键技术

宽幅梯田是近年水土保持工程的一个新创举，其要点是沿等高线布置梯田，具有便于机械化耕作运输的宽幅台地。台地边缘布设挡水土坎以防止坡面侵蚀。

图7 高标准梯田

图8所示绥德县艽园赵家坬现代生态农业示范园区规划建设的宽幅梯田，总面积3万亩，预计总投资4.11亿元，已建成林果园12km2。可见，依据现代化的宽幅梯田技术规划建设黄土高原的水土保持工作，我们完全有理由相信，这片广袤的国土将变成花果山。

图8 绥德县艽园赵家坬宽幅梯田(王埃平供稿)

3 坝田绿色走廊建设

3.1 战略构思

坝田绿色走廊建设的核心思想是建设高标准淤地坝，使其达到小(2)型水利工程的风险控制标准，使大部分淤地坝可正常蓄水的条件，为黄土高原的绿色走廊建设提供基础水资源。

水资源是制约旱作梯田的建设的瓶颈。我国黄土高原的年降雨量大部分在600～800mm。树苗一旦成活，即有条件正常生长。但是需要为栽树和施药等作业提供基础水资源。图9(a)为旱作梯田的集雨水坑，对于解决梯田用水，可谓杯水车薪。淤地坝一旦蓄水，利用2.2节讨论的高标准淤地坝形成的水库，可解梯田生命之水之患。图9(b)为拟建的绥德石家沟淤地坝，它将与上述赵家坬宽幅梯田形成坝田一体化的示范工程。库水可通过太阳能提水，成为振兴乡村经济的长效机制。

图9 坝田一体化为梯田提供基础水资源

3.2 实施方案

建议结合正在实施的黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目，挑选一、二个典型示范区开展黄土高原综合治理的前期探索研究。

作者课题组前期通过调研建议将内蒙古自治区准格尔旗东沟水库作为选项之一。项目区位于鄂尔多斯水土保持科技示范园内，利用现有的骨干坝(总库容129.1万m3)，在坝址左岸缓坡地带布置光伏装机15MW，并试点低水头抽水蓄能2.8MW，规划0.47km2牧草地和经济林，养羊约4000只。总投资1.15亿元。本项目将和中国电建西北勘测设计院合作，形成深度研究报告，促成此示范工程落地。

4 结语

让黄土高原变绿，让黄河变清，是世世代代中华儿女的奋斗目标。利用现代水利工程的创新技术，这个目标是有可能实现的。党中央提出的“黄河流域生态保护和高质量发展”的战略规划，为建设黄土高原坝田绿色走廊带来契机。本文总结了制约淤地坝和旱作梯田发展的主要因素，提出以建设高标准淤地坝为主线，带动高土高原生态修复和建设新农村美好家园的构想和技术路线，期待为这一伟大的事业贡献一份灼见。

图10 内蒙古准格尔旗东沟水库