新時(shí)期淤地壩規(guī)劃設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問題探討

摘要：大規(guī)模淤地壩建設(shè)是一項(xiàng)非常浩大和復(fù)雜的工程，為科學(xué)合理地規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)淤地壩，保證其安全運(yùn)行和工程效益的發(fā)揮，避免和解決過去的處理標(biāo)準(zhǔn)淤地壩建設(shè)中存在的一些問題，本文提出了新時(shí)期在黃土高原建設(shè)生態(tài)型、節(jié)水型和可持續(xù)發(fā)展型淤地壩的技術(shù)思想，就壩系相對(duì)穩(wěn)定、淤地壩洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和不達(dá)標(biāo)淤地壩、淤地壩隨淤隨用、提高豎井排洪能力、岸邊溢洪道、土壩過水和水墜壩的快速施工等技術(shù)問題進(jìn)行了探討，并提出了具體的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：淤地壩

規(guī)劃設(shè)計(jì)

淤地壩是黃土高原地區(qū)人民群眾在長(zhǎng)期同水土流失斗爭(zhēng)實(shí)踐中創(chuàng)造的一種行之有效的既能攔截泥沙、保持水土，又能淤地造田、增產(chǎn)糧食的水土保持工程措施，已有幾百年的發(fā)展歷史。新中國(guó)成立后，一方面，在總結(jié)天然聚湫和在水土流失嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行筑壩試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，淤地壩的建設(shè)得到了快速發(fā)展，從局部到大面積，從小型到大中型，從蓄水?dāng)r沙到淤地生產(chǎn)，從單壩建設(shè)到壩系建設(shè)，至20世紀(jì)90年代末，黃河流域共有大、中、小型淤地壩10余萬座，在攔泥、滯洪、造地、增產(chǎn)及綜合利用等方面產(chǎn)生了顯著效益。另一方面，在已建設(shè)的淤地壩中有相當(dāng)數(shù)量的中小型淤地壩是20世紀(jì)70年代前群眾性建壩高潮中建設(shè)起來的，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理過程中仍存在許多問題。如在規(guī)劃布局方面，部分壩系缺乏全局觀念，沒有統(tǒng)一規(guī)劃，同時(shí)缺乏壩系規(guī)劃設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面，部分中小型淤地壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，庫(kù)容小，未留溢洪道或溢洪道過水?dāng)嗝嫘。率购樗斂鍓?。在建壩施工方面，有的夯壓不?shí)，壩體干容重低，特別是不按技術(shù)規(guī)范操作，標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差。在壩

系管理方面，淤地壩雖是山區(qū)農(nóng)民的“保命田”、“金飯碗”，然而“重新修、輕管護(hù)”的思想仍然根深蒂固，同時(shí)缺乏維修管理制度和管理養(yǎng)護(hù)辦法，大多數(shù)壩只修不管，或者管護(hù)流于形式，使得淤地壩在改善當(dāng)?shù)厝罕娚钏降淖饔貌⑽吹玫接行У陌l(fā)揮。

為配合國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，大力推進(jìn)西部地區(qū)水土保持與生態(tài)環(huán)境建設(shè)，汪恕誠(chéng)部長(zhǎng)在2003年全國(guó)水利廳局長(zhǎng)會(huì)議上將“淤地壩”列為水利“三大亮點(diǎn)”工程之一，指出：“大力推廣淤地壩建設(shè)，將退耕還林、水土流失治理、生態(tài)建設(shè)結(jié)合起來，以解決老百姓的長(zhǎng)遠(yuǎn)生計(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)?！秉S土高原在未來的20年內(nèi)將要建設(shè)16.3萬座淤地壩，是一項(xiàng)非常浩大和復(fù)雜的工程。因此，如何科學(xué)合理地規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)淤地壩，保證其安全運(yùn)行和工程效益的發(fā)揮，避免和解決過去淤地壩建設(shè)中存在的諸如部分壩系工程布局不合理、部分淤地壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低和設(shè)施不配套、重建輕管和綜合效益偏低等問題，本文將對(duì)新時(shí)期黃土高原淤地壩規(guī)劃設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1

新時(shí)期淤地壩建設(shè)的技術(shù)思想

黃土高原是世界上水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，水土流失總面積45.4萬km2，多年平均輸入黃河泥沙約16億t。嚴(yán)重的水土流失威脅著黃河下游的防洪安全，造成生態(tài)環(huán)境惡化，制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，黃河流域地處干旱半干旱地區(qū)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，黃河水資源供需矛盾日益突出，缺水日益嚴(yán)重。如何從各個(gè)環(huán)節(jié)挖掘節(jié)水潛力，建立節(jié)水型社會(huì)已是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。因此，新時(shí)期大規(guī)模建設(shè)淤地壩，必須堅(jiān)持“生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相統(tǒng)一”的原則，以流域?yàn)橄到y(tǒng)，充分體現(xiàn)全局觀點(diǎn)，兼顧當(dāng)?shù)睾拖掠蔚貐^(qū)利益，科學(xué)有效地發(fā)揮攔沙、保水和淤地等綜合功能，以促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鞏固退耕還林成果，改善生態(tài)環(huán)境，有效減少入黃泥沙，為確保黃河安瀾和全面建設(shè)小康社會(huì)做出貢獻(xiàn)。為此，本文提出了新時(shí)期在黃土高原建設(shè)生態(tài)型、節(jié)水型和可持續(xù)發(fā)展型淤地壩的技術(shù)思想。

1.1生態(tài)型——生態(tài)良好

淤地壩建設(shè)既應(yīng)著眼于減少水土流失和攔沙造地形成穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)田，又要與黃土高原生態(tài)建設(shè)密切結(jié)合，促進(jìn)坡地退耕還林還草。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉⒌匦?、土壤和水資源等條件，因地制宜地進(jìn)行林草建設(shè)。充分發(fā)揮生態(tài)自我修復(fù)能力，使生態(tài)形態(tài)達(dá)到同類氣候地形土壤條件下的良好水平。在壩地的利用方面，合理使用化肥和農(nóng)藥，盡可能多使用天然肥料和生物治蟲，化肥、農(nóng)藥的土壤殘留和隨水排除的部分應(yīng)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中出現(xiàn)的一些不利變化，如一些地方出現(xiàn)野兔大量繁殖造成樹苗大量損壞等

問題，應(yīng)在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上采取適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)措施。在淤地壩建設(shè)過程中嚴(yán)格遵守水土保持等相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

1.2節(jié)水型——節(jié)約和高效利用水資源針對(duì)黃土高原的實(shí)際情況和全流域水土資源合理高效利用的需求，淤地壩建設(shè)必須考慮完備的排水設(shè)施，做到攔沙排水，除有解決人畜飲水任務(wù)的淤地壩外，每年汛后必須排盡積水，減少無效蒸發(fā)。新淤成的壩地，必須形成有效的排水系統(tǒng)，防止鹽堿化和沼澤化。在壩地上進(jìn)行農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，盡可能采用旱作方式，若進(jìn)行灌溉，應(yīng)大力推廣節(jié)水灌溉措施。以壩系控制的流域?yàn)閱卧?jì)算，當(dāng)?shù)厮Y源利用系數(shù)應(yīng)控制

在合適的范圍內(nèi)。

1.3可持續(xù)發(fā)展型——管理良好、滾動(dòng)發(fā)展、農(nóng)民增收編制經(jīng)過科學(xué)論證、布局完善合理的淤地壩建設(shè)規(guī)劃，促進(jìn)退耕還林還草規(guī)劃和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的有效實(shí)施。淤地壩應(yīng)是設(shè)計(jì)科學(xué)合理、成本有效控制、施工質(zhì)量好、速度快。淤地壩的壩地使用效益較高，為一般坡地的6～10倍。建立合理的資金籌集和投入機(jī)制，國(guó)家、地方、農(nóng)戶的投入比例適當(dāng)。用

戶參與管理機(jī)制明確，淤地壩（包括配套設(shè)施）和壩地產(chǎn)權(quán)、使用權(quán)明晰，管理體制健全。從淤地壩的收益中有部分用于管護(hù)。完全由國(guó)家投入的骨干壩形成的壩地、其收益的一部分應(yīng)用于維修和滾動(dòng)建設(shè)新的淤地壩。淤地壩的完好率大于95%，壩地利用率大于95%。農(nóng)戶通過高效使用壩地，調(diào)整與優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品加工，收入逐年增長(zhǎng)。解決建設(shè)區(qū)內(nèi)人畜飲水問題。2

壩系相對(duì)穩(wěn)定

壩系是指以溝道小流域?yàn)閱卧詳r泥、生產(chǎn)等為目的，大、中、小淤地壩相結(jié)合的工程體系。經(jīng)過黃土高原淤地壩建設(shè)的多年實(shí)踐，人們逐步認(rèn)識(shí)到，要使淤地壩系充分發(fā)揮其作用和效益，壩系達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定是至關(guān)重要的，壩系相對(duì)穩(wěn)定或相對(duì)平衡已成為治溝骨干工程和淤地壩系規(guī)劃設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。淤地壩的攔沙減蝕機(jī)理主要表現(xiàn)在：（1）抬高侵蝕基準(zhǔn)面，減弱重力侵蝕，控制溝蝕發(fā)展；（2）攔蓄洪水泥沙，減輕下游溝道沖刷；（3）形成壩地后，使產(chǎn)匯流條件發(fā)生變化，削減了洪水和減少了產(chǎn)沙；（4）增加壩地，促進(jìn)陡坡退耕還林還草，減少坡面侵蝕。而壩系相對(duì)穩(wěn)定，是指以小流域?yàn)閱卧?dāng)壩地面積與控制流域面積達(dá)到一定比例、溝坡相對(duì)高度和坡度達(dá)到一定數(shù)值，在一定頻率洪水泥沙條件下，能夠保證壩系安全和農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，泥沙基本不出溝，有合適的水工建筑物，能夠合理利用水資源，鹽堿危害小，建立良好的維修和管護(hù)體制，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。

隨著淤地壩建設(shè)的發(fā)展，黃土高原不少小流域溝道已形成壩系，其中一些已基本達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。20世紀(jì)60年代初，人們受天然聚湫對(duì)洪水泥沙全攔全蓄、不滿不溢現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了淤地壩相對(duì)平衡的概念，并從80年代開始對(duì)典型流域壩系進(jìn)行分析，并對(duì)壩系相對(duì)穩(wěn)定的條件、標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了研究，取得了較好研究成果[1～4]。目前，淤地壩相對(duì)穩(wěn)定條件多采用壩地面積與壩控制流域面積之比作為衡量指標(biāo)，該指標(biāo)反映了壩地對(duì)洪水泥沙的控制作用，隨著壩地面積的增加，坡地面積的減少，流域的產(chǎn)水產(chǎn)沙能力逐漸減弱，而調(diào)節(jié)水量和攔截泥沙的能力逐步增強(qiáng)，當(dāng)壩地面積所占比例增加到一定程度，就能夠?qū)樗嗌尺M(jìn)行有效的控制，用公式可以表述如下：

(1)

式中：I為壩地面積與壩控制流域面積之比；A為壩地面積，單位：hm2；F為壩控制流域面積，單位：km2。

在一定頻率的洪水條件下壩地淹水深度為允許深度（d）時(shí)的壩地面積與壩控制流域面積之比，稱之為相對(duì)穩(wěn)定的臨界值IC，由d=Wp／A可得：

(2)

式中：Wp為頻率為P的洪水總量，單位：萬m3；d為壩地允許淹水深度，單位：m。

因此，當(dāng)I≥Ic時(shí)壩系達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)I<Ic時(shí)壩系未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。目前的基本認(rèn)識(shí)是基于大量典型小流域調(diào)查資料的分析，即當(dāng)壩地面積與壩控制流域面積之比達(dá)到1/25～1/20時(shí)，壩系基本可以達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

由于影響淤地壩壩系達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的因素很多，包括降雨、洪水泥沙、地形地貌、地質(zhì)土壤、侵蝕類型、治理程度和措施分布、壩地管理水平、作物種類、排水規(guī)模等，問題十分復(fù)雜。當(dāng)前，在進(jìn)行大區(qū)域的淤地壩壩系建設(shè)潛力分析時(shí)，主要是按侵蝕分區(qū)（劇烈、極強(qiáng)度、強(qiáng)度、中度、輕度）調(diào)查典型中小流域的壩系布設(shè)狀況、淤積狀況、運(yùn)行狀況、骨干壩與中小型淤地壩的配壩比等基本情況，分析確定各侵蝕分區(qū)中可建骨干壩控制面積占流域面積的比例；利用典型小流域壩系規(guī)劃成果，分析確定不同侵蝕強(qiáng)度分區(qū)中骨干壩布?jí)蚊芏取⒐歉蓧闻c中小型淤地壩的配壩比例。例如，我們?cè)谶M(jìn)行“延安市黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩建設(shè)總體規(guī)劃”時(shí)（延安市水利水土保持局、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，延安市黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩建設(shè)總體規(guī)劃，2003年3月。），在延安市13個(gè)縣區(qū)中選擇了21條不同類型、不同侵蝕強(qiáng)度區(qū)的典型壩系進(jìn)行調(diào)查和研究，根據(jù)不同類型侵蝕區(qū)可建骨干壩控制面積、各單壩技術(shù)指標(biāo)及骨干壩與中小型壩的配置比例，由下式計(jì)算得出骨干壩與中小型壩的建設(shè)潛力數(shù)量。

(3)

式中：N為可建淤地壩潛力數(shù)量（座）；di為布?jí)蚊芏龋ㄗ?km2），不同的侵蝕強(qiáng)度級(jí)取值各異（i為侵蝕強(qiáng)度分區(qū)：1為輕度侵蝕區(qū)，2為中度侵蝕區(qū)，3為強(qiáng)度侵蝕區(qū)，4為極強(qiáng)度侵蝕區(qū)，5為劇烈侵蝕區(qū)）；aj為不同侵蝕類型區(qū)面積（j為不同侵蝕類型區(qū)：丘陵區(qū)為1，高塬區(qū)為2）；rk為壩系配置比例（k為壩系配置比例：1為骨干壩，2為中型壩，3為小型壩）。

近年來，淤地壩相對(duì)穩(wěn)定的研究引起了越來越多學(xué)者的重視，但與淤地壩工程建設(shè)取得了較大發(fā)展相比，科研工作相對(duì)滯后。已有的研究大多集中于資料分析，缺乏系統(tǒng)的和理論的深入研究，壩系相對(duì)穩(wěn)定或相對(duì)平衡理論尚未建立起來。因此，作為淤地壩系規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一，迫切需要對(duì)相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)和定量方法、相對(duì)穩(wěn)定的前提條件、達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的年限、不同類型區(qū)壩系相對(duì)穩(wěn)定臨界值的確定、壩系相對(duì)穩(wěn)定的適用范圍等方面從理論和實(shí)踐上進(jìn)行試驗(yàn)示范研究和科學(xué)論證，以便在確定建壩密度、最佳攔沙庫(kù)容、滯洪壩高、優(yōu)化規(guī)劃和建壩順序等方面提供理論依據(jù)。

3淤地壩單壩設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問題

3.1淤地壩洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和不達(dá)標(biāo)淤地壩的處理標(biāo)準(zhǔn)淤地壩、治溝骨干工程和小型水利水電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定分別見表1、表2和表3。從表中可以看出，治溝骨干工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與小型水利水電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致。與治溝骨干工程相比，淤地壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不低。從標(biāo)準(zhǔn)上看，除總庫(kù)容50～100萬m3的淤地壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高于同樣總庫(kù)容治溝骨干工程需進(jìn)一步研究外，基本上是合理的。

表1淤地壩類型劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

總庫(kù)容/萬m3

1～10

10～50

50～100

100～500

淤地壩類型

小型

中型

大(二)型

大(一)型

洪水重現(xiàn)期/年

設(shè)計(jì)

10～20

20～30

30～50

30～50

校核

30

50

50～100

100～300

設(shè)計(jì)淤積年限/年

5

5～10

10～20

20～30

表2治溝骨干工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

表3小型水利水電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

總庫(kù)容/萬m3

50～100

100～500

工程等級(jí)

五

四

洪水重現(xiàn)期/年

設(shè)計(jì)

20～30

30～50

校核

200～300

300～500

設(shè)計(jì)淤積年限/年

10～20

20～30

總庫(kù)容/萬m3

10～100

100～1000

1000～10000

工程等級(jí)

五

四

三

洪水重現(xiàn)期/年

設(shè)計(jì)

20～30

30～50

50～100

校核

200～300

300～1000

1000～2000

但根據(jù)有關(guān)調(diào)查資料，目前已建成的淤地壩和治溝骨干工程中，有相當(dāng)數(shù)量達(dá)不到規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)。分析原因主要有：（1）規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施前修建的部分工程在設(shè)計(jì)施工時(shí)就沒有達(dá)到現(xiàn)在規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)；（2）即使在設(shè)計(jì)施工時(shí)達(dá)到了規(guī)范的要求，由于淤地壩和治溝骨干工程是以攔沙為主，經(jīng)過幾年或十幾年的淤積達(dá)到設(shè)計(jì)淤積高程后，還會(huì)繼續(xù)淤高，原設(shè)計(jì)的滯洪庫(kù)容減少，也就達(dá)不到規(guī)范的要求。有相當(dāng)多淤地壩的壩地已與壩頂淤平，溢洪道的規(guī)模又很小或者沒有溢洪道，其防洪標(biāo)準(zhǔn)很低。

如何分析和解決這一問題，面臨兩方面的約束。一方面如果對(duì)全部已建成使用的淤地壩和治溝骨干工程按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核并要求完全達(dá)標(biāo)的話，投資大難以實(shí)現(xiàn)；另一方面如果對(duì)全部已建成使用、防洪不達(dá)標(biāo)的淤地壩和治溝骨干工程不予處理的話，將面臨很大的垮壩或局部破壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)淤地壩的工作特性、綜合考慮投資與風(fēng)險(xiǎn)、基本符合現(xiàn)行規(guī)范，建議按下述原則處理：（1）復(fù)核時(shí)對(duì)總庫(kù)容的理解，不采用設(shè)計(jì)時(shí)淤沙庫(kù)容加滯洪庫(kù)容，而采用實(shí)際剩余庫(kù)容；（2）對(duì)于實(shí)際剩余庫(kù)容小于50萬m3的治溝骨干工程降級(jí)按一般淤地壩對(duì)待；（3）一般淤地壩的防洪校核標(biāo)準(zhǔn)不得低于20年一遇洪水。

例如，某治溝骨干工程（簡(jiǎn)稱骨干壩），設(shè)計(jì)淤沙庫(kù)容50萬m3，按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。只設(shè)豎井排水洞而不設(shè)溢洪道，由于豎井的泄量很?。壳巴ǔＶ挥?～3m3/s），這就需要較大的滯洪庫(kù)容。200年一遇校核洪水按水文資料推算需滯洪庫(kù)容45萬m3。總庫(kù)容按設(shè)計(jì)淤沙庫(kù)容50萬m3加滯洪庫(kù)容45萬m3為95萬m3。按此要求設(shè)計(jì)壩高，滿足規(guī)范要求。

從該骨干壩建成到設(shè)計(jì)淤沙庫(kù)容50萬m3淤滿以前，因?yàn)閷?shí)際的滯洪庫(kù)容大于校核洪水所需的45萬m3，工程的實(shí)際校核洪水標(biāo)準(zhǔn)大于200年一遇洪水；該骨干壩淤積到設(shè)計(jì)淤地高程時(shí)，工程的實(shí)際校核標(biāo)準(zhǔn)等于200年一遇洪水；該骨干壩在設(shè)計(jì)淤地高程以上繼續(xù)淤積，工程的實(shí)際校核標(biāo)準(zhǔn)逐年降低，直到壩地與壩頂齊平，防洪能力完全喪失。

按上述建議進(jìn)行復(fù)核，當(dāng)該骨干壩淤積到設(shè)計(jì)淤地高程時(shí)，工程的實(shí)際庫(kù)容為45萬m3，按一般淤地壩考慮，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水，在一段時(shí)間內(nèi)仍滿足規(guī)范要求，可不立即進(jìn)行處理。當(dāng)其防洪標(biāo)準(zhǔn)低于30年一遇洪水時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理，低于20年一遇洪水時(shí)必須進(jìn)行處理。處理方式可因地制宜，或增設(shè)溢洪道，或加高壩體，或改建豎井進(jìn)水口增加泄洪能力，或?qū)蚊孢M(jìn)行過水保護(hù)，或同時(shí)采用多項(xiàng)措施。

3.2淤地壩是淤滿再用還是隨淤隨用淤地壩是以攔沙和淤地為主要目的的工程。淤地過程少則幾年多則十幾年。目前絕大多數(shù)淤地壩都是淤滿再用，前期作為小水庫(kù)。如果有解決人畜飲水問題的地方，這樣做是有益的。但由于淤積很快，作為水源并不穩(wěn)定。對(duì)于大多數(shù)沒有供水任務(wù)的淤地壩，前期作為小水庫(kù)無效蒸發(fā)很大，特別是黃河流域水資源已非常緊缺，需要避免水資源的任何浪費(fèi)。

淤地壩隨淤隨用可以增加土地的使用效益。以上面提到的淤地壩為例，計(jì)劃淤地10年，淤地5.52hm2。如果隨淤隨用，前9年累計(jì)利用淤地約25hm2平均每年可用地2.8hm2，經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。

過去不采用隨淤隨用的原因有兩個(gè)：一是豎井排水洞的底部高程較高，前幾年不能排干積水；二是由于豎井排水洞的泄量小，一般按3d排完一次設(shè)計(jì)洪水的洪量，農(nóng)作物受淹3d會(huì)影響收成。但解決這兩個(gè)問題并不難，第一個(gè)問題可用在壩底埋一直徑20cm左右的排水管，隨淤隨加高，直到豎井排水洞的底部高程即可。農(nóng)用的波紋管成本較低，可推廣使用。壩底排水管的作用主要是排除汛后的積水，只要入冬封凍前排完即可，所以直徑不需要太大。第二個(gè)問題可在壩地淤積到豎井排水洞的底部高程之前改種青飼料用于牛羊舍養(yǎng)，同時(shí)加大豎井的排洪能力，對(duì)于上面提到的淤地壩，如果豎井的排洪能力提高到8m3/s，排完一次設(shè)計(jì)洪水洪量的時(shí)間不到1d，這樣種農(nóng)作物就沒有問題。

3.3提高豎井排洪能力的簡(jiǎn)單方法由于淤地壩主要由農(nóng)民投工投勞興建，施工應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。但有些設(shè)計(jì)只要稍加改進(jìn)，就可收到既簡(jiǎn)單又實(shí)用的效果。目前豎井排水洞的豎井部分一般為方形，水平部分為城門洞形。以下可以采取兩條措施提高豎井的泄洪能力。

（1）將豎井的斷面形狀由方形改為圓形。砌石的方形豎井?dāng)嗝嬉妶D1，過水?dāng)嗝?20cm×120cm，壁厚50cm，每延米用石料3.4m3。如果改成圓形，由于受力條件好，壁厚改為30cm，用同樣的石料可砌成內(nèi)半徑1.5m、外半徑1.8m的圓，而過水?dāng)嗝鎴A形是方形的4.9倍，見圖2。當(dāng)然考慮到水平洞工程量大，豎井直徑不需要那么大。如果內(nèi)半徑1.0m，過水?dāng)嗝嫒赃_(dá)到方形的2.18倍，泄洪能力相應(yīng)增加，每延米用石料1.89m3，比方形減少44%。

（2）由豎井頂部不過水改為頂部過水。目前豎井排水洞的頂高程與淤地壩的頂高相同，也就是說，只從側(cè)面的方孔進(jìn)水，不從頂部進(jìn)水。而尾礦壩的豎井排水洞頂部是過水的，有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。最簡(jiǎn)單的辦法就是把豎井排水洞的頂高降低2m左右，并將頂部適當(dāng)圓化即可。進(jìn)一步的改進(jìn)還可以設(shè)分流摻氣墩，提高泄流能力和安全性。為提高施工效率，可在淤地壩建設(shè)任務(wù)多的縣設(shè)混凝土預(yù)制件廠，提供定型產(chǎn)品。

圖1方形斷面示意

圖2圓形斷面示意

通過上述兩項(xiàng)措施，可以把豎井排水洞的泄流能力由目前的2.5m3/s提高到10m3/s左右。這樣既可提高壩地的排水效率，又可減小溢洪道的規(guī)模。

豎井溢洪道的泄流能力為：

(4)

豎井溢洪道的流量系數(shù)為：

m=(0.507-0.136H／R)(H／R≤1)

(5)

式中：R為豎井的外半徑；H為堰頂水頭。

對(duì)3種內(nèi)徑的豎井溢洪道的泄流能力和有關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

3.4岸邊溢洪道和土壩過水對(duì)于骨干淤地壩，為保證安全和長(zhǎng)久使用，設(shè)溢洪道是必要的。對(duì)于有合適地形，特別是有巖基可利用時(shí)，建設(shè)常規(guī)的溢洪道是適當(dāng)?shù)?。如果沒有上述條件，建設(shè)常規(guī)的溢洪道的工程量就會(huì)很大，造價(jià)會(huì)很高，而采用土壩過水技術(shù)則更為有利。

淤地壩大部分建在黃土高原，屬半干旱地區(qū)，年降雨量200～600mm，暴雨歷時(shí)較短，但短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度可能比較大。因此泄流前沿比較寬、單寬流量比較小的壩面溢流比較適宜。另外，200年一遇洪水的標(biāo)準(zhǔn)是校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該允許有局部的破壞。

表4豎井溢洪道的泄流能力和有關(guān)參數(shù)

內(nèi)半徑r/m

外半徑R/m

水頭H/m

泄量Q/(m3/s)

平均流速V/(m/s)

小時(shí)泄量Qh/m3

日泄量Qd/m3

0.50

0.80

0.80

5.91

7.53

21276

510624

0.75

1.05

1.05

11.66

6.60

41976

1007424

1.00

1.30

1.30

19.89

6.33

71604

1718496

由于淤地壩建成后的最初一、兩年，滯洪庫(kù)容比較大，尚不需要溢洪道，因此可在壩體沉陷完成后再對(duì)壩面溢流部分進(jìn)行施工。過水土壩的保護(hù)方式很多，但對(duì)于淤地壩需要采用廉價(jià)的方式，重點(diǎn)是考慮過水壩面的不透水性、整體性以及接頭處的處理?？梢匝芯磕４袒翍?yīng)用的可能性。模袋的整體性強(qiáng)，而固化土可就地取材，成本低，施工方便。與防滲土工膜配合使用，有可能成為淤地壩壩面溢流保護(hù)的較好形式。

3.5水墜壩的快速施工水墜法筑淤地壩，以其工效高、投資少、成本低、施工簡(jiǎn)單、施工場(chǎng)地要求低、便于群眾掌握和應(yīng)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)淤地壩建設(shè)中被廣泛采用。但是，水墜法筑壩也存在一個(gè)明顯的弱點(diǎn)，即在較高的沖填速度下，壩體不能迅速脫水固結(jié)，很容易造成滑坡、鼓肚等工程事故，如果降低沖填速度，勢(shì)必會(huì)影響施工進(jìn)度，增加工程投資，更重要的是對(duì)于稍高一些的骨干淤地壩工程，當(dāng)度汛壩高較高時(shí)，很難保證壩體安全度汛。如在黃土高原地區(qū)，對(duì)于中、重粉質(zhì)壤土，當(dāng)無較好的排水措施時(shí)，壩體上升速度一般均不超過0.2m/d。因此，對(duì)于骨干淤地壩工程，為加快施工進(jìn)度，必須在壩體中設(shè)置排水設(shè)施。根據(jù)水墜法筑壩材料的特點(diǎn)，壩體排水可分為2類。其一是表面排水，適用于透水性較大的砂壤土和含粘量較少的粉質(zhì)壤土，多采用埋管自流排水、虹吸排水、機(jī)械排水等方法；其二是深層排水，主要用于透水性較差的中、重粉質(zhì)壤土，深層排水多采用砂井、砂溝、盲溝等形式，這種形式往往需要較多的砂礫料，對(duì)于缺乏砂礫料的地區(qū)，采用這些形式有一定的困難。近年來，隨著新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)，在一些試驗(yàn)壩中，已開始嘗試采用土工布、波紋排水管等排水材料。對(duì)于某一具體工程來說，采用何種形式、何種排水材料，必須因地制宜。

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院資助興建的延安宋家溝淤地壩，屬治溝骨干工程，壩高26.5m，最大庫(kù)容81萬m3，設(shè)計(jì)攔沙56萬m3，淤積年限15年，可淤地7hm2。當(dāng)?shù)匾话阕?月下旬進(jìn)入汛期，主汛期為8月份，9月中旬汛期結(jié)束。適宜淤地壩施工的時(shí)間一般為4～6月或9～11月。11月下旬以后進(jìn)入冬季，施工難度較大。宋家溝淤地壩若于4月中旬正式開工，汛前必須施工至度汛壩高，工期緊迫，另外筑壩土料中還有一部分重粉質(zhì)壤土。為此，必須考慮壩體深層排水措施，以提高壩體沖填速度。經(jīng)過深入、細(xì)致的調(diào)研，對(duì)壩體排水設(shè)施的材料、布置形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。宋家溝周邊地區(qū)，雖有杏子河流過，但河中砂礫石含泥量很高，不適宜于作砂井、砂溝材料，因此，當(dāng)?shù)匦拗俚貕螘r(shí)一般都不設(shè)壩體深層排水設(shè)施。本次設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)附近正在修建高速公路，有大量廢棄石渣，粒徑5～10mm，屬新鮮石灰?guī)r，干凈無泥，且價(jià)格便宜，可用作砂井充填材料，同時(shí)右岸壩肩清基的部分碎石渣也可以加以利用。因當(dāng)?shù)責(zé)o合適的用作反濾的砂礫料，故決定采用土工布作為反濾料。選用的土工布為就近的西安所產(chǎn)300g無紡布，規(guī)格為：幅寬5m，厚度≥2.4mm，斷裂強(qiáng)力≥9.5kN/m，CBR頂破強(qiáng)力≥1.5kN，撕破強(qiáng)力≥0.24kN，垂直滲透系數(shù)為（10-1～10-3）cm/s，等效孔徑O90（O95）為0.07～0.20mm。為加強(qiáng)壩內(nèi)沖填體的脫水固結(jié)，同時(shí)通過試驗(yàn)比較不同排水材料的排水效果，沖填體中上部設(shè)置了與豎向排水砂井相連的水平波紋排水管。此外，將下游壩腳的棱體排水，改為褥墊式排水，一方面有利下部沖填體的脫水固結(jié)，另一