/km2
5～ 10 10 ～ 15 15 ～ 20 20 ～ 25 25～ 30
≥30
皇甫川
十里长川
15000
702
7
24
22
12
7
—
窟野河 暖水川 , 灰昌沟 , 牛栏沟
17000
— , 120, 146
16
24
17
9
4
4
秃尾河
开荒川
11000
140
—
14
17
15
7
5
佳芦河
五女川
15000
373
12
3 结果与分 析
3 .1 淤地坝的淤积速度 淤地坝的淤积快慢 , 一方面决定着农民修建淤地坝
的积极性 , 即坝系农业的发展 ;另一方面对淤地坝的规 划 、维护也具有非常重要的意义 。 这里 , 淤地坝的淤积 速度是指单坝年均淤积库容或年均淤地面积 , 反映淤地
3 04
农业工程学报 2003 年
佳芦河
五女川
7950
大理河
岔巴沟
4600
0 .17
10
14
18
17
5
8
0 .13
43
22
5
3
1
—
0 .12
19
27
10
2
—
—
0 .11
72
51
22
12
3
—
0 .05
69
21
1
7
1
1
合计 72 74 58 161 100
合计 72 74 58 160 100
2 .2 计算方法 1)淤积速度 这里 , 淤地坝的淤积速度是用单坝年均淤积库容或
由于 5 条支流的流域面积大 , 流域内存在着不同的 地貌类型 , 因而有着不同的侵蚀产沙特征 ;而且淤地坝 的建设情况也不同 。又因调查资料为建坝至 1992 年底 的总数据 , 有些坝已经淤满 , 不能反映淤地坝的年均效 益 。 因此 , 本文选取 5 条支流淤地坝建设较好的 、地貌 类型为黄丘区的小流域内没有淤满的淤地坝资料进行
计算分析 , 其不同坝高与不同坝控面积的淤地坝数量情 况见表 2 。
第 6 期 焦菊英等 :黄土高原丘陵沟壑区 淤地坝的淤地拦沙效益分析
30 3
支流 皇甫川
流域 面积 /km2 3246
窟野河 8706
秃尾河 3294
佳芦河 1134 大理河 3906
大型坝 中小型坝
库容
库容
>50 万 m3 <50 万 m3
104
277
70
745
36
453
61
363
271
2497
表 1 五条支流的淤 地坝情况 Table 1 Check dams in the 5 tributaries
合计
小流域
面积 /km2
水文 站 控制区间
地貌 类型
381 十里长川 702
乌兰沟
75
815 暖水川
1 引 言
黄河泥沙是黄河下游洪水泛滥成灾的根源 , 其源自 于黄土高原的水土流失 , 黄土高原的水土流失则是造成 当地生态环境恶化 、生活贫困的重要原因 。黄土高原的 千沟万壑 , 其地形主要由沟谷地和沟间地组成 。根据黄 土丘陵沟壑区典型小流域的观测资料 , 沟谷地面积平均 占小流域总面积的 44 %, 但它的来水量和来沙量分别 占总水 、沙量的 73 %和 80 %, 说明小流域径流泥沙主要 来源于沟谷 ;又据调查 , 经初步治理的小流域 , 坡面措施 一般仅能控制来沙量的 20 %～ 40 %, 最多不超过 50 %, 剩余部分将由坡面进入沟谷 , 淤地坝除拦蓄沟谷地产沙 量外 , 还可拦蓄坡面 50 %以上的产沙量 。 可见 , 淤地坝 在黄土高原丘陵沟壑区水土保持中起着非常重要的作 用 。关于淤地坝的蓄水拦沙效益 , 各地都进行了调查 、 观测与分析 , 特别是近年来在分析黄河水沙变化时对各 流域淤地坝的拦泥减沙及蓄水效益进行了大量的研究 , 主要表现在各地淤地坝的平均拦沙指标 , 或不同坝高淤 地坝的平均拦沙指标[ 1～ 3] ;整个流域中淤地坝的总蓄水 减沙量[ 3, 4] ;以及 淤地 坝蓄水 减沙效 益计算 方法[ 5, 6] 。 但对单坝的淤地拦沙效益 , 以及与其影响因素之间的关 系未做深入研究 。淤地坝的规格大小和控制面积是淤 地坝建设规划中的 2 个重要因素 , 影响着淤地坝的淤地 的快慢和拦沙效益的大小 。为此 , 本文将对单个淤地坝
Mb = ΔM/ Aw 式中 Mb ——— 拦 沙 指 标 , t/ km2 ;ΔM ——— 拦 沙 量 , t0(ΔM = V ·10000 · r ·(1 -a1)·(1 -a2)[ 4] , 其中 , V ——— 已淤库容 , 万 m3 , r ——— 淤泥干容重 , t/m3 , 取 1 . 35 , a1 ——— 人工填垫占淤地坝拦泥的比例 , 据陕西省水 保局对 陕北淤地坝的 调查 , 取 0 .10 , a2 ——— 推移质系 数 , 据绥德水保站对韭园沟的观测 , 取 0 .15);Aw ——— 已淤坝地面积 , km2 。
3)拦沙效益 淤地坝的减沙效益包括淤地坝的拦泥量 、减轻沟蚀 量以及由于淤地坝滞洪后削减洪峰流量 、流速而对淤地 坝下游沟道侵蚀的减少量 。由于淤地坝的作用主要是拦 沙 , 这里仅对淤地坝拦沙效益进行分析 。拦沙效益是指 淤地坝的拦沙量占其控制面积内总产沙量的百分比 , 其 计算公式如下
M′ = ΔM/ M ×100 式中 M′——— 淤地坝的拦沙效益 , %;ΔM ——— 淤地坝 的拦沙 量 , t ;M ——— 淤地 坝控 制面积 内的总 产沙量 , t0(M =S ·F · n , 其中 , S — 坝控面积内的年均侵蚀产 沙模 数 , t/(km2 · a), F — 坝 控面 积 , km2 , n — 淤 积 年 限)。
收稿日期 :2003-02-24 修订日期 :2003-04-20 基金项目 :国家 973 项 目(No .2002CB111502);中 国科 学院知 识创 新 工程项目(No.KZCX1-10-04);国家自然科学基金项目(No .40271074) 作者简介 :焦菊英(1965.7 -), 女 , 陕西宝鸡人 , 博士 , 副研究 员, 从事 土壤侵蚀与水土保持方面的研究工 作 。 陕西杨 陵西农路 26 号 中 国科学院水利部水土保持研究所 , 712100。 Email :jyjiao@ms .iswc.ac .cn
灰昌沟 120
牛栏沟 146
活鸡兔沟 327
489 红柳沟 286
开荒川 140
424 五女川 373
2768 岔巴沟 205
青阳岔以上 662
皇甫 —沙圪堵
黄丘区
沙圪堵以上
砒砂岩区
新庙以上
黄丘区
神木 —王道恒塔 , 新庙 黄丘区
神木 —温家川
黄丘区
王道恒塔以上
盖沙区
高家堡以上
盖沙区
高家堡 —高家川
坝的年拦蓄能力 , 可为淤地坝的规格和密度设计 、水土
流失治理规划的制定提供参考依据 。
不同坝高淤地坝的年均淤积库容与年均淤地面积
见表 3 。根据 5 条支流黄丘区小流域淤地坝的资料 , 年 均淤积库容 1 .41 万 m3 , 年均淤积坝地 0 .211 hm2 。 皇甫 川十里长川小流域的年均淤积库容与淤地面积最高 , 分 别为 2 .356 万 m3 和 0 .455 hm2 ;窟野河的暖水川 、灰昌 沟和牛栏沟流域分别为 1 .061 万 m3 和 0 .153 hm2 ;秃尾 河的开荒川流域分别为 1 .428 万 m3 和 0 .189 hm2 ;佳芦 河的五女川流域分别为 0 .898 万 m3 和 0 .413 hm2 ;大理 河的岔巴沟流域分别为 1 .353 万 m3 和 0 .150 hm2 。皇
第 19 卷 第 6 期 302 2003 年 11 月
农业工程学报 Transactions of the CSAE
Vol .19 No .6 Nov . 2003
黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益分析
焦菊英1 , 2 , 王万忠1, 2 , 李 靖2 , 郑宝明3
(1.中国科学院水利部水土保持研究所 , 杨陵 712100; 2 .西北农林科技大学 , 杨陵 712100 ; 3.黄河水利委员会绥德水土保持科学实验站 , 绥德 718000)
年均淤地面积来表示 。 Vv = Vw/ n
Va = Aw/ n 式中 Vv ——— 年均淤积库容 , m3 ;Vw ——— 淤地坝已淤 库容 , m3 ;Va ——— 年均淤地面积 , hm2 ;Aw ——— 淤地坝
已淤坝地面积 , hm2 ;n — 淤积年限 。 2)拦沙指标 拦沙指标是用单ห้องสมุดไป่ตู้坝地的拦沙量来表示 。
43
39
42
12
13
大理河
岔巴沟
12000
205
15
44
20
12
9
—
支流
小流域
粗泥沙输沙模数 / t·(km2·a)-1
平均粒径 / mm
0～ 1
1～ 3
坝控面积/ km2
3～ 5
5 ～ 10 10～ 15
≥15
皇甫川
十里长川
9950
窟野河 暖水川 , 灰昌沟 , 牛栏沟
7500
秃尾河
开荒川
4300
黄丘区
申家湾以上
黄丘区
青阳岔 —绥德
黄丘区
青阳岔以上
河源区
侵蚀产沙 模数
/ t·(km2·a)-1 15000 20000 12000 10000 30000 7000 4500 11000 15000 12000 9000