陇东黄土高原地区水库泥沙淤积预估实例研究

黄土高原淤地坝水毁问题分析李莉;王峰;孙维营;史学建【摘要】淤地坝是黄土高原地区防止水土流失有效的工程措施之一，但淤地坝水毁事件时有发生，在一定程度上对当地群众的生活和农业生产造成影响，也制约了淤地坝的发展。

超标准的暴雨洪水是引发淤地坝水毁的主要因素，同时淤地坝被淤满、坝坡无防护措施、施工质量差、管护不到位也是引发淤地坝水毁的因素。

中小型淤地坝易发生水毁，水毁部位多发生在坝体。

目前，业内主要依库坝破坏痕迹来推测淤地坝水毁过程，还未能真正实施对淤地坝从建坝到水毁的动态监测。

由于缺乏有效的水毁风险预警体系，所以研究淤地坝水毁灾害对于淤地坝今后的发展具有重大意义。

【期刊名称】《中国水土保持》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】3页(P20-22)【关键词】黄土高原;淤地坝;水毁类型;水毁因素;问题分析【作者】李莉;王峰;孙维营;史学建【作者单位】黄河水利科学研究院，河南郑州450003;黄河水利委员会水土保持局，河南郑州450003;黄河水利科学研究院，河南郑州450003;黄河水利科学研究院，河南郑州450003【正文语种】中文【中图分类】S157.31淤地坝是构筑于水土流失地区各级沟道中，用以稳定和抬高侵蚀基点、拦泥淤地、滞洪削峰的坝工建筑物，是黄土丘陵沟壑区重要的水土保持工程措施之一，在拦蓄泥沙、防洪保收、改善交通、农业生产等方面发挥了重要作用。

淤地坝水毁灾害是由于淤地坝难以抵御暴雨洪水的冲击，致使坝体及放水工程发生不同程度的损毁，坝内多年淤积的泥沙被输送至下游的一种灾害。

新中国成立后，淤地坝建设大体经历了试办和示范阶段(1951—1957年)、大发展阶段(1958—1980年)、骨干坝控制下的坝系建设新阶段(1981—1985年)、规范化发展新阶段(1986—1997年)、相对稳定阶段(1998年以后)5个阶段。

各个发展阶段都曾发生过淤地坝水毁事件，水毁灾害在一定程度上对当地群众的生活和农业生产造成影响，水毁问题也是困扰黄土高原地区淤地坝建设发展的一个主要因素，研究淤地坝水毁灾害对于淤地坝的建设和后期管护具有重大意义。

淤地坝的试验研究摘要：黄土高原淤地坝建设所取得的巨大成就与经验，是与科学研究分不开的。

从西周到晚清，自劳动人民在生产实践中创造了坡地修梯田，沟壑筑坝淤地等水土保持措施以来，其试验研究工作也就相运而生。

民国时期和建国初期，国家主管部门对淤地坝建设的推动......黄土高原淤地坝建设所取得的巨大成就与经验，是与科学研究分不开的。

从西周到晚清，自劳动人民在生产实践中创造了坡地修梯田，沟壑筑坝淤地等水土保持措施以来，其试验研究工作也就相运而生。

民国时期和建国初期，国家主管部门对淤地坝建设的推动，都是从开展科学研究入手，首先是建立科学研究机构。

水利专家李仪址先生于1927年提出在沟道中修筑淤地坝，防治沟壑扩展，减少入黄泥沙的技术方案，作为治黄方略的一个重要组织部分付诸实施。

20世纪40年代，国民政府农林部和黄委会，先后在天水和西安建立了水土保持实验区，开展水土保持科学研究。

1945年由国家投资，黄委会关中水土保持试验区在西安市郊荆峪沟流域支沟上修建留淤土坝一座，控制流域面积2.6 km2，土方2万m3，是黄河流域第一座“官办”淤地坝。

建国后，随着水土保持事业的发展，水保科研机构也相应地发展。

在此基础上，根据各个时期的工作需要，采取试验、示范、推广相结合，室内实验与野外试验相结合，与教学单位和业务管理部门联合攻关等不同形式，开展科学研究，在沟道侵蚀机理、淤地坝规划布局、设计技术、施工技术、监测技术、管理技术等基础理论和应用研究以及新技术、新方法、新工艺开发方面，取得了大量的研究成果。

新中国成立后，黄土高原科研单位和业务管理部门，在总结历史经验的基础上，把筑坝淤地作为水土保持的一项重要工程措施，积极试验、示范、推广，其发展过程大致经历了4个阶段：——试办示范阶段（1949—1957）从1949年开始，在陕西省米脂县试修淤地坝。

1952年绥德水保站成立后，以绥德、米脂、佳县、吴堡四县为重点试办区，积极宣传推广修坝淤地，两年内筑坝214座，一般坝高5—10m ，单坝控制面积0.5 km2以下。

第37卷第6期2023年12月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .6D e c .,2023收稿日期:2023-05-18资助项目:国家自然科学基金项目(52179024,U 2040208) 第一作者:蒋凯鑫(1994 ),男,博士生,主要从事旱区水循环机理及水文模型研究㊂E -m a i l :j i a n g k a i z n @q q .c o m 通信作者:莫淑红(1972 ),女,博士,教授,主要从事水文水资源研究㊂E -m a i l :m o s h u h o n g@x a u t .e d u .c n 黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展蒋凯鑫1,莫淑红1,于坤霞1,李占斌1,2(1.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,西安710048;2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)摘要:淤地坝是黄土高原地区水土流失治理中行之有效的沟道治理措施,其通过滞洪拦泥淤地的方式在减沙减蚀方面发挥着至关重要的作用㊂随着流域生态保护的日趋科学合理,有必要对淤地坝在不同阶段的拦沙量进行定量准确分析,以评估其在水土流失治理中真实具体的效益,为黄河流域高质量发展的精准施策提供参考依据㊂通过查阅国内外淤地坝相关研究,结合野外调查采样㊁室内上机测试以及后续相关研究经验,系统总结归纳当前淤地坝拦沙量分析的实地调查㊁地形测绘法㊁数理归因法㊁成因分析法㊁权重系数法㊁模型模拟法和指纹识别技术7种方法,阐述各方法原理㊁步骤㊁适用性㊁需要解决的问题等,并对未来淤地坝拦沙量分析进行展望,以期能为进一步精准定量分析淤地坝拦沙量提供参考㊂关键词:淤地坝;拦沙量;黄土高原;黄河中游中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)06-0001-10D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.06.001R e s e a r c hP r o g r e s s o nS e d i m e n tR e t e n t i o nA n a l ys i sM e t h o d s o f Y u d i b aD a m s i n t h eL o e s sP l a t e a uJ I A N G K a i x i n 1,MOS h u h o n g 1,Y U K u n x i a 1,L I Z h a n b i n 1,2(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f E c o -h y d r a u l i c s i nN o r t h w e s tA r i dR e g i o no f C h i n a ,X i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,X i a n 710048;2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g o n t h eL o e s sP l a t e a u ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100)A b s t r a c t :Y u d i b ad a m s e r v e sa sa ne f f e c t i v e m e a s u r ef o rc o n t r o l l i n gg u l l y e r o s i o na n d m i t i g a t i n g s o i l a n d w a t e r l o s s i n t h eL o e s s P l a t e a u .I t s r o l e i n r e d u c i n g s e d i m e n t y i e l d a n d t r a n s p o r t i nw a t e r s h e d s i s a c h i e v e db y t e m p o r a r i l y o b s t r u c t i n g o r s l o w i n g d o w n f l o o d w a t e r s ,t h e r e b y r e t a i n i n g s e d i m e n t a n d p r e v e n t i n g s i l t i n g i n t o t h e r i v e r .W i t h t h e e c o l o g i c a l p r o t e c t i o no f t h e b a s i nb e c o m i n g m o r e a n dm o r e s c i e n t i f i c a n d r e a s o n a b l e ,i t i s n e c e s s a r y t o q u a n t i t a t i v e l y a n d a c c u r a t e l y a n a l y z e t h e s e d i m e n t r e t e n t i o n o fY u d i b a d a m s i n d i f f e r e n t s t a g e s i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e i r r e a l a n ds pe c if i cb e n e f i t s i nt h ec o n t r o l o fw a t e ra n ds o i l l o s s ,w h i c hc a n p r o v i d ea r e f e r e n c e f o r t h e p r e c i s e i m p l e m e n t a t i o n o f h igh -q u a li t y d e v e l o p m e n t i n t h eY e l l o wR i v e r B a s i n .B y c o n s u l t i n g t h e l i t e r a t u r e a n d d a t a o f r e l a t e d r e s e a r c ho nY u d i b a d a m s a t h o m e a n d a b r o a d ,c o m b i n e dw i t h f i e l d i n v e s t i ga t i o n a n ds a m p l i n g ,l ab o r a t o r y i n s t r u m e n tt e s t i n g a n ds u b s e q u e n tr e l a t e dr e s e a rc he x p e r i e n c e ,t h i s p a p e rs y s t e m a t i c a l l y s u m m a r i z e s s e v e n m e t h od s f o ra n a l y z i n g t h ese d i m e n t r e t e n t i o no fY u d i b ad a m s :f i e l d i n v e s t ig a t i o n ,t o p o g r a phi c m a p p i n g m e t h o d ,m a t h e m a t i c a la t t r i b u t i o n m e t h o d ,c a u s ea n a l y s i s m e t h o d ,w e i g h tc o e f f i c i e n t m e t h o d ,m o d e l s i m u l a t i o nm e t h o da n dd a t i n g a n a l y s i s i nf i n g e r p r i n t i d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y .T h e p r i n c i p l e ,s t e ps ,a p p l i c a b i l i t y a n d p r o b l e m s t ob e s o l v e do f e a c h m e t h o da r ed e s c r i b e d ,a n d t h e f o l l o w -u p s e d i m e n t r e t e n t i o n a n a l y s i s o fY u d a iD a mi s p r o s p e c t e d ,w i t hav i e wt o p r o v i d i n g r e f e r e n c ef o rf u r t h e ra c c u r a t e q u a n t i t a t i v e a n a l ys i s o f s e d i m e n t r e t e n t i o no fY u d i b ad a m s .K e y w o r d s :Y u d i b ad a m ;s e d i m e n t r e t e n t i o n ;L o e s sP l a t e a u ;m i d d l e s t r e a mo fY e l l o w R i v e r 黄河是全世界泥沙含量最高㊁治理难度最大㊁水害最严重的河流之一[1],其泥沙问题始终是热点研究问题[2]㊂新中国成立以来,在党和国家高度重视下,黄河水沙治理取得显著成效[3-4]㊂作为黄河流域的重要组成部分[5],中游黄土高原地区贡献入黄泥沙近90%[6],是我国最严重的水土流失与生态环境脆弱区[7]㊂众多研究[8-10]表明,人类活动是黄河中游黄土高原地区近年来入黄泥沙锐减的主导因素㊂作为黄土高原地区人民群众,在长期同水土流失斗争实践中创造出可滞洪拦泥㊁淤地造田的水土保持沟道治理工程,淤地坝对控制侵蚀㊁减少入黄泥沙发挥着重要作用[11]㊂近年来,党和政府在政策等方面给予足够支持,特别是于2019年9月18日在郑州召开的黄河流域生态保护和高质量发展座谈会[12],2022年4月2日通过‘水利部国家发展改革委关于印发黄土高原地区淤地坝工程建设管理办法的通知(水保 2022 162号)“[13],2022年10月30日通过并自2023年4月1日起施行的‘中华人民共和国黄河保护法“[14],再次说明淤地坝工程对于减少黄河中游黄土高原地区入黄泥沙的重要性已毋庸置疑㊂淤地坝作为治理黄土高原地区水土流失的关键措施之一,其拦沙的准确计算是评估淤地坝减沙效益的重要衡量指标且对该地区水土流失治理㊁淤地坝安全运行管理㊁黄河水沙变化等相关研究均有实际指导意义㊂近年来,众多学者[5,8,10]对淤地坝拦沙作用及其对输沙变化的贡献率方面开展相关研究并取得大量成果,但就淤地坝拦沙量分析方面来说,多数成果[9-10]在研究区域㊁研究时段㊁研究方法㊁淤地坝类型㊁资料来源等方面均存在较大差异,难以直接对比㊂因此,从黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法的角度切入,对相关成果进行总结归纳,以期为深入理解黄河中游黄土高原地区的输沙量变化以及淤地坝实际效益提供一定的参考㊂1淤地坝总拦沙分析方法1.1实地调查法当前,黄土高原地区淤地坝相关数据源[15]基本均来自于实地调查㊂第一次全国水利普查,其数据截止时间为2011年年底,给出的骨干坝统计指标包含坝名㊁总库容㊁已淤库容㊁控制面积㊁坝高㊁坝长㊁经纬度等,但无 建坝时间 信息㊂近年来,黄河水利委员会完成以服务于淤地坝防汛安全检查为目的的统计资料,其统计的骨干坝信息包括坝名㊁总库容㊁设计拦沙库容㊁控制面积㊁经纬度,但无截至目前的淤积总量信息和相关省(自治区)的逐年淤地坝年报数据㊂1990年以来,黄河水利委员每年下达的淤地坝建设任务㊂2022年黄河水利委员会完成黄土高原中型以上淤地坝首次大规模系统风险隐患排查,其数据截至2020年年底,排查结果显示,黄土高原地区有16788座中型以上淤地坝,其中大型坝6265座㊁中型坝10523座㊁下游有人淤地坝1356座[16]㊂2000年以来,黄河中游淤地坝大规模详查主要有黄河上中游管理局组织实施的涉及陕甘宁晋及内蒙古5个省(自治区)的黄河中游多沙粗沙区水利水土保持工程现状调查,截止时间为1999年;水利部组织实施的黄土高原淤地坝安全大检查专项行动,其数据截止时间为2008年;第一次全国水利普查[17],其数据截止时间为2011年,其中各省(自治区)淤地坝数量见表1,共有淤地坝58446座,淤地面积927.57 k m2,其中库容50万~500万m3的治沟骨干工程5655座,总库容57.01亿m3㊂此外,部分行政区也对辖区内进行淤地坝详查,2014年底,内蒙古鄂尔多斯市启动全市范围内淤地坝拦蓄泥沙效益调查及隐患排查工作,经统计,全市共完成淤地坝调查1616座(有23座损毁),累计淤积泥沙量1.38亿m3,占设计拦泥库容的28%㊂实地调查内容包括淤地坝的数量㊁建成时间㊁库容和已淤积库容等,具有较强的可信度㊂但此方法耗时耗力耗财,外加黄土高原地区淤地坝数量过于庞大,特别是中小型淤地坝,很难做到事无巨细,同时调查间隔时间较长也导致错过淤地坝中途发生的变化㊂表1第一次全国水利普查各省(自治区)淤地坝数量省(自治区)淤地坝数量座数/座比例/%淤地面积面积/k m2比例/%治沟骨干工程数量座数/座比例/%总库容库容/(万m3)比例/%山西1800730.81257.5127.76111619.7392418.016.21内蒙古21953.7538.424.1482014.5089810.415.75河南16402.8130.833.321352.3912470.32.19陕西3325256.89556.9060.04253844.88293051.651.41甘肃15712.6923.882.575519.7438066.46.68青海6651.140.720.081703.019622.11.69宁夏11121.9018.972.053255.7534630.66.07新疆40.010.340.04////合计58446100.00927.57100.005655100.00570069.4100.00注:淤地坝常按库容划分为大型淤地坝㊁中型淤地坝和小型淤地坝㊂大型淤地坝一般由坝体㊁放水建筑物和泄洪建筑物及配套工程组成,而小型淤地坝一般仅包括坝地[18];此处治沟骨干工程,也称骨干坝,等同于2021年2月28日实施的‘淤地坝技术规范“中的大型淤地坝㊂2水土保持学报第37卷1.2地形测绘法地形测绘法借助淤地坝所处沟道的实测地形图或采用3S技术等提取淤地坝信息并对沟道进行概化或地形插值后,结合不同年份的坝地淤积高程,利用棱台或圆台等体积计算公式估算淤地坝的总淤积泥沙量㊂弥智娟等[19]在皇甫川流域内,采用地形图㊁T M 影像㊁G o o g l eE a r t h影像等多源数据,利用遥感及G I S技术提取流域内淤地坝座数㊁位置㊁坝控面积等主要信息,结果表明基于多源数据的淤地坝主要信息提取技术可行且准确;马煜栋等[20]在无定河流域(榆林地区)内,采用卫星影像㊁踏勘㊁资料收集等方式,利用3S技术提取流域内淤地坝座数㊁位置㊁水面和坝控面积等主要信息,结果显示,研究区内所解译出的疑似淤地坝图斑1257个,主要分布在下游区域且沟道内多为水域或耕地;魏艳红等[21]在延安市安塞区马家沟流域内,概化淤地坝地形图等高线之间的立体形状为圆台,以高程为自变量㊁等高线间体积为因变量得到淤地坝库容曲线,进而依据实测淤积高程㊁面积得到淤地坝已淤泥沙量;Z e n g等[22]在黄土高原地区选取102条无坝沟道,借助无人机摄影测量建立D E M(分辨率为0.12~0.24m),通过淹没分析对无坝沟道淤地坝修建及泥沙淤积进行研究,并对地形因子和拦沙量进行量化,进一步基于回归分析建立不同的淤地坝拦沙量估算模型,并验证模型的准确性,结果表明,该方法在黄土高原地区具有较好的适用性,能准确计算不同尺度淤地坝拦沙量;F a n g等[23]基于多源遥感数据的面向对象分类方法,获取黄土高原淤地坝的空间分布,然后结合无人机摄影测量和虚拟淤地坝建设进而建立经验公式,以此关联泥沙淤积面积和泥沙量,之后基于从地表到深层测量的土壤容重数据,进一步估算每个淤地坝相对应的泥沙淤积量,结果显示,黄土高原地区50226座淤地坝总计拦截约102亿t泥沙,相当于1970 2020年黄河输入渤海湾泥沙量的46%,表明淤地坝是黄河输沙量急剧减少的主要原因㊂近年来,地球物探技术也被引入淤地坝库容确定的工作中㊂F a n g等[24]在黄土高原地区选取6个典型淤地坝,通过高密度电阻率测量系统(e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y t o m o g r a p h y,E R T)反演淤地坝库容地形,并结合挖掘淤积剖面㊁钻孔采样等方式进行验证,结果表明E R T具有较高精度(95.7%),可作为新方法估算淤地坝(特别是无资料地区的淤地坝)已淤积泥沙量;王韵等[25]选取宁夏西吉县一座小(二)型水库,利用探地雷达(g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r,G P R)对坝前已淤泥沙进行探测试验,结果表明,G P R可以较好反映原河床上方的淤积泥沙轮廓及分层特征㊂该方法计算准确性依赖3点:一是高精度的D E M㊂相比传统方法,通过机载L i D A R快速获取流域高精度D E M的方法越来越可行,而对机载L i D A R 原始点云进行插值的算法的成熟,使该方法真正被广泛应用㊂李朋飞等[26]在董庄沟流域内,分别选用反距离加权插值法㊁克里金插值法㊁自然邻域插值㊁样条插值㊁趋势面插值㊁不规则三角网等6种插值方法对机载L i D A R原始点云进行插值分析显示,在点云密度较大时(39~77点/m2),各插值方法差异不大,点云密度较小时(1~19点/m2),缓坡和陡坡最优插值为自然邻域插值和不规则三角网,点云密度较大时(39~77点/m2),缓坡和陡坡最优插值均为样条插值㊂高精度D E M对计算流域时段始末的产输沙具有较好的效果㊂谢有忠等[27]在台湾省兰阳溪中上游区域,利用台风前后2次高精度空载激光雷达获取D E M数据(分辨率为2m),应用高程差值分析河道地形变化,结果显示,高精度D E M在分析河道地形变迁和泥沙沉积方面效果极佳;代文等[28]在黄土高原窑家湾小流域内,利用2期(2006年㊁2019年)分辨率为1m的D E M数据,分析得到流域输沙空间分布,结果显示,基于高精度的D E M数据的空间输沙模型可高效便捷得到流域输沙空间分布㊂二是沟道地形插值方法㊂黄土高原沟道具有较多不规则的横截面,直接采用几何法估算会导致结果误差偏大㊂支再兴等[29]在王茂沟流域内,选用分辨率为2m的D E M数据,采用四阶带参H e r m i t e插值法重建流域淤地坝修建前的沟道地形,结果表明,相比三阶H e r-m i t e插值方法,重建沟道精度可提高15%㊂三是坝地淤积泥沙在不同深度的容重㊂潘明航[30]通过对皇甫川流域罕将沟淤地坝深度和容重进行分析发现,在采样深度(9.79m)内,淤积泥沙容重与深度的对数呈线性关系;曾奕[31]对沙堰沟小流域坝地泥沙淤积剖面容重和深度进行分析发现,在深度<12.7m时,容重随深度增加而增大,呈线性关系;深度ȡ12.7m 时,容重为一稳定值,即1.56g/c m3㊂此方法无法计算逐时段拦沙,而淤地坝的逐时段拦沙对深入分析黄河中游水沙变化的阶段特征具有重要意义㊂2淤地坝逐时段拦沙分析方法2.1数理归因法数理归因法多为仅考虑气候变化和人类活动建立在数理统计分析基础上的 黑箱 模型,如水文法㊁累积斜率法㊁双累积曲线法等,通过划分基准期(认为此时段内人为干扰对水沙的影响可忽略)和变化期,然后在基准期建立降水 径流㊁降水 输沙相关关系,之后将变化期的降水带入基准期构建的降水 径流㊁降水 输沙数学模型获得变化期没有人为干扰的情况下径流㊁输沙模拟值,而后认为其与变化期对应3第6期蒋凯鑫等:黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展的径流㊁输沙实测值间的差值是人类活动造成的减水减沙量㊂该方法虽直观㊁简便,但难以分离出各项水土保持措施的减水减沙贡献率,为此可考虑作为输入地表征气候变化的降水㊁蒸发等㊁表征人类活动的各项水利水保措施㊁植被覆盖度等与作为输出的流域径流输沙的数理归因方法得到发展应用㊂李晓乐等[32]以1960 2015年大理河流域为研究对象,选取代表气候变化的降水㊁潜在蒸散发和代表人类活动的水土保持措施梯田㊁林地㊁草地㊁淤地坝,基于G a m l s s模型定量分析各因素对流域输沙量变化的贡献率,结果表明,相比基准期(1960 1970年),变化期Ⅰ(1971 2002年)淤地坝减沙贡献率为43%,变化期Ⅱ(2003 2015年)为36%;钟雪[33]在延河流域内,选取耕地面积㊁农村人口㊁城镇化率㊁总产值㊁人均收入差距㊁淤地坝累计拦沙量㊁七八月总降水量,对各因子标准化后采用多元回归分析等方法,对流域1981 2016年输沙进行拟合表明,对流域输沙影响最大的依次是人均收入差距(总效应2.19)㊁淤地坝累积拦沙量(1.53);李磊磊[34]在窟野河流域内,经趋势突变检验将水沙变化划分为1980 1998年和1999 2017年2个阶段,选取降水㊁退耕还林(耕地面积㊁植被覆盖)㊁水保措施(淤地坝)㊁经济(水保投入比例)和农村人口,采用系统动力学V e n s i m软件定量分析各因子对流域输沙变化的贡献率表明,1980 1998年㊁1999 2017年人类活动均占据主导作用,其中淤地坝贡献占比分别为18.9%,14.1%㊂该方法在数理统计的基础上,主要获取淤地坝对流域水文站输沙变化的贡献率,间接得到淤地坝对整个流域的减沙量(非淤地坝坝地实际拦沙量)㊂该方法存在4个问题:一是可提供水文要素实测值的水文站的控制流域与流域下垫面按类型所划分区域不匹配,造成在包含多种土壤侵蚀类型区的流域内仅建立1个降水 径流(降水 输沙)相关关系很难反映流域内实际情况的局面㊂二是降雨资料与实际流域降雨信息不匹配㊂当前研究的降雨资料主要来自国家气象科学数据中心(h t t p://d a t a.c m a.c n/),时间分辨率多为日㊁月㊁年,雨量站站网密度除在个别需要满足科研生产需要的流域(如岔巴沟流域,流域面积205k m2,布设11个雨量站)外,难以满足水文站网规划技术导则[35],而黄土高原地区汛期(6 9月)降水占全年的70%,且主要形式为短历时强降水[36-38],其中极端降雨事件对该地区的产输沙具有更为深重的影响[39]㊂三是对存在极端雨洪事件的年份的水文要素模拟误差过大,且近年来,黄河中游极端事件发生频次的明显提高[40]又促使误差进一步变大㊂四是降水因子在变化期发生变化㊂C a i等[41]利用采自吕梁山中北部多地树轮宽度等资料重建黄土高原地区1773 2020年共计248年的水文年降水序列分析表明,黄土高原地区经历4个相对干旱期和4个相对湿润期,其中1910 1932年和1796 1806年分别是最干旱和最湿润的时期;在10年尺度上,20世纪20年代和21世纪10年代分别是最干旱和最湿润的10年,而在100年尺度上,19世纪相对湿润,20世纪相对干旱;虽然20世纪下半叶降水呈显著减少趋势,但其在21世纪初期得到扭转并逐渐变得湿润, 2014 2020年是过去250年中第2个最湿润时期㊂2.2成因分析法成因分析法,即 水保法 ,通过对水土保持试验站(如隶属于黄河上中游管理局的天水㊁西峰㊁绥德水土保持科学试验站)径流小区观测资料的分析来确定淤地坝单位坝地拦沙量,进而对已核实的各时段淤地坝坝地面积与对应单位坝地拦沙量指标的乘积进行求和,即得流域内淤地坝逐时段拦沙量㊂冉大川等[42]在大理河流域内对1960 2002年不同类型淤地坝减沙效应研究发现,现状条件下大理河流域小型淤地坝㊁中型淤地坝和大型淤地坝(含骨干坝)的减沙指标分别为60140,94660,152825t/h m2;冉大川等[43]在西柳沟流域,依据地区相似性原则,结合西柳沟流域自身情况指出,1990 2010年流域内淤地坝坝地适当修正的减沙指标为650t/h m2,淤地坝坝地拦蓄泥沙量为24.7万t㊂该方法计算简洁,但计算结果的准确性取决于单位坝地拦沙量指标和坝地面积是否能反映实际情况,其中单位坝地拦沙量指标取决于2个方面因素:一是流域内地貌类型及水土流失特点的差异㊂无定河流域可划分为河源涧地区㊁风沙区㊁黄土丘陵沟壑区3个水土流失类型区㊂二是淤地坝种类㊂按淤地坝和下游沟道的连通方式[44]可以分为不连通㊁通过溢洪道连通㊁通过竖井或卧管连通㊁通过溢洪道和竖井或溢洪道和卧管连通㊁通过竖井或卧管与溢洪道连通㊁通过坝体损毁的豁口连通㊁通过排水渠连通㊁通过排水渠 竖井连通㊁通过排水渠 溢洪道连通㊁通过排水渠 竖井和溢洪道连通㊁通过排水渠一坝体损毁豁口连通11类㊂坝地面积取决于不同类型淤地坝统计结果的准确性和每一座淤地坝坝地面积统计结果的准确性两方面因素㊂2011年第一次全国水利普查重新界定 坝地面积 为在沟道拦蓄工程上游因泥沙淤积形成的地面较平整的可耕作土地,而 已淤地面积 专指淤地坝拦蓄泥沙淤积形成的地面较平整的可耕作土地㊂ 坝地面积 中的一部分是由 已淤地面积 转化而来,但还包括台地等其他类型坝地㊂在此之4水土保持学报第37卷前,不同来源的淤地坝统计信息中对 已淤地面积 的定义存在较大差异,甚者还包括河道内的川台旱地㊂本文采用 坝地面积 的说法且其与 已淤地面积 内涵一致㊂2.3权重系数法权重系数法依据坝控流域产沙量与坡度㊁植被覆盖度和土壤可蚀性因子等显著相关[45],淤地坝拦沙取决于坝控流域内土壤侵蚀模数㊁拦沙效率的原则,多借助刘宝元等[46]利用黄土高原地区径流小区实测资料建立的中国土壤流失方程(C h i n e s eS o i lL o s s E q u a t i o n,C S L E),选取影响淤地坝坝控流域内产输沙的主要因子,计算逐年权重系数反推淤地坝的逐年拦沙量;王云毅[47]在黄土高原 十大孔兑 之一的罕台川流域内,对流域内具有拦沙能力的淤地坝按照已淤泥沙与已淤年限的比值得到,流域内淤地坝从建成年至2013年单坝的年均拦沙量;杨吉山等[48]在清水河流域内假定坝库均匀分布,坝库控制流域内平均侵蚀强度与全流域平均侵蚀强度相似,坝库拦沙率基本符合指数型规律,拦沙率与剩余库容率高度相关可近似替代,剩余可淤积库容率系列均值取淤地坝建成首年和计算时段末年共计2年均值的前提下,选取坝控面积㊁平均侵蚀强度㊁拦沙率建立淤地坝逐年拦沙量计算公式,反推出清水河流域1971 2012年淤地坝的逐年拦沙量;蒋凯鑫等[49]在无定河流域内按照某时段或年份流域内淤地坝拦沙量与该时段或年份流域内淤地坝的总有效控制面积成正比㊁与产沙降雨指标的n次方成正比的原则,选取淤地坝控制面积㊁产沙降雨指标作为权重系数反推出不同时期淤地坝拦沙量;郑明国[50]在大理河㊁清涧河和延河流域引入历年淤地坝坝控面积㊁降水2个因子作为反推淤地坝逐年拦沙量的权重系数,完成3个流域内淤地坝逐年拦沙量的反推;刘晓燕等[51]在实测淤地坝已淤泥沙的基础上,引入有效坝控面积占流域面积的比例㊁流域输沙量2个因子,构建榆林㊁延安等淤地坝集中地区的拦沙量计算公式,得到陕北淤地坝的拦沙量;呼媛等[52]在延河流域内假定淤地坝拦沙量占累积拦沙量的比值近似等于水文站逐年实测输沙量占序列累积输沙量的比值,水文站逐年实测径流量占序列累积径流量的比值与其逐年实测输沙量占序列累积输沙量的比值相等,即淤地坝逐年拦沙量占总拦沙量的比值近似等于水文站逐年实测径流量占总时段累积径流量的比值,通过对水文站实测逐年输沙量进行趋势突变检验,划分基准期㊁变化期并分别拟合径流 输沙得到相关系数,引入不同时期径 输沙相关系数和对应的实测径流量建立逐年拦沙量计算公式,反推出不同时期骨干坝的逐年拦沙量;杨媛媛等[53]在大理河流域内通过选取降雨侵蚀力因子㊁植被覆盖管理因子㊁水土保持措施(仅考虑梯田措施的影响)因子,计算骨干坝已淤泥沙的逐年反推权重系数,得到骨干坝修建完成运行至调查年份的逐年拦沙量;Z h a n g 等[54]在黄河中游多沙粗沙区内,通过骨干坝预期寿命㊁坝控面积㊁拦沙率和所在流域的产沙模数估算12条一级支流不同时期骨干坝拦沙量㊂该方法作为当前黄土高原地区淤地坝逐时段拦沙分析的主流方法,皆在权重系数方面进行摸索,引入多种既有或自定义的因子,并在各研究区域内对淤地坝进行逐时段拦沙量的反推,但尚需考虑2个方面㊂一方面,淤地坝坝系㊂实际中淤地坝所处沟道内单座淤地坝发挥作用的情况并不常见,更为普遍的情况是不同类型的淤地坝通过不同的级联方式构成复杂的坝系结构,且该坝系结构还随着坝系内不同淤地坝的修建早晚㊁是否失效和除险加固等问题的逐一发生或同时发生而变化㊂另一方面,淤地坝失效㊂淤地坝按照设计要求其拦泥库容淤满即失效,但实际中多数淤地坝拦泥库容淤满后依旧可发挥拦沙作用㊂高云飞等[55]通过选取清水川㊁窟野河㊁秃尾河㊁无定河㊁延河共计5条黄土高原地区黄河一级支流内20世纪70年代前修建的11座失效骨干坝(1989年和2011年2次调查期间已淤库容无明显变化),与实地调查数据比对分析得出,黄土高原骨干坝㊁中小型淤地坝失效标准为已淤库容与总库容比值分别达0.77,0.88;唐鸿磊[56]以岔巴沟流域左岸一级支沟蛇家沟流域为研究对象,通过数值模拟提出,淤地坝在淤满设计库容后可形成额外库容,该额外库容可保证淤地坝在不同强度下的降雨事件中可继续直接拦沙,同时模拟结果也表明,淤地坝淤满设计库容后间接减蚀效率增强㊂2.4模型模拟法模型模拟法是指基于物理机制的水文模型对流域水文过程进行模拟,可区分各要素对水沙变化影响的方法㊂模型有S E D D(s e d i m e n td e l i v e r y d i s t r i b u t e d m o d e l,S E D D)㊁S WA T㊁M I K E系列㊁W E P P(w a t e r e r o s i o n p r e d i c t i o n p r o j e c t,W E P P)等㊂Z h a n g等[57]在窟野河流域内,选取降水㊁淤地坝㊁土地利用(1987年㊁2006年㊁2016年3期)3个因子,采用野外调查和S E D D模型模拟相结合的方法,定量分析3个因子对流域侵蚀产沙的影响表明,淤地坝是流域内侵蚀减少的主导因素,1987 2016年减沙量贡献占比为40.09%;李二辉[58]在皇甫川流域内,通过将淤地坝近似于无控制水库,基于S WA T模型挑选并输入20座修建于1980年之前的淤地坝相关信息,设置不同工况得到,在研究时段内,淤地坝是5第6期蒋凯鑫等:黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展。

陇东黄土高原土壤侵蚀景观格局变化分析潘竟虎;鱼腾飞;相得年;刘春雨【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2007(034)003【摘要】基于遥感融合影像和GIS技术,采用通用土壤流失方程,计算了庆城县水保世行贷款二期项目区1998和2004年的土壤侵蚀量;通过FRAGSTATS软件计算了多种景观类型参数,并从斑块类型水平和景观水平2个层次上分析项目区土壤侵蚀的分布格局及其变化规律.结果表明:6 a项目区平均侵蚀模数下降,侵蚀面积和输沙量减少;土壤侵蚀景观类型的主要转化过程是极强度转化为强度和强度转化为中度.在景观尺度上,斑块数量减少,平均面积增大,景观破碎化程度下降,异质性降低;在斑块类型尺度上,微度、轻度和中度侵蚀类型破碎化程度下降,而极强度和剧烈侵蚀景观类型破碎度上升.【总页数】4页(P97-100)【作者】潘竟虎;鱼腾飞;相得年;刘春雨【作者单位】西北师范大学,地理与环境科学学院,兰州,730070;西北师范大学,地理与环境科学学院,兰州,730070;西北师范大学,地理与环境科学学院,兰州,730070;西北师范大学,地理与环境科学学院,兰州,730070【正文语种】中文【中图分类】S157.1;Q149【相关文献】1.陇东黄土高原土壤侵蚀的人文因素及经济损失分析——以甘肃省水保世行贷款二期项目区为例 [J], 潘竟虎;刘春雨;张伟强;秦晓娟2.土壤侵蚀景观格局变化分析——以世界银行水土保持庆城项目区为例 [J], 潘竟虎;刘春雨;秦晓娟;张伟强3.陇东黄土高原典型区域土壤侵蚀变化定量监测 [J], 汪明冲;赵军;李玉琳4.陇东黄土高原土壤侵蚀的人文因素及经济损失分析 [J], 潘竟虎;张伟强;秦晓娟5.陇东黄土高原土壤侵蚀景观格局变化分?——以庆城项目区为例 [J], 潘竟虎;鱼腾飞;相得年;刘春雨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第 2 期水　利　水　运　工　程　学　报No. 2 2023 年 4 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING Apr. 2023 DOI:10.12170/20220217001陈艳国，高平，姜耀飞. 水库塌岸短期预测中时空界限决策研究[J]. 水利水运工程学报，2023（2）：64-69. （CHEN Yanguo, GAO Ping, JIANG Yaofei. Research on time-space boundary decision-making in short-term prediction of reservoir bank collapse[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023（2）: 64-69. （in Chinese））水库塌岸短期预测中时空界限决策研究陈艳国1, 2，高平1, 2，姜耀飞1, 2(1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南郑州 450003； 2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南郑州 450003)摘要: 水库塌岸是具有一定时间、空间界限属性的地质灾害现象。

时间界限指时间跨度，分为长期、短期塌岸；空间界限指不同水库区段，因地质条件差异导致的塌岸模式、预测参数的差异。

目前常用的水库塌岸短期预测时长跨度为2~10年，但在实际工程应用中，缺乏足够的决策依据。

从水库蓄水过程的角度，证明了塌岸短期预测时长可根据水库蓄水过程来界定，以三峡、小浪底等大型水库工程为例，验证该界定方法科学合理。

并给出了塌岸预测时空界限的决策流程，将时空界限决策理论应用于甘肃马莲河水库工程短期塌岸预测中，从工程地质角度对短期塌岸预测成果的应用给出建议。

关　键　词：水库塌岸；短期预测；时空界限；蓄水过程中图分类号：TV221.2 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2023)02-0064-06现行水库塌岸预测方法体系按时长分为长期、短期预测。

浅谈黄土高原地区淤地坝建设存在的问题及处理应对摘要：众所周知，黄土高原淤地坝建设一直都是我国重点的建设项目之一，国家有关部门采取较多的措施对其展开了全面的建设工作。

但是现有的管理机制以及科研基础，随着时代的不断发展已经不能在适应淤地坝大规模建设的新形势了，所以要想从根本上提升黄土高原淤地坝建设的质量，那么也就需要采取更加科学先进的对策展开相应的处理，如此才能确保建设项目可持续化的发展下去。

本文接下来将对此展开详细分析，以希望为有关部门提供参考建议。

关键词：黄土高原；淤地坝；建设问题；处理对策有关人士应当明确，淤地坝建设项目的修建，主要是为了能够更加全面化的保护黄土高原水土而开展的工程，淤地坝建设的质量较高，那么必定能够从根本上提升黄土高原的水土稳定性，减少水土流失等环境问题。

此项工程的修建已经经历了50多年的修建，并且修建规模也逐渐加大，在各个方面的确取得了较多的成功经验。

然而随着国内建设新形势的到来，黄土高原淤地坝建设遇到了较多的新问题，因此必须采取科学的措施加以处理，如此才能提升淤地坝建设的最终质量。

一、关于黄土高原地区淤地坝建设所存在的现状问题研究（一）淤地坝的坝系结构存在问题观察当前黄土高原地区淤地坝建设的情况来看，其坝系结构还存在着一定的问题，坝系结构指的是各种类型沟道工程数量比例以及平面的布局。

良好的坝系结构能够产生极其重要的拦泥、防洪、灌溉等作用，而且还能有效拦截并利用洪水泥沙，由此可以非常明显的看出，坝系结构的组成能够直接影响坝系的功能以及效益。

要想使得黄土高原地区淤地坝达到这样的功效，那么也就需要使得坝系结构更加的具有合理性。

目前黄土高原地区的坝系结构，在实际修建的过程中，仅仅只是考虑了治沟骨干工程以及淤地坝，却并没有注重小水库以及塘坝等水资源利用工程结构，所以最终坝系结构表现出了极大的不完善，从而降低了坝系结构的实际功能。

（二）黄土高原地区坝系规划方面存在较大的问题对于黄土高原地区大规模淤地坝的建设工作来讲，淤地坝最为关键的技术环节就要当属坝系规划工作，同时也是难度最大的技术问题之一，往往淤地坝规划质量较高，那么必定会提升坝系的经济效益、生态效益等，同时还能够最大限度的发挥坝系内部的建设潜力，因此必须要做好黄土高原地区的坝系规划工作。

关于黄土高原淤地坝建设中的问题与建议冯艳军摘要：在我国黄土高原地区淤地坝的存在可以有效地对当地水土进行保障，自明朝时期我国黄土高原地区人民就已经摸索出打坝淤地这种方式用来治理水土流失的，因其成果显著被广泛应用于黄土高原。

与此同时，在黄土高原地区进行淤地坝建设也是我国在小流域水土流失综合治理领域的强力保障。

本文以柳林县王家沟乡荣洼村的荣洼骨干坝为例，就黄土高原淤地坝建设中的容易出现的问题进行研究探讨，为更好地推动我国黄土高原地区淤地坝设计与建设提出自己的看法。

关键词：黄土高原;淤地坝;坝系工程建设;问题与建议Abstract：The existence of warping dam in the Loess Plateau region of China can effectively guarantee the local water and soil.Since the Ming Dynasty，the people of the Loess Plateau region in China have figured out how to use warping dam to control soil erosion，and because of its remarkable results，it is widely used in the Loess Plateau.At the same time，the construction of warping dam in the Loess Plateau is also a strong guarantee for the comprehensive management of soil and water loss in small watersheds.This article takes the Rongwa Backbone Dam in Rongwa Village，Wangjiagou Township，Liulin County as an example，studies and discusses the problems that often occur in the construction of warping dam on the Loess Plateau，in order to better promote the design of warping dams on the Loess Plateau in China.Key words：Loess Plateau;warping dam;dam system construction;problems and suggestions 0引言自2012年黨的十八大会议召开以来，国家明确指出未来国家建设要将我国生态文明建设进一步加强重视，时至今日多年的发展我国的生态环境得到了巨大的改善。

黄土高原淤地坝沉积泥沙在小流域土壤侵蚀研究中的应用张风宝;杨明义;张加琼;解迎革;赵国平【期刊名称】《水土保持通报》【年(卷),期】2018(38)6【摘要】[目的]总结利用黄土高原淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的主要成果,并对其目前存在的问题和以后发展方向进行探讨,以期为深度解译淤地坝沉积泥沙中赋存的小流域土壤侵蚀信息提供基础支撑。

[方法]通过查阅国内外文献,结合野外调查和研究经验,总结利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的相关工作。

[结果]黄土高原大量的淤地坝、坝地泥沙明显的沉积旋回和现有的可靠断代技术是利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的基础;利用淤地坝沉积泥沙可估算小流域土壤侵蚀强度的变化,识别小流域侵蚀泥沙来源;淤地坝内的泥沙沉积量、理化性质及生物标志物的变化能够反演小流域环境演变过程。

[结论]黄土高原广泛分布的淤地坝沉积泥沙赋存有大量小流域土壤侵蚀和侵蚀环境演变的信息,在黄土高原小流域土壤侵蚀机理及小流域环境演变研究中具有重要作用。

【总页数】7页(P365-371)【关键词】黄土高原;淤地坝;小流域;土壤侵蚀;泥沙来源【作者】张风宝;杨明义;张加琼;解迎革;赵国平【作者单位】西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室;中国科学院水利部水土保持研究所;西北农林科技大学理学院;陕西省林业科学院黄土高原水土保持与生态修复国家林业局重点实验室【正文语种】中文【中图分类】S157【相关文献】1.黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征 [J], 李勉;杨二;李平;鲍宏喆;李莉;申震洲;焦鹏2.黄土丘陵区小流域淤地坝记录的泥沙沉积过程研究 [J], 李勉;杨剑锋;侯建才;沈中原3.利用淤地坝泥沙沉积旋廻反演小流域侵蚀历史 [J], 薛凯;杨明义;张风宝;孙喜军4.水蚀风蚀交错带小流域淤地坝泥沙沉积特征 [J], 王永吉;杨明义;张加琼;张风宝;赵恬茵5.淤地坝沉积泥沙解译小流域土壤侵蚀信息研究进展 [J], 赵恬茵;王志兵;吴媛媛;傅良同;高礼安因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。