寧南山區(qū)淤地壩功能轉(zhuǎn)換的定位劃分指標體系

李娟　張維江

摘要：隨著氣候及下墊面條件的變化，淤地壩內(nèi)的洪水總量及淤積量降低，運行水位低于死水位而無法利用。可對有必要、有條件的淤地壩工程進行庫壩功能轉(zhuǎn)換，使其在保證防洪安全的前提下兼具小型水庫的供水功能。以寧南山區(qū)典型流域為例，建立了包含工程位置、淤積速率、梯田面積比例的指標體系，對寧南山區(qū)淤地壩工程的功能劃分及定位進行了研究。對定位為供水功能的工程，通過水文核算、工程改造等實現(xiàn)其功能的轉(zhuǎn)換，使淤地壩工程兼具防洪供水功能，實現(xiàn)壩系水資源化，從而增加流域水資源可利用量，提高水資源及工程的利用效率。

關(guān)鍵詞：淤地壩； 功能定位與劃分；寧南山區(qū)；好水川流域

中圖分類號：TV697.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1021-04

黃土高原地區(qū)水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱敏感。為了保持水土、減小水土流失危害，建設(shè)了大量的淤地壩。據(jù)統(tǒng)計，黃土高原地區(qū)已建成淤地壩11萬余座，攔蓄泥沙210多億平方米，淤成壩地30多萬hm2，保護川臺地近2萬多hm2，有效改善了黃土高原的水土保持狀況，在一定程度上緩解了水土流失[1]。在取得了重大成就的同時，淤地壩建設(shè)也存在一些不足，如布局不合理、工程不配套、壩系水資源不可調(diào)度、降低區(qū)域水資源可利用量、水資源高效利用重視度低。這些問題都制約著淤地壩工程的運行與發(fā)展[2，3]。淤地壩系既要攔蓄洪水泥沙，又要發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，除少數(shù)以防洪為主的骨干壩能蓄水外，淤地壩內(nèi)多不能長時間蓄水[4]。同時，有限的徑流被分散攔蓄，水面面積增大，導(dǎo)致水面蒸發(fā)量和深層滲漏量增大[5]，水資源及工程利用率較低。隨著全球氣候及下墊面條件的變化，淤地壩內(nèi)的泥沙及洪水均發(fā)生了變化[6]。面臨氣候、下墊面條件的變化和日趨嚴峻的水資源形勢，探討淤地壩工程的功能轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)壩系水資源化，是淤地壩建設(shè)及管理新的發(fā)展方向。

寧南山區(qū)水土流失嚴重，淤地壩是保持水土、降低侵蝕、改善生態(tài)環(huán)境的重要工程，壩系建設(shè)較為完善。隨著全球氣候和下墊面條件的變化，淤地壩工程內(nèi)的洪水總量及淤積量均低于設(shè)計值。同時，區(qū)域內(nèi)極為寶貴的徑流被分散攔蓄，運行水位多低于死水位，消耗于無效的水面蒸發(fā)及深層滲漏，導(dǎo)致區(qū)域水資源可利用量降低。為保證流域防洪安全，淤地壩多采用空庫迎汛方案，出現(xiàn)汛期有水不敢蓄、汛后無水可用的局面[7]。因而，在保證防洪安全的基礎(chǔ)上，對淤地壩工程進行功能定位與劃分，將其劃分為攔沙及供水工程兩類。對于功能定位為供水工程的淤地壩，可實現(xiàn)淤地壩向水庫的功能轉(zhuǎn)換，使其兼具防洪、攔沙、供水等多重功能。

通過淤地壩運行情況分析，存在防洪庫容偏大[8]，淤積庫容低于設(shè)計值[9，10]的現(xiàn)象。由偏大的防洪庫容與偏小的死庫容之間構(gòu)成一個淤地壩設(shè)計時沒有的庫容。在保證防洪安全及功能定位劃分的基礎(chǔ)上，針對有條件、有必要進行功能轉(zhuǎn)換的工程，可將此部分庫容作為淤地壩設(shè)計時未有的興利庫容，促進淤地壩向水庫的功能轉(zhuǎn)換。再通過工程改造，實現(xiàn)壩內(nèi)水資源的調(diào)度，就可將無效蒸發(fā)及滲漏的水資源輸送至下游，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活。實現(xiàn)庫壩功能轉(zhuǎn)換后的淤地壩兼具防洪、攔沙、供水的多重功能，增加區(qū)域水資源可利用量，實現(xiàn)水資源短缺地區(qū)的水資源高效利用。圍繞庫壩功能轉(zhuǎn)換的核心思想，有關(guān)學(xué)者構(gòu)建了涵蓋降水預(yù)報、水沙模擬、水資源配置調(diào)度及高效利用、壩庫及生態(tài)工程優(yōu)化規(guī)劃、水權(quán)制度及工程管理運行等內(nèi)容的理論與技術(shù)體系，簡稱“D&R”體系。

因此，以寧南山區(qū)典型流域為例，建立了包含工程位置、淤積速率、梯田面積比例的指標體系，對寧南山區(qū)淤地壩工程的功能劃分及定位進行了研究，以期對有條件的工程進行庫壩功能轉(zhuǎn)換，使其在保證防洪安全的前提下兼具小型水庫的供水功能。

1 研究區(qū)概況

好水川流域位于寧夏回族自治區(qū)隆德縣，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)，水土流失面積占流域總面積的93%。流域總面積102 km2，多年平均降水量520 mm，年均水面蒸發(fā)量1 200 mm左右。有約70%的降水量集中在汛期（6-9月），是流域水資源的主要來源。流域內(nèi)現(xiàn)有水庫1座，骨干工程11座，中型淤地壩15座，小型淤地壩16座，總庫容1 190萬m3，淤積庫容389.9萬m3。流域土地利用主要類型有梯田、沖溝、坡地、林地、荒山造林地、退耕還林還草地、居民用地、溝臺地、川水地、川旱地及草地，具體見表1。

2 壩庫功能劃分與定位研究

通過對已建淤地壩工程運行狀況的科學(xué)合理評估，可在保證淤地壩防洪安全的前提下，將淤地壩的主要功能劃分為攔沙及供水兩種。功能定位為供水的淤地壩工程，可在其庫壩功能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，通過改造使其蓄水加以調(diào)度和利用，從而提高區(qū)域水資源可利用量。由此可見，對現(xiàn)有壩系中主要工程進行科學(xué)評估，劃分其蓄水?dāng)r沙功能是庫壩功能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，也是庫壩水資源聯(lián)合調(diào)度及運行管理的重要內(nèi)容。

提出庫壩功能劃分的指標，是指導(dǎo)壩系功能劃分的重要依據(jù)。選擇好水川流域典型的、運行管理及觀測資料較為齊全的后海子、團結(jié)、下老莊、上岔、張家臺子5座骨干工程，初步探討淤地壩“庫壩功能轉(zhuǎn)換”中庫壩功能劃分的相應(yīng)指標。依據(jù)庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想，庫壩功能劃分與定位指標分為定性指標及定量指標。

2.1 定性指標

2.1.1 庫容條件 小型水庫是指庫容介于10萬～1 000萬m3之間的水庫，又分為小一型水庫和小二型水庫，其中小一型水庫庫容為100萬～1 000萬 m3，小二型水庫庫容為10萬～100萬m3。好水川流域骨干工程淤積庫容約20萬～80萬m3。在“D&R”體系中，將設(shè)計防洪庫容與通過洪水修正后的滯洪庫容之間的差值計為V1，將設(shè)計淤積庫容與實際淤積庫容間的差值計為V2，V1 同V2的和稱為淤地壩的興利庫容。據(jù)計算，典型骨干工程現(xiàn)有興利庫容25.47萬～52.70萬m3（表2），庫容條件與小二型水庫相似，具備庫壩功能轉(zhuǎn)換的庫容條件。

2.1.2 骨干工程所處水系位置分析 團結(jié)、后海子、下老莊3座骨干工程均位于流域內(nèi)的田家老莊溝，其中后海子骨干工程位于溝道上游，團結(jié)骨干工程則位于幾條支溝的匯合處，而下老莊骨干工程則位于田家老莊溝下游，靠近主溝道和南干渠，具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。從功能上分，團結(jié)及后海子骨干工程主要以防洪攔沙為主，下老莊骨干工程則以蓄水為主。團結(jié)及后海子骨干工程運行方式為攔泥放清模式，可通過溝道將水引至下老莊骨干工程，經(jīng)調(diào)蓄后可用于灌區(qū)用水。

上岔及張家臺子骨干工程位于同一溝道中，其中上岔骨干工程位于支溝的上游，而張家臺子骨干工程則位于溝道下游，靠近主溝道和南干渠，也具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。故而上岔骨干工程主要為防洪攔沙功能，張家臺子骨干工程則定位為蓄水為主的骨干工程。

由此可見，位于溝道上游的骨干工程功能定位為防洪攔泥，通過攔沙放清模式，將清水通過溝道或其他飲水工程引至位于下游的骨干工程；下游骨干工程可將其主要功能定位為蓄水供水功能。

2.2 定量指標

依據(jù)庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想，影響淤地壩蓄水及泥沙的主要因素除降水外，還有庫容、年淤積量、流域內(nèi)梯田、林草比例等。

2.2.1 淤積庫容與淤積速率 對各骨干工程的設(shè)計運行狀況進行分析，分析的主要對象為各骨干工程的設(shè)計淤積情況及實際的運行淤積情況，對各骨干工程的運行時間、已淤庫容、設(shè)計年淤積量、實際年淤積量、至設(shè)計年限時的未淤庫容等進行統(tǒng)計分析（表3）。

據(jù)以上骨干工程運行狀況可知，實際淤積速率均低于設(shè)計值，但由于骨干工程所處位置及下墊面條件的不同，各自具有較大差異。下老莊骨干工程及張家臺子骨干工程的實際淤積速率低于設(shè)計值，其中下老莊骨干工程實際淤積速率為設(shè)計值的67.62%，張家臺子骨干工程實際淤積速率僅為設(shè)計值的39.60%，均小于70%。

同時，對骨干工程運行至設(shè)計年限時的未淤積庫容進行估算，而功能定位為蓄水工程的張家臺子及下老莊骨干工程年淤積量相對較小，至設(shè)計年限時的未淤積庫容分別占設(shè)計淤積庫容的60.40%、32.38%，具備蓄水及水資源聯(lián)合調(diào)度條件，故而定位為蓄水工程較為合理。

2.2.2 下墊面條件分析 由于梯田工程的減水減沙功能，尤其是流域內(nèi)的隔坡梯田，其減水減沙效果更為顯著，其面積所占的比例對于骨干工程的蓄水及淤積影響最大。結(jié)合水系劃分及土地利用方式調(diào)查，對各骨干工程下墊面條件中的梯田、林草地及坡地進行統(tǒng)計，結(jié)果見表4。

對功能定位為蓄水工程的下老莊及張家臺子骨干工程而言，梯田面積所占比例較大，分別為45.52%和68.36%，其余的攔沙工程梯田比例均低于45%。因而主要以梯田占控制面積的比例作為蓄水功能劃分的主要指標。

2.3 功能劃分與定位總結(jié)

將以上工程功能及特點進行總結(jié)見表5。由表5可見，可通過定量及定性指標對淤地壩功能進行劃分及定位。好水川流域中位于溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩可實現(xiàn)庫壩功能轉(zhuǎn)換，并通過工程改造使其消耗于無效蒸發(fā)和深層滲漏的水資源得以利用，增加流域水資源可利用量，提高流域水資源及工程利用效率。

3 結(jié)論與討論

通過好水川流域典型工程運行狀況分析，可將位于流域溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩進行壩庫功能轉(zhuǎn)換。進行壩庫工程轉(zhuǎn)換后的淤地壩工程，兼具防洪、供水、攔沙等多重功能，可增大流域水資源利用量，有效地提高流域水資源及工程利用效率，為淤地壩建設(shè)及管理提供新的發(fā)展方向。

寧南山區(qū)庫壩功能轉(zhuǎn)換體系已初步建立，其庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想也已驗證示范，功能劃分指標也很清晰，但尚未于其他區(qū)域進行示范校驗，需進一步研究完善。

參考文獻

[1] 秦鴻儒，劉正杰，陳江南.黃土高原地區(qū)淤地壩運行管理調(diào)查研究[J].人民黃河，2004，26（7）：25-27.

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[7] 馬 軼，張維江，張鵬程.好水川流域壩系水資源優(yōu)化配置模型研究[J].寧夏大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，33（1）：84-87.

[8] 於 凡，曹 穎.全球氣候變化對區(qū)域水資源影響研究進展綜

述[J].水資源與水工程學(xué)報，2008，19（4）：92-98.

[9] 吳 偉，李援農(nóng)，魏小抗.中小型淤地壩泥沙淤積量計算方法初探[J].人民黃河，2010，32（6）：80-81.

[10] 段菊卿.小流域淤地壩建設(shè)的水土保持效益淺析[J].水土保持研究，2012，19（1）：144-147.

2.1.2 骨干工程所處水系位置分析 團結(jié)、后海子、下老莊3座骨干工程均位于流域內(nèi)的田家老莊溝，其中后海子骨干工程位于溝道上游，團結(jié)骨干工程則位于幾條支溝的匯合處，而下老莊骨干工程則位于田家老莊溝下游，靠近主溝道和南干渠，具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。從功能上分，團結(jié)及后海子骨干工程主要以防洪攔沙為主，下老莊骨干工程則以蓄水為主。團結(jié)及后海子骨干工程運行方式為攔泥放清模式，可通過溝道將水引至下老莊骨干工程，經(jīng)調(diào)蓄后可用于灌區(qū)用水。

上岔及張家臺子骨干工程位于同一溝道中，其中上岔骨干工程位于支溝的上游，而張家臺子骨干工程則位于溝道下游，靠近主溝道和南干渠，也具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。故而上岔骨干工程主要為防洪攔沙功能，張家臺子骨干工程則定位為蓄水為主的骨干工程。

由此可見，位于溝道上游的骨干工程功能定位為防洪攔泥，通過攔沙放清模式，將清水通過溝道或其他飲水工程引至位于下游的骨干工程；下游骨干工程可將其主要功能定位為蓄水供水功能。

2.2 定量指標

依據(jù)庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想，影響淤地壩蓄水及泥沙的主要因素除降水外，還有庫容、年淤積量、流域內(nèi)梯田、林草比例等。

2.2.1 淤積庫容與淤積速率 對各骨干工程的設(shè)計運行狀況進行分析，分析的主要對象為各骨干工程的設(shè)計淤積情況及實際的運行淤積情況，對各骨干工程的運行時間、已淤庫容、設(shè)計年淤積量、實際年淤積量、至設(shè)計年限時的未淤庫容等進行統(tǒng)計分析（表3）。

據(jù)以上骨干工程運行狀況可知，實際淤積速率均低于設(shè)計值，但由于骨干工程所處位置及下墊面條件的不同，各自具有較大差異。下老莊骨干工程及張家臺子骨干工程的實際淤積速率低于設(shè)計值，其中下老莊骨干工程實際淤積速率為設(shè)計值的67.62%，張家臺子骨干工程實際淤積速率僅為設(shè)計值的39.60%，均小于70%。

同時，對骨干工程運行至設(shè)計年限時的未淤積庫容進行估算，而功能定位為蓄水工程的張家臺子及下老莊骨干工程年淤積量相對較小，至設(shè)計年限時的未淤積庫容分別占設(shè)計淤積庫容的60.40%、32.38%，具備蓄水及水資源聯(lián)合調(diào)度條件，故而定位為蓄水工程較為合理。

2.2.2 下墊面條件分析 由于梯田工程的減水減沙功能，尤其是流域內(nèi)的隔坡梯田，其減水減沙效果更為顯著，其面積所占的比例對于骨干工程的蓄水及淤積影響最大。結(jié)合水系劃分及土地利用方式調(diào)查，對各骨干工程下墊面條件中的梯田、林草地及坡地進行統(tǒng)計，結(jié)果見表4。

對功能定位為蓄水工程的下老莊及張家臺子骨干工程而言，梯田面積所占比例較大，分別為45.52%和68.36%，其余的攔沙工程梯田比例均低于45%。因而主要以梯田占控制面積的比例作為蓄水功能劃分的主要指標。

2.3 功能劃分與定位總結(jié)

將以上工程功能及特點進行總結(jié)見表5。由表5可見，可通過定量及定性指標對淤地壩功能進行劃分及定位。好水川流域中位于溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩可實現(xiàn)庫壩功能轉(zhuǎn)換，并通過工程改造使其消耗于無效蒸發(fā)和深層滲漏的水資源得以利用，增加流域水資源可利用量，提高流域水資源及工程利用效率。

3 結(jié)論與討論

通過好水川流域典型工程運行狀況分析，可將位于流域溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩進行壩庫功能轉(zhuǎn)換。進行壩庫工程轉(zhuǎn)換后的淤地壩工程，兼具防洪、供水、攔沙等多重功能，可增大流域水資源利用量，有效地提高流域水資源及工程利用效率，為淤地壩建設(shè)及管理提供新的發(fā)展方向。

寧南山區(qū)庫壩功能轉(zhuǎn)換體系已初步建立，其庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想也已驗證示范，功能劃分指標也很清晰，但尚未于其他區(qū)域進行示范校驗，需進一步研究完善。

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2.1.2 骨干工程所處水系位置分析 團結(jié)、后海子、下老莊3座骨干工程均位于流域內(nèi)的田家老莊溝，其中后海子骨干工程位于溝道上游，團結(jié)骨干工程則位于幾條支溝的匯合處，而下老莊骨干工程則位于田家老莊溝下游，靠近主溝道和南干渠，具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。從功能上分，團結(jié)及后海子骨干工程主要以防洪攔沙為主，下老莊骨干工程則以蓄水為主。團結(jié)及后海子骨干工程運行方式為攔泥放清模式，可通過溝道將水引至下老莊骨干工程，經(jīng)調(diào)蓄后可用于灌區(qū)用水。

上岔及張家臺子骨干工程位于同一溝道中，其中上岔骨干工程位于支溝的上游，而張家臺子骨干工程則位于溝道下游，靠近主溝道和南干渠，也具備水資源聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)勢條件。故而上岔骨干工程主要為防洪攔沙功能，張家臺子骨干工程則定位為蓄水為主的骨干工程。

由此可見，位于溝道上游的骨干工程功能定位為防洪攔泥，通過攔沙放清模式，將清水通過溝道或其他飲水工程引至位于下游的骨干工程；下游骨干工程可將其主要功能定位為蓄水供水功能。

2.2 定量指標

依據(jù)庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想，影響淤地壩蓄水及泥沙的主要因素除降水外，還有庫容、年淤積量、流域內(nèi)梯田、林草比例等。

2.2.1 淤積庫容與淤積速率 對各骨干工程的設(shè)計運行狀況進行分析，分析的主要對象為各骨干工程的設(shè)計淤積情況及實際的運行淤積情況，對各骨干工程的運行時間、已淤庫容、設(shè)計年淤積量、實際年淤積量、至設(shè)計年限時的未淤庫容等進行統(tǒng)計分析（表3）。

據(jù)以上骨干工程運行狀況可知，實際淤積速率均低于設(shè)計值，但由于骨干工程所處位置及下墊面條件的不同，各自具有較大差異。下老莊骨干工程及張家臺子骨干工程的實際淤積速率低于設(shè)計值，其中下老莊骨干工程實際淤積速率為設(shè)計值的67.62%，張家臺子骨干工程實際淤積速率僅為設(shè)計值的39.60%，均小于70%。

同時，對骨干工程運行至設(shè)計年限時的未淤積庫容進行估算，而功能定位為蓄水工程的張家臺子及下老莊骨干工程年淤積量相對較小，至設(shè)計年限時的未淤積庫容分別占設(shè)計淤積庫容的60.40%、32.38%，具備蓄水及水資源聯(lián)合調(diào)度條件，故而定位為蓄水工程較為合理。

2.2.2 下墊面條件分析 由于梯田工程的減水減沙功能，尤其是流域內(nèi)的隔坡梯田，其減水減沙效果更為顯著，其面積所占的比例對于骨干工程的蓄水及淤積影響最大。結(jié)合水系劃分及土地利用方式調(diào)查，對各骨干工程下墊面條件中的梯田、林草地及坡地進行統(tǒng)計，結(jié)果見表4。

對功能定位為蓄水工程的下老莊及張家臺子骨干工程而言，梯田面積所占比例較大，分別為45.52%和68.36%，其余的攔沙工程梯田比例均低于45%。因而主要以梯田占控制面積的比例作為蓄水功能劃分的主要指標。

2.3 功能劃分與定位總結(jié)

將以上工程功能及特點進行總結(jié)見表5。由表5可見，可通過定量及定性指標對淤地壩功能進行劃分及定位。好水川流域中位于溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩可實現(xiàn)庫壩功能轉(zhuǎn)換，并通過工程改造使其消耗于無效蒸發(fā)和深層滲漏的水資源得以利用，增加流域水資源可利用量，提高流域水資源及工程利用效率。

3 結(jié)論與討論

通過好水川流域典型工程運行狀況分析，可將位于流域溝道下游、實際淤積速率低于設(shè)計淤積速率的70%、梯田面積所占比例高于45%的淤地壩進行壩庫功能轉(zhuǎn)換。進行壩庫工程轉(zhuǎn)換后的淤地壩工程，兼具防洪、供水、攔沙等多重功能，可增大流域水資源利用量，有效地提高流域水資源及工程利用效率，為淤地壩建設(shè)及管理提供新的發(fā)展方向。

寧南山區(qū)庫壩功能轉(zhuǎn)換體系已初步建立，其庫壩功能轉(zhuǎn)換核心思想也已驗證示范，功能劃分指標也很清晰，但尚未于其他區(qū)域進行示范校驗，需進一步研究完善。

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