黄河中游地区淤地坝减洪减沙作用研究

根据水利部第二期水沙基金研究成果,对黄河中游河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝减洪减沙作用进行了深入分析和研究,对淤地坝减洪量及拦泥量计算方法进行了重大改进:将淤地坝的减洪量分为淤平坝地的减洪量和仍在拦洪时期淤地坝的减洪量两部分,分别进行计算;将淤地坝的减沙量分为拦泥量和减蚀量两部分,分别进行计算;在拦泥量计算中又分为已淤成坝地拦泥量和未淤成坝地拦泥量两部分,考虑因素比较周全.计算结果比较全面地反映了黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用,可供黄土高原地区淤地坝建设规划参考.     

黄河中游地区淤地坝减洪减沙作用研究

根据水利部第二期水沙基金研究成果，对黄河中游河龙区间及泾河、北洛河、渭河流城淤地坝减沙作用进行了深入分析和研究，对淤地坝减洪量及拦泥量计算方法进行了重大改进：将淤地坝的减洪量分为淤平坝地的减洪量和仍在拦洪时期淤地坝的减洪量两部分。分别进行计算；将淤地坝的减沙量分为拦泥量和减蚀量两部分，分别进行计算；在拦泥量计算中又分为已淤成坝地拦泥量和未淤成坝地粗泥量两部分，考虑因素比较周全。计算结果比较全面地反映了黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用，可供黄土高原地区淤地坝建设规划参考。     

黄河中游地区淤地坝减洪减沙及减蚀作用研究

本文对黄河中游河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝的减洪减沙及减蚀作用进行了深入地分析和研究。提出了淤地坝减洪量、拦泥量和减蚀量的计算方法；对淤地坝的减蚀量进行了分析和计算。分析研究结果表明：作为多沙粗沙区核心地区的河龙区间，1970～1996年淤地坝减洪减沙量分别占水土保持措施减洪减沙总量的59.3%和64.7%，其减洪减沙作用十分明显。1970～1996年，河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝年均减沙达1.138亿t，可为黄河下游减少淤积0.285亿t；可减少冲沙用水22.8亿m3；节约清淤费用85.5亿元。淤地坝建设的生态效益、社会效益和经济效益十分显著。为此，建议黄河中游黄土高原地区应以淤地坝建设为重点，全面推进水土保持生态建设。     

黄土高原淤地坝的减沙作用及其时效性

在黄河近年来沙锐减的背景下,需要深入探究黄土高原淤地坝的减沙作用。本文基于实测数据分析了淤地坝拦沙与入黄泥沙减少量的关系、拦沙作用的时效性以及坝地的减蚀作用。研究结果表明,淤地坝拦沙量一般大于或等于相应的入黄泥沙减少量;流域的林草梯田覆盖率越大、地表土壤粒径越粗,淤地坝因拦沙所致的减沙量占其拦沙量的比例越小。淤地坝拦沙作用的时效性非常突出,拦沙库容淤满即基本失去拦沙能力。失去拦沙能力后,淤地坝仍可依靠拦沙所形成的坝地发挥减沙作用;如果流域的林草梯田覆盖状况较差,坝地减沙作用的"空间影响范围"可达自身面积的4倍。不过,随着流域的林草梯田覆盖率增大,单位面积坝地的实际减沙量会逐渐降低。     

近期黄河潼关以上地区淤地坝拦沙量初步分析

进入21世纪以来,黄河泥沙显著减少,潼关水文站实测输沙量由1919—1959年的平均15.92亿t减少到2000—2012年的平均2.76亿t。黄河流域已建淤地坝58 099座,分布在黄土高原的千沟万壑,具有显著的拦沙减蚀作用。依据第一次全国水利普查、水利部淤地坝大检查等基础数据,初步分析了2000—2012年黄河潼关以上地区淤地坝拦沙减蚀作用。结果表明:(1)2000—2012年黄河潼关以上淤地坝年均拦沙减蚀量为4.50亿t,其中年均拦沙量为3.75亿t、减蚀量为0.75亿t。同期潼关以上地区5 520座骨干坝的年均拦沙减蚀量为2.05亿t,其中年均拦沙量为1.71亿t、减蚀量为0.34亿t;50 935座中小型淤地坝的年均拦沙减蚀量为2.45亿t,其中年均拦沙量为2.04亿t、减蚀量为0.41亿t。(2)淤地坝拦沙减蚀作用对2000—2012年黄河泥沙减少的贡献率为34%。     

黄土高原淤地坝及其坝系试验研究进展

修建淤地坝是黄土高原地区治理水土流失的一种行之有效的水土保持措施,为了使淤地坝在黄河流域生态保护和高质量发展中发挥更大的作用,开展淤地坝及其坝系试验研究尤为重要。对淤地坝及其坝系试验研究的有关情况进行了系统梳理,以期为今后淤地坝建设和进一步开展相关研究等提供参考。20世纪50年代以来,有关水土保持科研单位、行业管理单位、高等院校等针对淤地坝建设开展了大量卓有成效的试验研究工作,可将已开展的试验研究分为单坝试验研究和坝系试验研究,在单坝研究方面开展了淤地坝设计防洪标准、工程结构、最优坝体断面、"水坠法"和定向爆破法等筑坝技术、坝体分期加高、拦泥减蚀作用测算、淤地坝分类及运行管理、坝地防洪保收、盐碱化防治、坝地综合利用模式等研究,在坝系研究方面开展了以骨干坝布局、规模及建坝顺序为重点的坝系优化规划技术研究、坝系相对稳定条件研究、坝系结构级联研究、坝系监测技术研究及坝系安全运行评价研究等。提出了淤地坝及其坝系研究的学科定位、研究体系及急需开展研究的重大课题:淤地坝及其坝系研究属多学科交叉的综合性应用学科,淤地坝及其坝系研究体系可以分为基础理论、技术和管理三方面,当前急需开展拦沙和减蚀机理研究、水毁机理研究、筑坝新材料和新技术研究、监测预警预报技术研究、淤地坝病险加固技术研究、坝系水资源利用研究等。     

黄土高原地区淤地坝"淤满"情况及防治策略

淤地坝是黄土高原地区水土保持主要工程措施之一。基于2009年黄土高原淤地坝安全大检查数据和2011年第一次全国水利普查数据对淤地坝"淤满"情况的分析表明,20世纪90年代及以前修建的淤地坝,大多数已超过淤积年限,部分淤地坝已"淤满"。淤地坝"淤满"后,拦沙作用降到最低,但是淤积的坝地相当于水平梯田,客观上还能起到一定的减蚀和拦蓄径流泥沙作用;未设置溢洪道的"淤满"淤地坝,遇超标准洪水时存在严重的安全隐患,但单场暴雨洪水不会造成拦蓄泥沙(坝地)被"零存整取"。对于"淤满"的大中型淤地坝,可采取增设溢洪道、排洪渠、坝体铺盖防护材料等措施进行综合治理,确保淤地坝减蚀作用的持续发挥和坝地的持续有效利用;对于"淤满"的小型淤地坝,可比照小型水库报废、销号等方法,实行动态管理,在政策上探索报废退出机制,对报废的淤地坝按照基本农田进行管理。     

黄河中游近期水土保持工作的两个重点

要想快速减少入黄泥沙，黄河中游近期水土保持应注意两个重点，一个是治理的区域重点，即7．86万km^2的多沙粗沙区治理，另一个是措施重点，即沟道坝系建设，坝库工程不仅有直接拦泥作用，还有明显的间接减蚀作用，从岔巴沟资料分析看,坝库间接减蚀量占天然输沙量的6．0％－34．8％，平均为20．7％。     

论掺气减蚀

根据国内外大量的工程实例，对掺气减蚀作用、掺气减蚀风险、“龙抬头”式泄洪洞反弧的掺气减蚀问题，掺气槽的数量及掺气槽的布置方法进行了广阔的讨论，得到了几个实用性结论，供有关设计、科研人员参考。     

对“磨石沟流域库坝联合运用减淤效果调查”一文的讨论

在同一流域中,无论修建水库、淤地坝、拦泥坝(实际是大型淤地坝),都能起到拦截泥沙的作用。上游坝(或库)对下游的库(或坝)在一定时期内都有减淤的作用;在这些库或坝淤满以后都能变成上地或耕地,这是公认的事实。在陕北就有“未淤满之前为库,淤满以后为坝”的说法。为了保护电市水库不使其淤满,在其上游修了拦泥坝及淤地坝以拦截泥沙,或进行综合治理,     

岔巴沟流域水保措施减沙量分析

基于分布式水文模型、水文法以及水保法分别计算了岔巴沟流域水保措施的减沙量,计算结果表明:自20世纪70年代以来,水土保持措施减沙量随着时间的延续而呈下降趋势;四大水保措施减沙作用衰减的时效性比较明显;水文法计算结果优于水保法,其主要原因是水保法计算中未考虑坝地的间接减蚀作用。流域水保措施减沙量计算,为开展流域水土保持治理成果的定量分析提供科学依据。     

丰满溢流坝水流底层掺气减蚀原型试验报告

为了研究水流底层掺气减免气蚀的效果,为白山等高坝泄水建筑物提供安全可靠的减蚀措施,于1976年在丰满发电厂第九溢流坝段设置了半孔水流底层掺气挑坎及相应的观测设备,于1980年9月15日到22日进行了原型试验。本文介绍了这次试验情况,给出了通气管道的进气量、挑流掺气坝下游的空腔压力、坎后水舌落点附近的冲击压力、有关部位的掺气浓度以及掺气保护范围等资料。根据这些资料,对白山溢流坝通气减蚀设施的布置提出了建议。     

掺气减蚀研究的新方向

利用针式掺气流速仪测量掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大，0．2mm或0．5mm以下的微小气泡可能在掺气减蚀中起着主要作用，完善掺气检测仪器，加强掺气水流中气泡尺寸及其概率分布的观测，比较不同气泡尺寸的掺气减蚀作用，建立多级气泡尺寸的掺气水流数学模型，是今后掺气减蚀研究的新方向。     

台阶溢流坝过流掺气减蚀问题的研究

根据大朝山水电站表孔减压模型试验资料,结合原型观测有关资料,对台阶溢流坝掺气减蚀问题进行了分析研究。结果表明,利用表孔宽尾墩+台阶面的过流形式,可以解决台阶面大单宽过流掺气减蚀问题,台阶面水流近底掺气浓度最小在5%以上。高坝试验结果还表明,坝高增加20 m,台阶面水流掺气浓度沿程分布规律不变,即该掺气减蚀方法应用范围可推广至坝高131.0 m的台阶溢流坝。     

泄洪洞掺气减蚀探讨

泄洪洞掺气减蚀问题一直备受关注。文章以涝河水库泄洪洞为例,对V型掺气坎和U型掺气坎的水力特性进行1∶30模型试验,重点分析不同单宽流量下的掺气减蚀效果,并利用VOF模型进行了数值模拟分析。试验及模拟研究结果表明:V型掺气坎相对于U型掺气坎更为合理,其具有更长和稳定的掺气空腔以及更大通风井负压、射流冲击压力,水中的掺气浓度也较大,同时空腔内的积水较浅;而通过数值模拟结果显示,V型坎在不同工况下能够保证水流经过其后具有均匀的流速场和压力场,表明掺气减蚀作用明显。     

河龙区间水土保持措施减水减沙效益分析

河龙区间水土保持措施减水减沙效益分析研究采用了“水文法”和“水保法”两种分析计算方法。“水保法”是分析研究的重点。在分析计算中，采用了１９９６ 年土地变更资料和１９９０ 年土地详查资料，并采用二阶等距抽样调查方法核实河龙区间水保措施保存面积；水保坡面措施减洪减沙效益计算采用“串联法”和“并联法”两种方法平行研究，注重了坡面与沟道、洪水与泥沙的有机联系；在计算淤地坝拦泥量的基础上，将淤地坝分为淤平坝地和正在拦洪时期坝地两部分，分别计算其减洪量，并计算了淤地坝减蚀量；水库、灌溉减水减沙量的计算分为减洪水与减常水、减洪沙与减常沙两部分。此外，还考虑了河龙区间工业、生活用水和人类活动增洪增沙对河流水沙变化的影响，尤其是人类活动增洪增沙计算，绝大多数支流采用的是实际典型调查值，增洪增沙指标比较可靠。“水保法”计算结果表明：７０ 年代河龙区间２１ 条有控支流水利水保措施及人类活动等年均减洪４ ．１７７ ～４ ．２５８ 亿ｍ ３ ，年均减洪沙１ ．７２０～１ ．７７５ 亿ｔ ；８０ 年代年均减洪４ ．１４８ ～４ ．２９２ 亿ｍ ３ ，年均减洪沙１ ．６４４ ～１ ．６４５ 亿ｔ；９０ 年代年均减洪４ ．８０５ ～５ ．３８０ 亿ｍ ３ ，年均减洪沙２     

黄河中游地区梯田减洪减沙作用分析

梯田是黄河中游地区水上保持三大坡面治理措施之一，具有明显的减洪减沙作用。对黄河中游河中镇-龙门区间及泾河、北洛河、渭河流域梯田的保存率、保存面积、质量分级标准、减洪指标体系及梯田的减洪减沙作用等的研究表明：1970～1996年，河中镇-龙门区间梯田年均减洪减沙量分别为3290万m^3和1180万t，分别占水土保持措施(梯、林、草、坝)减洪减沙总量的9．2％和7．9％；泾河流域梯田年均减洪减沙毓分别为1250万m^3和1200万t，分别占26．1％和32．6％；北洛河流域梯田年均减洪减沙量分别为530万m^3和340万t，分别占17．3%和21．6％；渭河流域梯田年均减洪减沙量分别为6620万m^3和1265万t，分别占60．7％和58．0％。据此对黄河中游地区今后的梯田建设提出两点建议：①梯田建设要“少而精”、淤地坝可以拦蓄坡而治理措施见效之前的泥沙，但不能一劳水逸：既要实施淤地坝建设工程，也不能放松坡面治理。②黄河中游地区当前应以淤地坝建设为重点，同时必须加强坡面治理，只有合理配置梯田、林、草等坡面治理措施，才能达到既治标又治本的目标。     

黄河中游多沙粗沙区淤地坝拦减粗泥沙分析

本文对地处黄河中游多沙粗沙区的河口镇至龙门区间（简称河龙区间）及四大典型支流皇甫川、窟野河、无定河和三川河流域淤地坝拦减粗泥沙效果进行了深入分析，计算了不同年代淤地坝拦减粗泥沙量。通过分析实施淤地坝等水土保持措施前后泥沙粒径的变化、淤地坝配置比例与减沙比例关系的变化后认为：淤地坝是快速减少入黄粗泥沙的首选工程措施和第一道防线，具有明显的“拦粗排细”功能。只要河龙区间坝地的配置比例保持在2%左右，其减沙比例即可达到45%以上。当四大典型支流淤地坝配置比例平均达到2.5%时，淤地坝减沙比例平均可以达到60%。因此，为有效、快速地减少入黄泥沙尤其是粗泥沙，河龙区间水土保持措施应采用以淤地坝为主的工程措施与坡面措施相结合的综合配置模式。淤地坝的配置比例应保持在2%以上。减少黄河粗泥沙的重点支流应首选窟野河和皇甫川。     

掺气减蚀保护作用的新概念

利用针式掺气流速仪测量原型和模型掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大。初步研究认为：0.2mm或0.5mm以下的微小气泡在掺气减蚀中起着主要作用，可能只要很小掺气浓度即可达到掺气减蚀的效果。因此以小尺寸气泡的掺气浓度，作为判断掺气减蚀保护作用的指标将更为准确。     

泄水建筑物通气减蚀设施的设计与应用

60～70年代,不少国家已开始将通气减蚀这一新技术应用于工程实践。我国自1976年首次将通气减蚀设施应用于冯家山水库溢洪洞以来,至今已建、在建的通气减蚀设施约有20个,占世界总数的1/4左右。实践证明,通气减蚀技术的应用,为解决泄水建筑物防空蚀问题开辟了一条新途径,收到了较好的效果。本文在收集研究国内外80多个通气设施的科研、设计、运行资料的基础上,着重对通气设施的类型、设计的基本要求、体型尺寸选择、水力指标的估算及模型试验等方面进行介绍,供有关人员参考。