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极端暴雨条件下黄土高原淤地坝损毁情况:以岔巴沟流域为例

发布于:2023-07-04 10:55:04 来自:水利工程/水土保持 [复制转发]
研究背景

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淤地坝是具有降低水流流速、拦截洪水和泥沙、改善沟坡稳定性、减少下游输沙、限制河道侵蚀、增加农业生产农田的重要工程措施。然而,淤地坝由于设计标准低以及缺少维护,一些淤地坝出现了损坏或毁坏,这将增大极端暴雨对淤地坝的危害性。

2017 7 25 16:00 26 8:00 ,陕西省榆林市发生特大暴雨。这是该地区自 1949 年安装雨量计以来最大的一次暴雨,这次暴雨引发了超过无定河和大理河已有记录的洪水,这次洪水造成了流域内严重的经济损失和基础设施的破坏。

调查淤地坝经历暴雨洪水后的实际受损情况,对于分析淤地坝受暴雨的影响和淤地坝受损模式具有重要意义,也有助于提出合理的改善措施。


研究区域

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调查地点为榆林市的岔巴沟小流域 (109.5°-110.1° E, 37.5°-37.8° N) ,该流域是大理河流域的主要支流,面积为 205 km 2 (平均宽度 7.8 km ,沟道长度 26.5 km ),其出口站草坪站的集水面积为 187 km 2

该地区为干旱半干旱气候,降雨量相对较少(年平均降雨量约 480 mm ),并且降水的年内变化大,其中 81% 的降雨集中在 6-9 月,主要是历时短、强度高的暴雨。

1 岔巴沟流域


研究方法

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调查于 2017 8 27 日至 9 8 日、 10 15 日至 28 日进行,主要记录了各个淤地坝的大小和组成,包括溢洪道、卧管、竖井和涵洞。

淤地坝的坝控面积、坝体长度、上游高度、下游高度和坝顶宽度分别为 0.51-127 km 2 2.8-88 m 0-12.9 m 0.48-30 m 0.15-23.6 m ,坝体上下游边坡上的土地利用方式为草地、灌丛、农田和裸地,坝顶则为草地、灌丛、农田、裸地和道路,其调查情况如表 1 和表 2 所示。


1 淤地坝统计资料

2 淤地坝坝高情况


根据调查得到的淤地坝损坏情况,将其分为三类:完好的、损坏的和毁坏的。毁坏的是指洪水在坝体上制造了一个开口或涵洞(图 2 )。损坏是指( 1 )坝体完好,但是上游边坡、下游边坡或坝顶出现了严重沟蚀或塌方(图 3 );或( 2 )淤地坝的放水建筑物或溢洪道受损。同时记录了损坏或毁坏的淤地坝受损状况,以及每个淤地坝的土地利用类型。



2 毁坏淤地坝的受损状况

3 损坏淤地坝的受损状况


研究结果

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1.   淤地坝受损情况

如图 4 所示,完好的淤地坝有 155 座,损坏的有 53 座,毁坏的 364 座,分别占总数的 27.1% 9.3% 63.6% 。其中淤地坝高度小于 1 m 的最容易被损坏或破坏,分别占损坏坝的 67.9% 和毁坏坝的 51.9% ;而损坏的淤地坝和毁坏的淤地坝中坝高小于 2 m 的分别占 86.8% 89.0%

如表 3 所示,淤地坝以开口或涵洞的方式被破坏。坝体开口宽度为 0.6-23.3 m (平均 1.7 m ),其深度范围在 0.4-5.5 m 之间(平均为 2 m )。大多数因开口被破坏的淤地坝高度在 4 m 以下,而大多数因涵洞而被破坏的淤地坝高度在 3 m 以下。

4 淤地坝受损情况


3 毁坏淤地坝的受损情况


2.   淤地坝受损原因

a)   设计标准低

调查结果表明,岔巴沟流域的淤地坝多为小型的生产性坝,目的是淤地造田。这些淤地坝传统的设计洪水重现期为 10-20 年,校正重现期为 30 年一次,设计淤积年限为 5 年。岔巴沟流域的淤地坝大多是在 20 世纪六七十年代建造的,许多坝体经过 40-50 年的运行很多都充满了淤积物。因此,淤地坝实际的防洪能力远远小于设计标准。

b)   排水能力差

在本研究中,只有 34 座淤地坝有溢洪道,其中 75% 的淤地坝保持完好, 15% 的淤地坝被损坏, 10% 的淤地坝被毁坏。然而,在没有溢洪道的淤地坝中, 23.5% 的淤地坝保持完好, 8.8% 的淤地坝被损坏,高达 67.7% 的坝被毁坏,如图 5 所示。

5 溢洪道对坝体安全的影响


c)         坝体处土地利用方式不当

在被损坏和毁坏的淤地坝中,农田和裸地所占比例均大于草丛和灌木,而农田和裸地的抗冲刷能力普遍较差,易造成细沟侵蚀、浅沟侵蚀,导致淤地坝稳定性较差。

6 土地利用方式对坝体安全的影响


研究结论

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2017 7 25 日和 26 “7.26” 暴雨期间,研究区域内的淤地坝遭受严重破坏, 分别有 9.3% 63.6% 遭到损坏及毁坏。造成所调查淤地坝破坏的主要原因是此次超常暴雨,以及淤地坝自身的设计标准低、缺乏溢洪道、排水能力差、坝体土地利用不当等。

本次调查结果表明,需要提高淤地坝的设计标准,并且淤地坝在设计和建设时应当设置泄洪道、放水建筑物,以增加泄洪能力,减少对淤地坝的破坏。此外,应定期维修清理溢洪道及放水建筑物,以确保其泄洪能力。由于坝体上的农田和裸地会降低坝体的稳定性和抗冲刷能力,而天然的草地和灌木则是保护坝体稳定性和抗洪能力的更好选择。


编者观点

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这篇文章通过调查陕西榆林 “7.26” 暴雨洪水后岔巴沟流域淤地坝的实际破坏情况,分析了极端暴雨对淤地坝的影响及淤地坝破坏模式与原因,并提出了相应的改善措施,为今后黄土高原地区淤地坝的建设与管理提供了一些科学依据。



编者简介

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赵玉龙,西北农林科技大学,水土保持与荒漠化防治专业。


参考文献

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Yang Y, Fu S, Liu B, et al. Damage of check dams by extreme rainstorms on the Chinese Loess Plateau: A case study in the Chabagou watershed[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 75(6): 746-754.

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