淤地壩系潰壩機理與防洪風險評價研究.pdf

1、黃土高原嚴重的水土流失導致當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境不斷惡化并制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展。淤地壩是一種既能攔截泥沙、保持水上，又能淤地造田、增產(chǎn)糧食，具有多種綜合作用的重要水土保持工程措施，但淤地壩潰壩及其產(chǎn)生的洪水災害在不斷增加。本論文結(jié)合水利部公益性行業(yè)專項“小流域淤地壩系防洪風險評價技術(shù)”，以黃土高原王茂溝流域為研究對象，采用現(xiàn)場調(diào)查、資料收集、野外采樣、室內(nèi)試驗和模擬計算等方法，對淤地壩系潰壩機理與防洪風險評價進行了研究。主要結(jié)論如下：

2、r>　　(1)對比研究了王茂溝流域不同土地利用下的土壤入滲特征。王茂溝流域不同土地利用下的土壤初始入滲率介于4．00～5．25mm/min之間，土壤入滲率大小依次為：林地<壩地<坡耕地<梯田<草地。
　　(2)對王茂溝流域淤地壩系典型暴雨洪水及壩前水深進行了模擬計算與驗證。根據(jù)王茂溝流域2012年“7．15”暴雨洪水過程，王茂溝1＃號壩實測渾水總量118316m3，輸沙總量27234t，使用數(shù)理統(tǒng)計法和推理公式法得到的渾水總量模擬

3、值為118082m3，輸沙總量模擬值為22038t，相對誤差分別為0．2％和19．1％。同時，流域內(nèi)關(guān)地溝1號＃壩、死地嘴1＃壩、王塔溝1＃和王茂溝2＃壩四座淤地壩實測和模擬壩前最高水位的相對誤差均較小，模型模擬精度較高。
　　(3)模擬計算了不同情景下王茂溝流域土壤侵蝕量和洪水過程及壩系漫頂潰壩特征。退耕條件下和水土保持容量條件下土壤侵蝕量比現(xiàn)狀條件下分別減小了38％和66％。三種情景下的清水總量變化不明顯，而退耕條件下和水土保

4、持措施容量條件下渾水總量分別比現(xiàn)狀條件下減小8％和22％。王茂溝流域淤地壩現(xiàn)狀年和預測年(2022年、2032年、2042年)的潰壩數(shù)量隨暴雨重現(xiàn)期的增大而增多。而在現(xiàn)狀條件下、退耕條件下以及水土保持措施容量條件下，潰壩數(shù)量呈明顯遞減趨勢。說明隨著坡面治理程度的增加對流域水沙過程產(chǎn)生明顯影響，流域淤地壩系安全性明顯提高，因此，黃土高原小流域治理應堅持溝坡兼治原則。
　　(4)模擬了不同情景下淤地壩滲流及安全穩(wěn)定性。關(guān)地溝1＃壩在“

5、7．15”暴雨積水工況下，當積水深度達到3．71m時淤地壩壩體的安全系數(shù)為1．250，淤地壩處于臨穩(wěn)狀態(tài)；埝堰溝2＃壩積水深度到達0．61m時淤地壩壩體的安全系數(shù)為2．396，淤地壩處于穩(wěn)定狀態(tài)。壩體削減后，關(guān)地溝1＃壩安全系數(shù)為1．168，淤地壩處于失穩(wěn)狀態(tài)。埝堰溝2＃安全系數(shù)為2．319，淤地壩處于穩(wěn)定狀態(tài)。三種水保措施治理情景下，上述2座淤地壩均處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(5)建立了淤地壩系防洪風險評價指標體系，并對王茂溝流域各淤

6、地壩和淤地壩系防洪風險進行定量評價。結(jié)合淤地壩前水位計算成果，運用層次分析法對各指標權(quán)重進行計算。結(jié)果表明，在三十年一遇和百年一遇暴雨情況下，王茂溝流域大部分淤地壩都是處于一般危險或者危險狀態(tài)，兩座骨干壩王茂溝1＃壩和王茂溝2＃壩均是處于基本安全狀態(tài)。結(jié)合王茂溝流域淤地壩系單元劃分結(jié)果，對王茂溝流域淤地壩系進行壩系單元防洪風險評價，結(jié)果表明，中小型淤地壩系單元的防洪風險值較高，而具有骨干壩的王茂溝2號單元和王茂溝全流域防洪風險評價值較低