摘要：小流域溝道壩系建設是黃河中游多沙粗沙區水土保持生態(tài)建設的重點(diǎn)工程。壩系相對穩定理論的研究對今后搞好相對穩定壩系規劃與建設具有十分重要的意義。通過(guò)對壩系相對穩定理論的研究，并結合正在開(kāi)展的黃河中游地區15條壩系可行性研究報告編制的實(shí)踐，提出了壩系相對穩定的內涵、壩系與相對穩定壩系的區別以及不同類(lèi)型區壩系相對穩定系數的取值范圍關(guān)鍵詞：壩系 相對 穩定系數 研究

　　一、壩系與壩系相對穩定的概念及內涵

　　1.壩系

　　壩系是指小流域溝道中由骨干壩、生產(chǎn)壩、塘壩等小多成群的壩群所組成的相互配合的工程體系。在壩系中，不同類(lèi)型的單壩所起的作用不同，對壩系防洪攔泥起控制作用的壩稱(chēng)為骨干壩（或治溝骨干工程），以攔泥淤地、發(fā)展生產(chǎn)為主要目的的壩稱(chēng)為生產(chǎn)壩（或淤地壩），以蓄水、灌溉為主要目的的壩稱(chēng)為塘壩（或小水庫）。受投資、自然條件等因素的限制，單壩的防洪保收、攔泥滯洪、防御洪水的能力較低，易造成工程損壞。而在壩系中，由于布設了控制性骨干工程，各壩按照分工要求聯(lián)合運用，大大提高了小流域溝道工程的防洪保收、抗御自然災害的能力。

　　2.壩系相對穩定的概念

　　所謂壩系相對穩定，是指小流域壩系工程建設總體上達到一定規模，通過(guò)治溝骨干工程、淤地壩和塘壩群的聯(lián)合調洪、攔泥和蓄水，使小流域洪水泥沙得到充分利用，在較大暴雨（200年一遇）洪水條件下，壩系中的治溝骨干工程的安全可以得到保證；在較小暴雨（10年一遇）洪水條件下，壩地作物可以保收；壩地年平均淤積厚度小于30cm，需要加高的壩體工程量相當于基本農田歲修的單位工程量。壩系來(lái)水來(lái)沙與壩體加高達到一種相對穩定的狀態(tài)，壩系可實(shí)現持續安全和高效利用。

　　在壩系相對穩定研究中，把小流域壩系中淤地面積與壩系控制面積的比值稱(chēng)為壩系相對穩定系數。

　　3.壩系相對穩定的內涵

　　從壩系相對穩定的概念出發(fā)，對于一條小流域溝道壩系工程，要達到壩系相對穩定，必須同時(shí)滿(mǎn)足以下條件：

　�。�1）壩系安全條件。即保證壩系在一定設防標準洪水下安全運行的條件。壩系的防洪安全是由壩系中的治溝骨干工程承擔的。因此壩系的安全標準取決于壩系中治溝骨干工程的校核洪水標準。按現行的《水土保持治溝骨干工程暫行技術(shù)規范SD175－186》，治溝骨干工程的校核洪水標準，庫容在50萬(wàn)～100萬(wàn)m3的工程為200年一遇～300年一遇洪水，庫容在100萬(wàn)～500萬(wàn)m3的工程為300年一遇～500年一遇洪水。所以，壩系的防洪安全條件最低為200年一遇洪水。也就是說(shuō)，壩系達到設計淤積高度后，流域中起控制作用的各治溝骨干工程的滯洪庫容大于相應的校核洪水總量。

　�。�2）壩系保收條件。即壩系在設計保收暴雨（10年一遇）洪水作用下，能夠保證壩地作物安全生長(cháng)而不被洪水淹死的最低條件。也就是說(shuō)，壩系達到設計淤積高度后，壩系在設計保收洪水作用下，壩地淹水深度小于作物最大耐淹深度。根據黃河中游地區黃土丘陵溝壑區第一副區的調查結果，壩地最大積水深度小于70cm、且壩地內清水通過(guò)放水建筑物在3天內排完時(shí)，壩地農作物仍能高產(chǎn)穩產(chǎn)。

　�。�3）壩系加高工程量條件。即壩系中壩體年平均加高的工程量相當于農田基建的單位工程量。壩系達到相對穩定時(shí)，壩地還在淤積，當壩地的平均淤積厚度小于30cm時(shí)，壩系中各單壩每年需要加高壩體的工程量相當于一般基本農田的單位維修量，群眾可以自己加高維護，不需要列入基本建設項目，從而實(shí)現流域水沙的相對平衡和壩系工程的可持續利用。

　�。�4）壩系控制洪水泥沙的條件。即壩系中的治溝骨干工程對小流域洪水泥沙的控制條件。當發(fā)生一般洪水時(shí)，泥沙淤積壩地，清水排泄；當發(fā)生壩系設防標準洪水時(shí)，洪水被攔截在骨干壩中，使泥沙不出溝。因此，喪失滯洪和攔沙能力的壩系�煵荒芊Q(chēng)之為相對穩定的壩系。

　　4.壩系與相對穩定壩系的區別

　�。�1）壩系涵蓋了相對穩定壩系，相對穩定是壩系發(fā)展的更高階段。

　�。�2）壩系在設防標準內允許洪水泥沙排泄到系統之外，而相對穩定壩系在設防標準內可以將清水排出系統之外，不允許將洪水泥沙排泄到系統之外。

　�。�3）壩系中各壩的相關(guān)性是通過(guò)壩系下游保護對象的安全生產(chǎn)或維持性運行來(lái)聯(lián)系的，而相對穩定壩系中各壩的相關(guān)性是通過(guò)壩系下游保護對象的滯洪攔泥或可持續發(fā)展能力來(lái)聯(lián)系的。

　�。�4）只有相對穩定壩系才能夠適用于壩系相對穩定理論的方法進(jìn)行壩系規劃和相對穩定程度評價(jià)。

　　二、不同類(lèi)型區壩系相對穩定系數的取值范圍

　　1.洪量模數對壩系相對穩定系數的影響

　　洪量模數對壩系相對穩定系數的影響主要表現在同一防洪保收標準條件下，不同地區洪量模數（即單位面積產(chǎn)生的洪水量）差別較大，對壩地作物的淹水深度差別也較大。如果作物的最大淹水深度一定，則洪量模數大的地區，作物保收要求的相對穩定系數要大一些。不同地區、不同防洪保收標準條件下，作物最大淹水深度為70cm時(shí)，壩系防洪保收的相對穩定系數見(jiàn)表1.

　　由表1可知，10年一遇洪水的洪量模數在1.8萬(wàn)～4.8萬(wàn)m3／km2之間，滿(mǎn)足防洪保收相應的壩系相對穩定系數在1／39～1／15之間�？梢�(jiàn)，同樣的防洪保收標準，同樣的作物耐淹深度，由于不同地區的洪量模數不同，其要求的壩系相對穩定系數差別也不同，相差在1倍以上。

　　2.侵蝕模數對壩系相對穩定系數的影響

　　侵蝕模數對壩系相對穩定系數的影響主要表現在不同地區土壤侵蝕模數差別較大，導致壩地年平均淤積厚度差別也較大。如果年淤積厚度一定，則侵蝕模數大的地區，要求的相對穩定系數要大一些。不同地區不同淤積厚度時(shí)，壩系加高工程量要求的相對穩定系數見(jiàn)表1.

　　由表1可知，土壤侵蝕模數在5000～18000t／a·km2之間時(shí)，滿(mǎn)足壩系加高工程量相應的壩系相對穩定系數在1／78～1／22之間�？梢�(jiàn)，同樣的加高工程量，由于不同地區的土壤侵蝕模數不同，其要求的壩系相對穩定系數差別很大。目前治溝骨干工程分布范圍的土壤侵蝕模數在5000t／a·km2以上，局部地區土壤侵蝕模數高達30000～40000t／a·km2，滿(mǎn)足壩體加高工程量相應的壩系相對穩定系數為1／13～1／10.

　　3.不同類(lèi)型區壩系相對穩定系數的取值范圍

　　從黃河中游地區15條壩系統計分析我們可以看出：

　　在強度侵蝕區，壩系相對穩定的制約因素是防洪保收洪水的洪量模數，由于土壤侵蝕模數小，容易滿(mǎn)足年淤積厚度30cm的要求，壩系相對穩定系數完全由洪量模數控制。壩系相對穩定系數為1／40～1／18.

　　在極強度侵蝕區，一般在侵蝕模數小于13000t／a·km2的地區，壩系相對穩定系數仍由洪量模數控制；在侵蝕模數大于13000t／a·km2的地區，壩系相對穩定系數則由土壤侵蝕模數控制。壩系相對穩定系數為1／39～1／15.

　　在劇烈侵蝕區，土壤侵蝕模數成為制約壩系相對穩定的決定因素。壩系相對穩定系數為1／26～1／10.

　　三、結 論

　　1.壩系的安全條件

　　壩系防洪標準取決于壩系中治溝骨干工程單壩的最低校核洪水標準。壩系的安全條件只與壩系中起控制作用的治溝骨干工程的滯洪能力有關(guān)，與壩系相對穩定系數的大小無(wú)關(guān)。即壩系的防洪安全指標應用壩系中的治溝骨干工程校核洪水標準來(lái)檢驗，而不能用壩系相對穩定系數來(lái)判斷。

　　2.壩系的保收條件與加高工程量條件

　　壩系的保收條件與加高工程量條件與壩系相對穩定系數密切相關(guān)。壩系相對穩定系數的大小，取決于溝道壩系所在小流域的10年一遇洪水的洪量模數與土壤侵蝕模數的大小。

　　3.不同類(lèi)型區壩系相對穩定系數的臨界值

　　一般來(lái)說(shuō)，強度、極強度和劇烈侵蝕區壩系相對穩定系數的臨界值分別在1/40～1/18、1/39～1/15和1/26～1/10.

　　4.壩系控制洪水泥沙的條件

　　壩系相對穩定理論是建立在壩系對小流域洪水泥沙全面控制的基礎上，如果壩系失去對小流域洪水泥沙的控制作用，則不能用壩系相對穩定理論對壩系的相對穩定程度進(jìn)行評價(jià)�？梢詫υ瓑蜗颠M(jìn)行適當分解后，在壩系中對洪水泥沙有控制作用的單元內進(jìn)行分析評價(jià)。