加快黄土高原淤地坝除险加固工程存在的问题及解决措施

王成立 宁夏固原市原州区水务局水土保持工作站

修建在黄土高原的淤地坝需要不定期进行险情排除和加固，在保证正常运转的同时也促进了所在地的各类产业进步。这是目前保沙效果最理想的坝系设计，有着极强的不可替代性。然而，淤地坝随着时间的流逝逐渐落后于当下的保沙标准，也无法通过历史的考验。即使定期维修，也无法扭转淤地坝逐渐老化的事实，汛期就是它所面临的最大挑战之一。淤地坝根据所在位置和规模的不同，通常分为三种类型，分别为骨干型、病险型和中型。其中病险型淤地坝所处环境最为苛刻，各种问题层出不穷，存在着巨大的安全隐患。一旦险情去除和加固工作不到位，就有可能出现决堤的风险，从而对当地居民生活和农作物生产形成极大威胁。

一、黄土高原淤地坝的发展历程

黄土高原是目前地球已知地形地貌中占地面积最广的黄土地带，覆盖中国七大省区，占地面积相当可观，高原和平原是其最常见的地貌特征，所在气候区类型为干旱型大陆性季风气候，因此拥有着不利于植物生长的生态环境，也就导致水土流失现象严重。但恶劣的生态环境也为我国的化工和能源产业提供了发展机会。土壤颗粒直径小且均匀，较松软，透水透气性能极佳，松散不易板结，土质分布广泛纵深，矿物质丰富，不仅有利农作物生长，还为淤地坝的建设提供了良好原材料。悠久的农耕历史孕育了源远流长的黄土文化，为农业生产积累了宝贵经验，助力当地人民致富奔小康。黄土高原多沟壑的特殊地形也使水土流失成为当地经济发展的重大障碍，因此淤地坝的建设就显得尤为重要，利用治沟工程改善丘陵沟壑所带来的负面影响，助力高原地区经济建设平稳发展。

我国几十年前就已经有了建设淤地坝的资料。经过查阅分析《黄土高原地区水土保持淤地坝规划》[1]，截至2020年，目前在黄土高原地区建设的淤地坝数将超过十六万座，其中骨干坝数量占据了将近五分之一的比重，超过三万座。这些淤地坝将以骨干坝为骨架，以中小型水利工程为单元，以小型淤地坝为配合形式，建立具有“排水、拦截和蓄水”功效于一体的沟道体系坝，以提高生态保护功效，并帮助地方政府形成大规模效率收益[2]。

二、病险淤地坝的类型

淤地坝常见的危险情况有两种类型：一种是大坝本身的危险，如大坝裂缝、出现冲沟、陷洞、决口、坡脚渗漏、滑坡、蓄洪容量偏低等情况，卧管部分破坏或大面积受损、涵管尾水部分损坏或断裂、陡坡处的出口和明渠遭到损坏、溢洪道受损、重点排水结构周边出现山体滑坡等也是常见险情。另一种则是外部危险，常出现在连环坝和三种类型的危险坝上。小型河流坝系工程的建设环节，通常在滞洪设计中出现片面，如连环坝中防洪工程中，上下游坝的建设仅将控制流域的汛期水流量考虑在内，但当上游大坝的泥沙库容高于设计值时，上游和下游的淤地坝则都成了险坝。人员密集的学校、工厂、主干线和居住区都在三类病险淤地坝的下游区域，一旦出现溃堤，将为人民的生命财产带来极大威胁

三、加快淤地坝除险加固工程的意义

淤地坝能够起到遏制黄土高原水土流失的作用，为退耕还林成果的巩固以及生态环境的改善做出了巨大贡献。目前，消除和加强危险流域大中型水库工作已基本完成，但事实上，大多数淤地坝需要在汛期蓄水拦截沉积物，这与小型水库的作用十分相似。由于淤地坝在修建过程中与小型水库建设方式仍有出入，工程量不足、投资太小、施工标准低，这些都导致了淤地坝实际施工成效的差强人意，并且后期除险维护管理工作的缺位，使得淤地坝拦阻流失水土的功能大大降低。部分淤地坝施工早、设计差、工程质量低、坝体设施差、病险坝占比大，急需采取风险处置措施。大部分淤地坝为当地人民自发修建，缺乏专业建设工艺和后期管理方法，坝体密实度低，塌陷裂缝多见，施工质量不高。常见的问题包括以下类型：首先部分淤地坝选址不合理，下游地区存在居民区、主干道和电信设施，汛期面临较大压力，承担极大责任；其次相比于水库、江河流域，各级政府均缺乏对淤地坝运转情况检测的认识，无法准确评估问题出现带来的严重影响，缺乏具体的应急预案，应急物资配备不足，应急小组未组建等；再次无法实现常态化管理防护。坝体施工水平低，坝体薄，坝体斜坡角度过大且坝体高度不足；个别地方没有设置溢洪道，防洪及泄洪能力欠缺；坝体相关排水管破裂、出现裂缝；淤地坝堰体未覆盖，斜坡坍塌，淤塞；最后防汛压力大。日常管理防护经费短缺，使淤地坝管护工作难以落实，即使有些坝体出现损坏也难以第一时间维修，安全隐患逐渐加剧。一旦汛期来临，可能带来难以估量的后果。目前，小型水库除险加固工作被提上了国家水利会议的议程，希望国家在加强小水体水库安全的计划中列入淤地坝的管护工作，并推动顺利组织实施，确保其正常运行。截至目前，大中小水库的加固工作已基本完成，小型水库的相关工作也将进一步开展[3]。

四、在进行淤地坝除险加固过程中遇到的常见问题

在加强淤地坝除险加固工程所采取的措施中，除了兴建个别设有壕沟的淤地坝外，还包括小型集水区大坝的建设，重要的是要制定淤地坝科学合理的设计标准，为了最大化现有资源的利用率布置泄洪道，高效运用当下工程库容和坝体高度，有效计算坝系泄洪和调洪量，是思考如何帮助淤地坝除险、提高防洪效率的重要课题。

（一）设计方面存在的问题

在任何建筑工程中，设计都占据着重要地位，淤地坝不同于常见的建筑物的设计标准，需要参考的内外部环境因素众多，不能够掉以轻心。但纵观当下淤地坝建设流程，不难看出，许多大坝并没有严格按照标准进行选址，也没有对坝体坡度进行稳定性分析，导致坡度并不能提供安全保障，经济投入较大的偏缓也存在着诸多问题，更别说结合当地情况进行淤地坝可行设计了。

（二）坝体裂缝的形成

坝体裂缝常见横向和纵向两种类型。在水的作用下迎水坡常出现纵向裂缝，淤地坝间则常出现横向裂缝，由于在淤地坝运行过程中检测淤地坝裂缝需再次进行经济投入，因此常被人为忽视，无法第一时间发现和修复，存在极大安全隐患。

（三）淤地坝施工技术和标准低下

淤地坝多为黄土高原地区人民自行修建，缺乏相关建设技术，施工标准低，各类隐患凸显，因此施工质量难以保证。如果后期使用中缺乏常态检测修复，便不能保证淤地坝发挥应有作用。

（四）淤地坝在运行过程中体现经济效益低下

新增淤地坝投入成本，既不能有效利用现有的大坝资源，又缺乏维护资金，导致日常运行和维护不到位，问题加剧，大规模建设也会有损水源。抗洪力度不够，淤地坝险情无法及时排除，导致经济收益难以见到。

五、淤地坝除险加固所采取的措施和方法

（一）淤地坝大坝加高技术

大坝高度的适当增加将大大提高蓄水能力，加强防汛能力。淤地坝淤泥灌注后应从当下出发，考虑到长远的生产需求。一般地，坝地在用于耕种时并不进行蓄水作业，可以通过全面规划进行设计，确定标准坝高，分期进行坝体高度的提升。坝前加高可以显著减少施工压力。根据拦泥量和蓄洪容积要求设计，用于制动和延迟洪水。在实践中确定了土坝的三种抬高方法，即骑马式、坝前式和后抬式。提升方式在碾压和水力两种方法中任选其一。沙性粉质土壤透水性能强且容易固结，当坝前为这种土壤时可以不覆盖重质体。另一方面，当坝前土粘粒含量超过百分之二十，渗水性能偏低且较松散，就需要对重质土体的厚度和长度进行合理设计。如果地形条件不适合从坝前的储水处增加高度，那么就必须安装盖重体并对防滑稳定性能进行计算，也可采用骑马式或利用坝后进行贴坡，但由于大坝的高度有限，贴坡需要大量的土方投入，经济效能差，而骑马式则利用老坡体作为平稳过渡，在旧大坝基础上提高，这就需要分析新旧坝的接触面和旧坝表面的防滑性能[4]。

（二）淤地坝排水系统的建设

黄土高原土壤较松散，在流水的长期侵蚀下就容易形成侵蚀沟。传统耕种方法是绕开侵蚀沟，用植物覆盖的方式对沟体进行填充，避免水流集中造成侵蚀情况进一步恶化。淤地坝不仅防止水土流失，农作物生长所需养分也是由它提供，可以将不适宜耕种的土地转化为良田。只有后续跟上科学的防护手段，才能保证在洪峰过境后仍然保证农作物不受到较大损伤，因此淤地坝增减排水系统是不可忽视的。

（三）对淤地坝溢洪道进行加固

在中型和大型淤地坝附近生活的居民，雨季期间可能随时都生活在坍塌、泥石流和洪水的威胁之下，基于此，必须特别注意加强溢漏，修建泄洪道，提高水土综合治理能力。相关部门也应进一步提升居民的安全意识，及时向有关部门报告问题，提高问题解决效率，确保淤地坝发挥出最大作用。

如果土地条件允许可以追加投资，减少在建工程受到的限制。如果土壤和地质条件能够保证开挖量较小，则可通过少量开挖工作延长拓宽原有泄洪道。也可考虑在投资较少的情况下增加泄洪道，但泄洪流量不宜过量增加，以免增加下游河流的负荷。在不降低堰顶上升的情况下提高防洪标准也是增加泄洪量、提升防洪能力的有力措施。例如，相比于易出现问题的坝体单纯加高，可以考虑将坝体加高与增设泄洪道相结合的方式。进行库区移民或进行其他建筑物的重建是更加稳妥的方法。既能提高淤地坝防洪能力，又无须增加泄洪道。

此外，泄洪道的设计要保证其出口处远离坝体。如过于靠近坝体，水流较急会引发严重的共振现象，原有的砌护厚度和高度都无法保证坝体结构的稳定性，会导致泄洪道的剧烈振动。一些泄洪道采用低质量砂浆或混凝土砌体进行保护，也会严重影响整体工程质量。如果输入段未得到有效保护，底部缺乏反滤排水系统，则极易坍塌。由于水流在曲线流态和流势中易出现剧烈变化，很容易造成两侧水面的差异，泄洪中冲蚀现象严重，当泄洪道出现曲线时，凹岸的水面受阻，下游衔接处会产生折冲水流，这显著降低了泄洪道的泄流能力[5]。

六、结束语

淤地坝可以在水土流失严重的任何地形地貌中起到良好作用，为改善人民生活品质、增加粮食产量和减少洪涝灾害创造了极大价值，显著提高了经济效益，是值得长期关注的民生工程。通过对淤地坝工程的分析判断，在可持续发展的政策下，也能够提高生态效益。在修筑农田、生态恢复的同时，淤地坝也可以提升社会效益，成为黄土高原的靓丽风景。