淤地坝系溃坝机理与防洪风险评价研究

摘要

黄土高原严重的水土流失导致当地生态环境不断恶化并制约着农业生产和社会经济发展。淤地坝是一种既能拦截泥沙、保持水上，又能淤地造田、增产粮食，具有多种综合作用的重要水土保持工程措施，但淤地坝溃坝及其产生的洪水灾害在不断增加。本论文结合水利部公益性行业专项“小流域淤地坝系防洪风险评价技术”，以黄土高原王茂沟流域为研究对象，采用现场调查、资料收集、野外采样、室内试验和模拟计算等方法，对淤地坝系溃坝机理与防洪风险评价进行了研究。主要结论如下：
　　(1)对比研究了王茂沟流域不同土地利用下的土壤入渗特征。王茂沟流域不同土地利用下的土壤初始入渗率介于4．00～5．25mm/min之间，土壤入渗率大小依次为：林地<坝地<坡耕地<梯田<草地。
　　(2)对王茂沟流域淤地坝系典型暴雨洪水及坝前水深进行了模拟计算与验证。根据王茂沟流域2012年“7．15”暴雨洪水过程，王茂沟1＃号坝实测浑水总量118316m3，输沙总量27234t，使用数理统计法和推理公式法得到的浑水总量模拟值为118082m3，输沙总量模拟值为22038t，相对误差分别为0．2％和19．1％。同时，流域内关地沟1号＃坝、死地嘴1＃坝、王塔沟1＃和王茂沟2＃坝四座淤地坝实测和模拟坝前最高水位的相对误差均较小，模型模拟精度较高。
　　(3)模拟计算了不同情景下王茂沟流域土壤侵蚀量和洪水过程及坝系漫顶溃坝特征。退耕条件下和水土保持容量条件下土壤侵蚀量比现状条件下分别减小了38％和66％。三种情景下的清水总量变化不明显，而退耕条件下和水土保持措施容量条件下浑水总量分别比现状条件下减小8％和22％。王茂沟流域淤地坝现状年和预测年(2022年、2032年、2042年)的溃坝数量随暴雨重现期的增大而增多。而在现状条件下、退耕条件下以及水土保持措施容量条件下，溃坝数量呈明显递减趋势。说明随着坡面治理程度的增加对流域水沙过程产生明显影响，流域淤地坝系安全性明显提高，因此，黄土高原小流域治理应坚持沟坡兼治原则。
　　(4)模拟了不同情景下淤地坝渗流及安全稳定性。关地沟1＃坝在“7．15”暴雨积水工况下，当积水深度达到3．71m时淤地坝坝体的安全系数为1．250，淤地坝处于临稳状态；埝堰沟2＃坝积水深度到达0．61m时淤地坝坝体的安全系数为2．396，淤地坝处于稳定状态。坝体削减后，关地沟1＃坝安全系数为1．168，淤地坝处于失稳状态。埝堰沟2＃安全系数为2．319，淤地坝处于稳定状态。三种水保措施治理情景下，上述2座淤地坝均处于稳定状态。
　　(5)建立了淤地坝系防洪风险评价指标体系，并对王茂沟流域各淤地坝和淤地坝系防洪风险进行定量评价。结合淤地坝前水位计算成果，运用层次分析法对各指标权重进行计算。结果表明，在三十年一遇和百年一遇暴雨情况下，王茂沟流域大部分淤地坝都是处于一般危险或者危险状态，两座骨干坝王茂沟1＃坝和王茂沟2＃坝均是处于基本安全状态。结合王茂沟流域淤地坝系单元划分结果，对王茂沟流域淤地坝系进行坝系单元防洪风险评价，结果表明，中小型淤地坝系单元的防洪风险值较高，而具有骨干坝的王茂沟2号单元和王茂沟全流域防洪风险评价值较低。

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1绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.2国内外研究进展

1.3主要研究内容

1.4技术路线

2研究区概况

2.1王茂沟流域概况

2.2流域坝系单元的划分

3流域淤地坝系暴雨洪水和侵蚀模拟研究

3.1不同土地利用的土壤入渗实验研究

3.2淤地坝坝系暴雨洪水和侵蚀的模拟验证

3.3本章小结

4生态建设对流域淤地坝系洪水和泥沙的作用研究

4.1生态建设条件下流域暴雨洪水和侵蚀分析

4.2生态建设条件下流域溃坝分析

4.3本章小结

5淤地坝渗流和坝体边坡稳定分析

5.1土壤样品采集、参数测定和模型搭建

5.2渗流和稳定性数值模拟

5.3本章小结

6流域淤地坝系防洪风险评价

6.1淤地坝系防洪风险影响因素分析

6.2防洪风险评价指标体系的构建

6.3淤地坝系防洪风险评价模型建立

6.4王茂沟流域淤地坝系防洪风险评价

6.5本章小结

7 结论与建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

附录