摘 要 淤地坝是水土保持的重要措施。回顾５０多年淤地坝在单坝设计技术、施工方法、坝坡及溢洪道过水防冲、规划布设与防洪保收、淤地坝淤积形态等方面试验研究的概况、特点，根据淤地坝建设的发展形势及其存在的问题，提出需进一步研究和解决的问题，以及促进淤地坝试验研究的保障措施。

关键词 淤地坝 研究 保障措施

一、 研究的回顾

１．研究概况

（１）单坝设计技术研究

单坝设计技术包括设计标准、结构组成、最优土坝断面的确定。开展这个项目研究的单位主要有黄河水利委员会水科所、西北黄河工程局、山西水保所及黄委所属绥德、西峰、天水等３个水土保持科学实验站。

从１９５３年起黄河水利委员会西北黄河工程局在黄河中游地区建设了第一批大型沟壑土坝，当年，仅韭园沟流域就开工兴建了５座大型淤地坝。这些坝的设计、施工都参照水利工程中土坝建设的有关技术进行，设计标准为Ｐ＝１０％，校核标准为Ｐ＝５％～２％，设计拦泥年限为５～１０年，坝体结构组成以“三大件”为主，也有少数坝不设溢洪道，施工方式均为夯实法。这些坝建设过程中在有关试验站的配合下，做了大量的试验观测工作，取得了大量第一手资料，并由西北黄河工程局总结编写了《沟壑土坝工程设计手册》《设计工作细则》及《沟壑土坝施工简则》，这是黄土高原地区第一套指导淤地坝建设的试验研究成果。

与此同时，黄委水科所通过对中游地区４省３３２个筑坝土样的试验分析，研究确定了不同土料筑坝的经济断面，与水工土坝相比，显著地减小了淤地坝的断面，降低了筑坝成本。绥德站和榆林地区水电局经过多年研究与探索，在总结多次洪水毁坝教训的基础上，得出了“减小坝控面积、提高设计标准、采用高坝大洞（两大件）、以库容制胜”的淤地坝建设指导思想，为后来骨干坝的建设提供了理论依据。绥德站于１９５６年编印了《淤地坝手册》，陕西省水电局和山西省水保所，于２０世纪８０年代分别编印了《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》和《山西省淤地坝工程技术规范》，这一系列研究成果都为淤地坝的发展奠定了技术基础。在提高淤地坝设计水平和设计效率方面，黄河上中游水土保持局和陕西省水保所从２０世纪９０年代初开始，进行了深入的探索和研究，采用计算机辅助设计，极大地提高了淤地坝的设计效率和精度，目前，淤地坝设计中的洪水计算、调洪演算及制图等，都可以在计算机上完成。

（２）淤地坝施工方法研究

淤地坝的施工技术主要是针对土坝施工而言的，传统的施工方式主要有夯实和碾压两种，从２０世纪５０年代开始，黄委水科所、山西省水保所、天水水保实验站和绥德水保实验站等单位，先后在定向爆破法筑坝和水坠法筑坝等方面进行了大量的试验研究，同时对特殊材料的筑坝方法也做了一些探索。

定向爆破筑坝技术，由山西省水保所于１９５８年首先在吕梁地区的２座淤地坝的施工中试验，此后其他站所也进行了试验，爆破药量从几十公斤到几十吨，爆破土方从几百立方米到几万立方米不等，由于没有一个单位进行过系统的试验研究，使得此项技术的研究未取得实用性成果，在工程实践中未得到有效应用。

水坠法筑坝技术，首先由黄委水科所和绥德站于１９５７年在韭园沟坝加高中利用抽水机配合水枪进行冲土筑坝试验，２０世纪６０年代黄土高原各地在学大寨运动中都进行过试验，创造出了水中填土、土中添水、水枪冲土、引水拉土等许多方法，大大提高了工效。１９７３年黄委与陕、晋两省共同组成了陕晋水坠坝试验研究工作组（１９７９年１２月改名为黄河流域水坠坝科研协调组），这个小组在短短几年中取得科研成果８０余篇，其中水坠法筑坝系列研究成果包括《水坠坝设计要点》《水坠坝施工须知》及《水坠坝技术规范》等，获１９７８年全国科学大会奖。陕西省水电局与西北水保所、西安冶金学院、西安矿业学院、陕西省农机研究所等单位合作，于２０世纪７０年代研究成功的“冲土水枪”，使水坠坝的发展如虎添翼，１９７７年编写的《冲土水枪》被纳入全国农业机械化丛书，该项成果荣获１９７８年陕西省科技大会奖和１９７９年机械工业部科技成果奖。陕西省水电局１９７２年在总结研究群众筑坝经验的基础上编辑出版了《水坠坝》一书。水坠筑坝法由于对施工条件要求低、成本低、技术简单，便于群众掌握，而在黄土高原全面推广。此外，特殊材料筑坝也曾进行过试验研究。陕西、内蒙古等地在盖沙丘陵区，利用风沙土筑坝获得成功。绥德站于２０世纪９０年代初曾进行过砒砂岩筑坝材料的研究，包括砒砂岩的物理力学性质、化学成分测试分析和冻融对力学性质影响的试验，取得了大量第一手资料。由于种种原因，该项目未进行进一步的试验研究。

（３）坝坡及溢洪道防冲过水试验

为防止超标准洪水漫顶冲毁土坝，从５０年代起，许多科研单位就开始进行坝坡过水防冲实验，坝坡防冲措施包括生物护坡和工程护坡两大类。定西水保站于５０年代后期在安家沟土坝外坡上密植柠条，１９６３年６月４日经受住了１０１．４ｍｍ次降雨产生的漫顶洪水的考验，坝顶最大过水深０．４ｍ，坝体完好。１９８６年中国水利水电科学研究院和内蒙古伊克昭盟水利处合作，在武家沟坝的宽浅式溢洪道上分别铺设了三合土、水泥土和砖块，进行过洪试验，１９８９年过流５次，且经受了４个寒暑的考验。１９８６～１９８９年中国水利水电科学研究院、山西省水保局、黄河上中游管理局联合在岚县上明水库土质溢洪道上进行石灰土、水泥土护面过水防冲试验，１９８８年汛期每天过水，最大过水水深１．２ｍ溢洪道护面完好无损，在经过－２０°Ｃ低温考验后也无冻胀、裂缝现象。

坝坡防护抗冲试验虽然在个别坝上获得成功，但尚无系列的试验研究成果指导实践，所以过水土坝始终未在实际中应用。

（４）规划布设与防洪保收试验研究

淤地坝规划是指坝系规划。“坝系”一词是绥德站于１９５９年在总结埝堰沟淤地坝建设经验后提出来的，其后又根据这个坝系防洪保收试验成果和对黄土天然聚湫调查研究成果，提出“相对平衡”和“相对稳定”的概念。淤地坝不同于拦渣坝和拦蓄泥石流的水土保持沟道工程，它除具有拦泥防洪作用外，还有生产及水资源调控与利用功能。因此一个坝系中各坝的作用如何发挥才能使坝系形成具有防洪、拦泥、生产、水资源调控利用等综合功能的沟道工程体系，既是坝系规划的主要内容，也是淤地坝建设中首先遇到而且必须解决的重要问题。先后开展此项试验研究的单位主要有绥德站、山西省水保所、榆林地区水电局、黄河上中游管理局等单位。淤地坝发展的实践证明，２０世纪８０年代中期前，绥德站在这个领域的试验研究占有主导地位，其研究成果为后来骨干坝的建设奠定了基础。

相对稳定概念提出后，相对稳定坝系即为淤地坝建设与发展的最终目标。为达此目标，绥德站通过对埝堰沟、王茂沟、鸭峁沟、韭园沟等坝系建设经验的总结，提出了坝系规划布设与防洪保收的原则。这些原则不断完善与演化，使坝系规划理论日趋成熟。

２０世纪７０年代中后期，黄河中游地区连续发生暴雨洪水毁坝事件，在总结２０年淤地坝建设经验和洪水毁坝教训的基础上，提出坝系中应增加控制性骨干淤地坝。

２０世纪８０年代之前，坝系规划布设与防洪保收研究，以建设实体模型为主要手段，代表性的坝系有陕北的对岔、王茂沟、榆林沟及山西的王家沟和高家沟坝系等，后两个坝系的特点是：大中型淤地坝均为三大件，其坝地保收率高但拦泥率低，在长期发挥拦泥作用方面逊色于前几个坝系。

进入２０世纪８０年代，坝系研究由建实体模型、总结经验为主转入理论研究为主阶段。１９８３年，绥德站应用正交试验分析法，对小流域坝系的布坝密度、骨干坝位置、泄水建筑物形式（结构组成）、打坝顺序及建坝时间间隔等进行优化研究；９０年代，由于计算机的普及应用，利用非线性规划技术对坝系进行优化规划开展得较多。绥德水保试验站和上中游管理局分别对改建坝系和新建坝系，应用非线性规划法，以建坝高度和建坝时间为决策变量进行优化；西北农大以淤地坝的拦泥坝高、滞洪坝高为决策变量，对坝系进行过优化研究；此外，山西省水保所也进行过这方面的研究。

与此同时，国家“八五”攻关项目和黄河水土保持科研基金项目，也曾设专题进行坝系相对稳定试验研究，并由黄河上中游管理局和绥德站分别在榆林沟和韭园沟，结合课题研究建立了实体模型。

淤地坝防洪保收一直是坝系规划与布设的主要目的之一，对它的研究贯穿于坝系规划研究的全过程，要解决的问题是坝系在发挥防洪、拦泥作用的同时，如何使坝系的生产效益最大。绥德站于１９７９～１９８５年在王茂沟及黄土等５个坝系的３１座坝内，进行坝系防洪保收观测试验。通过分析总结，得出在侵蚀模数１．８万～２．０万ｔ／ｋｍ２．ａ的地区，坝地面积相对稳定指标为流域面积的１／２０，坝地高秆农作物的耐淹洪深不超过０．８ｍ，耐淹时间为５～７天，耐淤厚度不超过０．３ｍ／次。山西省水保所于２０世纪９０年代初，曾进行过防洪保收人工模拟试验，其研究结果基本接近于上述指标。这些研究成果都为淤地坝的规划和深入研究奠定了基础。

（５）淤地坝淤积形态研究

绥德站在开展坝系防洪保收试验研究的同时，也对淤地坝的淤积形态进行了观测研究。通过对３１座坝的６年观测资料和６０座坝测量资料的分析，对因淤地坝“翘尾巴”而导致的设计库容和设计淤地面积的变化进行了研究，提出了修正系数，为正确计算淤地坝的设计库容和设计淤地面积提供了依据。

除开展了上述试验研究外，有关单位和部门还就新技术、新材料在淤地坝建设中的应用及淤地坝运行管理机制等方面的问题进行过有益的探索，取得了一定的成效。

２．淤地坝研究的特点和启示

（１）国家有关部门的重视推动了淤地坝科研工作

党和国家对黄河上中游地区的水土保持工作非常重视。国务院１９５７年成立了水土保持委员会，领导全国的水土保持工作。国务院在１９６３年１２月召开的全国农业科学技术工作会议上，制定的《１９６３～１９７２年全国农业科学发展规划》中，将“沟壑坝系规划布设和淤地坝建筑结构的研究”等５个专题列入其中；以坝系规划布设为主要试验研究内容的“黄河中游多沙粗沙区快速治理模式研究及试点”被列为国家“八五”攻关课题进行研究；另外，黄河水土保持科研基金也长期资助淤地坝的试验研究。为推动淤地坝科研工作，黄委于１９７６年１２月召开“黄河中游地区用洪用沙经验交流会”；１９８４年９月经黄委同意，在绥德召开“陕北地区淤地坝坝系布设利用经验交流会”。这些都极大地推动了淤地坝科研工作的深入开展。

（２）科学研究与淤地坝实践密切结合

淤地坝研究走过的５０年是与淤地坝建设密切联系的５０年，其试验研究内容都是淤地坝建设中遇到的实际问题，也正因如此，除水坠法筑坝试验研究外，淤地坝其他内容的试验研究始终未系统进行过，造成了５０年来这个领域试验研究不断、成果不多的局面。

（３）成立专门组织，统一协调，集中攻关，试验研究才能有所突破

淤地坝不同于其他水土保持措施，由于其功能独特、需研究解决的问题众多，其试验研究周期长、成本高、难度大，这就要求有稳定的组织协调机构和充足且稳定的试验研究经费予以保证，否则不可能有重大突破。

二、淤地坝研究的展望

１．淤地坝建设中存在的主要问题

（１）病险坝多。淤地坝大都是２０世纪五六七十年代所建，多数已淤满，甚至被冲坏、冲毁，有近８０％为病险坝，这些坝一般还占据着较好的坝址。

（２）永久放（泄）水设施少。由于永久溢洪道、放水洞造价高，群众投资不起，有７０％左右的淤地坝没有设置，多数中小型淤地坝只留土质溢洪道，这也是造成病险坝多的一个原因。

（３）坝系中骨干坝少，防洪能力低。２０世纪８０年代开始，淤地坝建设以骨干坝为主，中小型淤地坝很少建设，骨干坝的建设也未超过１５００座，原有大中型淤地坝因淤满而防洪能力降低，造成大多数坝系中缺少骨干坝的状况。

（４）缺乏有效的运行管理机制。有人利用、无人管护是淤地坝运行过程中的普遍现象，其原因一是缺乏有效的管理运行机制，二是淤地坝加固、配套经费筹措困难。

（５）中央投资少，建设速度慢。淤地坝的建设成本高、见效慢，生态效益和社会效益高，直接经济效益低，地方、企业和群众对此项目的投入不多，中央投资也较少，影响了淤地坝建设的数量和质量。

２．淤地坝建设需进一步研究解决的问题

（１）相对稳定坝系规划布设优化研究。具体内容是：坝系改建规划布设优化研究，淤地坝规划有关参数的调查研究与试验研究，相对稳定坝系实体模型的建设。

（２）新材料在淤地坝建设中应用的研究。目的是降低泄水建筑物的造价。包括：坝体防渗材料试验研究，坝体排水材料试验研究，新材料在泄水建筑物中应用的试验研究。

（３）淤地坝筑坝技术研究。具体内容是：淤地坝机械碾压筑坝技术总结，定向爆破筑坝技术试验研究，砒砂岩筑坝技术试验研究（在过去试验研究的基础上进行，此项研究包括施工技术和最优断面两方面内容）。

（４）淤地坝建设运行管理机制研究。具体内容有：淤地坝建设投资政策研究及制定，淤地坝建设管理体制研究，淤地坝产权制度改革研究。

（５）淤地坝建设中监测内容和检测方法研究。包括：淤地坝建设过程中监测的内容和方法的研究，坝系运行过程中监测内容和方法的研究，坝系效益监测内容和方法的研究等。

参考文献：

１ 黄河水利委员会．黄河水土保持志．河南人民出版社，１９９３．１２．

２ 黄河上中游管理局． 黄河水土保持大事记．陕西人民出版社，１９９６．３．

３ 张长印等．陕西淤地坝建设理论与实践．陕西地图出版社，２０００．４．

４ 杨才敏等．晋西黄土丘陵沟壑区水土流失综合治理开发研究．中国科学技术出版社，１９９５．６．

作者单位：蔺明华、王志意为黄河水利委员会晋陕蒙接壤区水土保持监督局，段文中为黄河上中游管理局