水土保持工程中淤地坝的设计

水土保持工程中淤地坝的设计

在黄河下游河道（包括海滩）的沉积物中，近50%是粒度为0.05mm的粗沉积物，而主河槽中的沉积物大于0.05mm。无定河、秃尾河是黄河中游粗泥沙集中来源区之一,淤地坝是两流域主要的水土保持工程措施之一,在减缓下游泥沙沉积方面发挥了重要作用。通过对无定河的韭园沟小流域21座淤地坝及秃尾河流域36座淤地坝坝地泥沙样品进行颗粒级配分析,得出两流域坝地淤积物中泥沙粒径>0.05mm粗泥沙、>0.10mm特粗泥沙级配组成的百分比,进而分析淤地坝在两流域拦减粗泥沙的效应及差异。1研究区域的简要介绍和采样方法1.1主沟长、地貌韭园沟流域是黄河中游地区无定河中下游左岸的一条支沟,为黄土丘陵沟壑区第一副区的典型小流域。沟道断面呈V形,主沟长18km,平均比降1.15%,沟壑密度5.34km/km2,海拔高程820~1180m,流域面积70.10km2。秃尾河是黄河河口镇至龙门段一条支流,发源于陕西神木县瑶镇乡宫泊海子,在万镇的河口岔村注入黄河,全长139.6km,平均比降3.16%,流域面积3294km2。1.2坝前淤地坝取样韭园沟流域选取21座淤地坝进行取样,每座坝沿坝地中泓线布设坝前、库中和库尾3个钻孔,采用洛阳铲钻孔取样,钻孔深度为2.0m,每0.5m取样一次;秃尾河流域选取36座淤地坝进行取样,每座坝沿坝地中泓线在坝前和库尾布设2个取样钻孔,采用洛阳铲钻孔取样,钻孔深度为2.5m,每0.5m取样一次。两流域共采集样品623个。2砂粒分析2.1粒径大小沙重比例无定河流域内黄土为主要地层成分,秃尾河流域内风沙为主要地层成分(见表1);无定河和秃尾河水文站实测平均悬移质粒径>0.05mm、>0.10mm沙重比例分别为32.8%和54.4%、8.3%和28.5%(见表2)。两组数据表明,无定河流域的粗泥沙主要来源于流域内的黄土,秃尾河流域的粗泥沙主要来源于流域内的风沙,且无定河流域粗泥沙粒径主要集中在0.05mm,秃尾河流域粗泥沙粒径主要集中在0.05~0.10mm。2.2坝前、库中、库尾监测根据颗分资料,韭园沟流域坝前淤积泥沙平均粒径小于坝尾的有17座,约占81%;坝前淤积泥沙平均粒径接近库尾的有3座,约占14%;坝前、库中、库尾淤积泥沙粒径交错分布的1座,约占5%。在取样分析中,舍去了坝前、库中、库尾淤积泥沙粒径交错分布的1座坝的取样资料。韭园沟流域20座淤地坝坝前淤积物粒径>0.05mm和>0.10mm的体积算术平均百分数分别为22.41%和3.07%,库尾淤积物粒径>0.05mm和>0.10mm的体积算术平均百分数分别为32.07%和4.89%。韭园沟流域坝前、库尾泥沙平均颗粒级配曲线见图1,颗分数据说明淤地坝有效拦截了入库的粗泥沙,韭园沟流域坝内粗泥沙粒径主要集中在0.05mm。2.3坝前监测数据分析主要表现为根据颗分资料,秃尾河流域坝前淤积泥沙平均粒径小于库尾的淤地坝有28座,约占78%;坝前淤积泥沙平均粒径接近库尾的有5座,约占14%;坝前淤积泥沙平均粒径大于库尾的有3座,约占8%。造成坝前淤积泥沙比库尾粗的原因,可能是土样代表性差或受人为因素的影响,因此在取样分析中,舍去了这3座淤地坝的取样资料。秃尾河流域33座淤地坝坝前淤积物粒径>0.05mm和>0.10mm的体积算术平均百分数分别为33.30%和7.10%,库尾淤积物粒径>0.05mm和>0.10mm的体积算术平均百分数分别为37.20%和10.50%。秃尾河流域坝前、库尾泥沙平均颗粒级配曲线见图2,颗分数据说明淤地坝有效拦截了入库的粗泥沙,秃尾河流域坝内淤积物粒径主要集中在0.05~0.10mm。2.4坝前、库尾监测泥沙粒径特征韭园沟、秃尾河流域坝地淤积物>0.05mm和>0.10mm粒径体积算术平均百分数分别为27.2%、35.3%和3.9%、8.8%(见表3)。粒径0.05~0.10mm的泥沙所占比例,韭园沟流域大于秃尾河流域;粒径0.10~0.25mm的泥沙所占比例,韭园沟流域小于秃尾河流域。总体说明韭园沟坝内淤积泥沙粒径较秃尾河小。图3与图4分别为韭园沟和秃尾河流域坝前、库尾平均颗粒级配曲线,两图中秃尾河流域坝前、库尾淤积泥沙平均颗粒级配曲线均位于韭园沟流域的下方,这表明秃尾河流域坝前、库尾淤积泥沙都较韭园沟流域平均粒径大,且两流域坝前泥沙的粒径差别较库尾大。由此可知,淤地坝对于泥沙的分选效果与库尾入库泥沙的粒径成正比,入库泥沙粒径越大分选效果越明显。3粗泥沙粒径分布(1)无定河的粗泥沙主要来源于流域内的黄土,秃尾河的粗泥沙主要来源于流域内的风沙,淤地坝能够有效地拦截入库的粗泥沙。(2)韭园沟流域淤地坝坝内粗泥沙粒径主要集中在0.05mm,秃尾河流域淤地坝坝内粗泥沙粒径主要集中在0