谷坊——在易受侵蚀的沟道内,为了固定沟床而修筑的横向挡拦建筑物。又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等。谷坊高度一般小于3m,是水土流失地区沟道治理的一种主要工程措施。
1 谷坊工程应在以小流域为单元的全面规划、综合治理中,与沟头防护、淤地坝、等沟整治理措施互相配合.获取共同控制沟签侵蚀的效果。
2 谷坊工程应修建在沟底比降较大(5%~10% 或更大)、沟底下切剧烈发展的沟段。
3 谷坊工程在制止沟蚀的同时,应利用沟中水土资源,发展林〈果)牧生产和小型水利。
4 谷坊工程的防御标准应为10 a~20 a 遇3h~6h 最大暴雨,根据各地降雨情况,可分别采用当地最易产生严重水土流失的短历时、高强度暴雨。
①固定与抬高侵蚀基准面,防止沟床下切;
②抬高沟床,稳定山坡坡脚,防止沟岸扩张及滑坡;
③减缓沟道纵坡,减小山洪流速,减轻山洪或泥石流灾害;
④使沟道逐渐淤平,形成坝阶地,为发展农林业生产创造条件。
谷坊的主要作用是防止沟床下切。因此,在考虑沟道是否应该修建谷坊时,首先应当研究该段沟道是否会发生冲刷下切。
按所使用的建筑材料,分为:土谷坊、浆砌石谷坊、干砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊、插柳谷坊等。
按透水性,分为:不透水性谷坊和透水性谷坊。不透水性谷坊,如土谷坊、浆砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等。透水性谷坊,只起拦沙挂淤作用,如插柳谷坊、干砌石谷坊等。
按使用年限,分为:永久性谷坊和临时性谷坊。浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷坊为永久性谷坊,其余基本上属于临时性谷坊。
①“口小、肚大、底坡缓”;
②沟床基岩外露且完整;
③取用建筑材料比较方便;
④在有支流汇合的情形下, 应在汇合点的下游建造谷坊;
⑤避开天然跌水,谷坊不应设置在天然跌水附近的上下游,但可设在有崩塌危险的山脚下。
谷坊高度的确定,一般应依据所采用的建筑材料来确定,但主要以能承受水压力和土压力而不被破坏为原则。
• 土谷坊是用土料筑成的小坝,坝体结构与淤地坝相似,坝体内不设排水设施。
• 土谷坊一般做成均质土坝。
• 设置溢洪道 ,土谷坊不允许洪水漫顶。
根据是否使用砂浆分为干砌和浆砌石谷坊。浆砌石谷坊按结构分为:重力式、拱式和阶梯式。
用藤条或铅丝将梢料绑成梢捆,再将梢捆顺水流方向放在挖好的基础上,梢顶向下游,一层梢捆上压一层砾石或泥土,层层压实,逐层内缩。每个梢捆上钉木桩2—3个,各桩间用铅丝系紧。
在块石或卵石多的沟谷中,可采用这种谷坊。
埋柳桩,柳桩排数一般为2—3排,排间底部用柳枝纵向铺放,并埋土压实,用柳枝编篱,最后再用石块或卵石填入桩间。
用铅丝石笼堆砌而成。主要优点是施工简易,造价低廉,就地取材,施工迅速,但使用期短,整体性差,适宜于小型泥石流拦挡工程。
在木料来源丰富而石料缺乏的地方,如林区等,可采用木料谷坊。
设计及施工比较容易,费用也不高。稳定性低,容易滑动,使用年限短,容易腐朽,最好先进行防腐处理。
混凝土谷坊优点是整体性好,安全,稳定,寿命长。
块石混凝土谷坊,砌石的孔隙率为40%由混凝土填充,60%为块石体积;在山洪及泥石流危及经济价值大的防护对象时,如果当地缺乏材料,则采用钢筋混凝土谷坊较为适合。
①暴雨中应有专人到谷坊现场巡视,如有险情,及时组织抢修。
②每年汛后和每次较大暴雨后,应到谷坊现场检查,发现损毁等情况,及时补修。
③坝后淤满成地,应及时种植喜湿、耐淹、经济价值较高的用材林、果树或其他经济作物。
④柳谷坊的柳桩成活后,可利用其柳枝,在谷坊上游淤泥面上成片种植柳树,形成沟底防冲林,巩固谷坊治理成果。
鱼鳞坑是黄土高原常用的生态整地方式,是在较陡的山坡上,有序挖掘半月形坑穴。这些坑穴呈品字形交错排列,状若鱼鳞,故称鱼鳞坑。鱼鳞坑具有一定的蓄水能力,再加上植树造林,可保土、保水、保肥。
4. 有的鱼鳞坑则用石头垒起挖深坑,因为在部分缺水的地方,深坑利于蓄存雨水(雾水)石墙散热快,夜晚利于露水的形成;
5. 在部分风力较大的地方,鱼鳞坑还可以起到防风作用。
鱼鳞坑是在被冲沟切割破碎的坡面上,坡度一般在15°~45°之间,或作为陡坡地(45°)植树造林的整地工程。由于不便于修筑水平的截水沟,于是采取挖坑的方式分散拦截坡面径流,控制水土流失。挖坑取出的土,在坑的下方培成半圆的埂,以增加蓄水量。
鱼鳞坑整地多用于水土流失较重的干旱山地及黄土地区。
修建时易对原有植被和表层土造成破坏,在暴雨时造成水土流失加剧的现象。
2021年3月21日,在甘肃省平凉市静宁县细巷镇,山顶机器在修建“鱼鳞坑”准备造林,山腰农民正在进行覆膜,在春日阳光下形成一道靓丽的风景线。
春耕春播以来,静宁县因地制宜,在干旱山乡山为防止水土流失,在山顶创新采用“鱼鳞坑”抗旱保墒造林技术,山腰推广全膜双垄沟播技术,以减少土壤中的水分蒸发,起到造林绿化,保持水土,保墒增产的作用。
【思考】从水循环的角度,解释鱼鳞坑为什么能保土、保水、保肥?
鱼鳞坑一般建在较陡的坡上,下雨时可拦蓄坡面径流;在鱼鳞坑中植树造林,可增加水的下渗作用,达到涵养水源、固定表土等目的,从而有效防止水土流失,保土、保水、保肥。
鱼鳞坝顾名思义就是建设成鱼鳞形状的堤坝。鱼鳞坝通过修建低坝拦截河水,同时又让部分河流漫过堤坝,在堤坝下游一侧是排列整齐却又密布的叠水缓坡,就像一片片鱼鳞,每个鱼鳞区像一个个小鱼池。
鱼鳞坝具有蓄水、通行、观赏、游玩等功能。遇到枯水期,鱼鳞坝就起到了蓄水的作用,遇到洪水期,又起到了缓冲作用,减少洪水对于堤坝的冲刷,也缓冲了水势与水的速度,鱼鳞坝构成了错落有致分布的叠式堰坝。早期鱼鳞坝附近的居民可以到鱼鳞坝上洗衣,现在这个功能基本废弃了。
目前鱼鳞坝更主要的作用是发展旅游,很多城市或者景区会专门建造鱼鳞坝,供游客观赏、游玩,特别是夏季,往往能成为网红打卡地。
淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中,以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物,其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中,用于淤地生产的坝叫淤地坝或生产坝。一条沟内修建多个淤地坝是中国黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治沟工程体系。主要目的是滞洪、拦泥、淤地、蓄水、建设农田、发展农业生产、减轻黄河泥沙。
淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中,以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物,其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中,用于淤地生产的坝叫淤地坝或生产坝。黄土高原地区土层深厚,黄土广布,具有质地均匀、结构疏松、透水性强、易崩解、脱水固结快等特点,是良好的筑坝材料,可以就地取材。同时,随着退耕还林还草政策的深入贯彻执行,为淤地坝建设提供了巨大的剩余劳动力市场。
筑坝拦泥淤地,对于抬高沟道侵蚀基准面、防治水土流失、滞洪、拦泥、淤地 (坝地),减少入黄泥沙、改善当地生产生活条件、建设高产稳产的基本农田、促进当地群众脱贫致富等方面有着十分重要的意义,是小流域综合治理的一项重要措施。在水土流失严重的地区,由于淤地坝投资少见效快、坝地利用时间长、效益高,深受群众欢迎。
淤地坝的拦泥淤地效益显著。经测算,坝高25 m以下的中小型淤地坝毎公顷坝地淤积泥沙4.5万〜6.0万t.根据黄河干流及有关流域的重点测站的资料,与20世纪50年代相比,70年代黄河泥沙减少了42亿t, 80年代共减少98 亿t,淤地坝及其坝系工程的减沙效益占总拦蓄量的60%〜70%。淤地坝拦淤后,形成平坦的人造平原,土壤湿润肥沃,抗旱能力强,产量高,比坡地增产3〜10倍。枯水年每公顷产粮2.2〜3.7 t:平水年每公顷产粮3. 8〜5. 2 t;丰水年每公顷产粮5.3〜6.7t。很多沟道已形成坝系,无常流水沟道形成沟台式坝地,有常流水沟道坝系组合为生产的坝地、蓄水灌溉的水库、滞洪的坝库工程。黄士高原地区的淤地坝建设已成为当地基本农田建设的重要组成部分。
淤地坝建设作为水利部2003年三大“亮点工程”之一,倍受社会各界的广泛关注。黄河上中游管理局作为这一“亮点工程”的主要组织者和实施者,紧紧围绕淤地坝规划、淤地坝的地位与作用、淤地坝的效益、淤地坝科学研究、淤地坝及坝系建设、淤地坝管理运行机制等内容,做了大量卓有成效的工作。并采取了一系列措施,大力宣传淤地坝建设对改善黄土高原地区生态环境、促进人民群众脱贫致富奔小康及减少入黄泥沙的重要作用。
根据集流面积、库容大小、流域水文条件等决定工程结构。控制流域面积较大的大型淤地坝,由坝体、泄水洞和溢洪道等3部分组成;集流面积较小的中小型淤地坝,则由坝体和溢洪道或泄水洞2部分组成。
(1)坝体。主要坝型为黄土均质坝,有少量土石混合坝和石拱坝等。
(2) 泄水洞。主要为无压涵洞、分级卧管,少量采用压力管道、竖井等。
(3) 溢洪道。大部采用开敞式溢洪逋或陡坡溢洪。个别采用挑流鼻坎或利用沟坡岩石层排洪水入支沟。也有的受地形、地质条件限制,在坝体背水坡砌护溢洪道排洪。
修筑淤地坝的工程材料一般就地取用。有砂石料的沟道。用水泥砂浆砌石筑坝。石料缺乏时可用预制钢筋混凝土块。
为达到沟道分段拦蓄水沙,分散洪水,防止洪水危害,使坝地稳定生产的目的,坝系应包括滞洪坝、种植坝、引洪蓄水灌溉坝等.使单坝有明确分工,并使其有机配合,生产职能可以变换.科学地使用水沙,持久地发挥坝系整体的最大水沙利用和生产效益。坝系规划在流域综合治理基础上进行,做到生物措施与工程措施相结合,坡面治理与沟道治理同步实施。集流面积大的沟道,按支毛沟情况可分解为几个小坝系,单坝控制面积多在5平方公里以下。建坝次序因地制宜,大流域先上游后下游.小流域可先下游后上游,先支沟后干沟。
淤地坝是黄土高原区人民群众在长期同水土流失斗争实践中创造的一种行之有效的既能拦截泥沙、保持水土,又能淤地造田、增产粮食的水土保持工程措施,已有几百年的发展历史。最初的淤地坝是自然形成的,距今已有400多年。明代隆庆三年(公元1569年),陕西子洲县黄土洼,因自然滑坡、坍塌,形成天然聚湫,后经加工而形成高60米、淤地800余亩的淤地坝。人工修筑淤地坝的历史记载,最早见于山西省《汾西县志》:明代万历年间(公元1573年-1619年)“涧河沟渠下湿处,淤漫成地易于收获高田,值旱可以抵租,向有勤民修筑。”淤地坝在清代已引起官方的重视,据《续行水金鉴》卷十一记载,清乾隆八年(公元1743年),陕西监察御史胡定在奏折中呈“黄河之沙多出自三门以上及山西中条山一代涧中,请令地方官于涧口筑坝堰,水发,沙滞涧中,渐为平壤,可种秋麦。”水利专家李仪祉先生,在1922年所著《黄河之根本治法商榷》一文中指出:“皆渭沟洫可以容水,可以留淤,淤经渫取可以粪田,利农兼以利水,予深赞斯说。”又说:“治水之法,有以水库节水者,各国水事用之甚多。然用于黄河,则未见其当,以其挟沙太多,水库之容量减缩太速也。然若分散之为沟洫,则不啻亿千小水库,有其用而无其弊。且有粪田之利,何乐而不为也。”1945年黄委会批准关中水土保持试验区在西安市荆峪沟流域修建淤地坝一座,是黄河水利委员会在黄土高原地区修建的第一座淤地坝。
新中国成立后,经过水利水保部门总结、示范和推广,淤地坝建设得到了快速发展。大体经历了四个阶段:二十世纪50年代的试验示范,60年代的推广普及,70年代的发展建设和80年代以来以治沟骨干工程为骨架、完善提高的坝系建设阶段。据调查统计,经过50多年的建设,黄土高原地区现有淤地坝11万余座,淤成坝地450多万亩,可拦蓄泥沙210亿m3。主要分布在陕西(36816座)、山西(37820座)、甘肃(6630座)、内蒙(17819座)、宁夏(4936座)、青海(3877座)、河南(4147座)等七省(区),其中陕、晋、蒙三省区共有淤地坝9万余座,占总数的82.5%。
在黄土高原丘陵沟壑区各级沟道中兴建缓洪拦泥淤地工程,用以拦蓄径流泥沙、控制沟蚀,充分利用水沙资源,改变农业生产基本条件,改善当地生态环境,促进区域经济发展,效果十分明显,是该地区人民群众首创的一项独特的水土保持工程措施;它不同于国外的留淤坝和拦沙坝,而是一种淤地种植的坝工工程,在中国晋、陕、蒙、甘等省(区)分布最多。
黄河中游地区,有着悠久的治沟打坝历史,劳动人民在与自然灾害的斗争中,创造了拦泥淤地、抗旱、增产的淤地坝。据历史记载,最早的淤地坝是自然形成的,即所谓天然聚湫,距今已有400多年的历史。人工修筑淤地坝,始于400年前的明代万历年间山西汾西一带。到了清代,晋西和陕北地区也开始筑坝。民国时期,中国近代水利先驱李仪祉先生,将淤地坝作为治理黄河的方略设想的组成部分。新中国成立以来,淤地坝逐渐发展成为改善当地农业生产条件的一项重要措施。20世纪70年代初,水坠法筑坝的试验成功,使工效成倍提高、成本大幅度降低(提高工效3-6倍,降低成本60%以上),从而使淤地坝建设得到了迅速发展,形成了"沟沟打坝、坝坝水坠"的局面。
干、支沟建设的淤地坝工程大多为群众自发兴建,由于缺乏技术指导,加之单坝规模偏小,多为“一大件”工程,防洪标准较低。有的工程没有经过设计,而且施工质量差,工程在运行中,每遇暴雨,往往一坝溃决,导致整个沟道连锁垮坝。1977-1978年,陕北地区发生了大面积暴雨,不少淤地坝水毁严重。为了认真总结经验教训,各地对淤地坝的规划布局、工程结构、设计标准、建坝顺序等进行研究,得出了一条经验,即:在修建淤地坝的小流域坝系内,选适当位置修建控制洪水的骨干坝工程,以提高沟道坝系的防洪标准。
骨干坝是指水土流失地区在坡面治理的基础上,为加强综合治理提高流域坝系的防洪能力,减少水毁灾害,而在支毛沟中兴建的控制性缓洪拦泥淤地工程(也通常称治沟骨干工程)。其作用是:保护下游小多成群的淤地坝,减轻下游危害,缓洪拦泥淤地,稳定沟床,防治沟壑侵蚀。
“沟里筑道墙,拦泥又收粮”,这是黄土高原地区群众对淤地坝作用的高度概括。通过调查表明,淤地坝在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增地增收、促进农村生产条件和生态环境改善等方面发挥了显著的生态、社会和经济效益。淤地坝主要有以下几点作用:
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拦泥保土,减少入黄泥沙;
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淤地造田,提高粮食产量;
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防洪减灾,保护下游安全;
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合理利用水资源,解决人畜饮水;
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优化土地利用结构,促进退耕还林还草。
西柳沟是黄河内蒙古段的一级支流,流域面积1 356 km2(甲图),是黄河粗泥沙的重要来源区之一。2019年5月,某中学地理研学小组在水土保持专家许教授指导下,对西柳沟开展了以“黄河上游流域治理与生态文明建设”为主题的考察活动。他们来到西柳沟上游,放眼望去,沟壑纵横,植被稀疏。当地农民说这里“遇水成泥、遇风成沙”。两天后,他们到达中游的风沙区,只见河流两岸有新月形沙丘分布。许教授说这里每年冬春季节常有大风和沙尘暴出现。穿过沙漠继续北行,研学小组发现地势变得低平,河流蜿蜒,河岸两侧遍布绿油油的农田。龙头拐水文站工作人员介绍,每逢汛期,这里会泛滥成灾,入黄口处常形成沙坝,造成黄河干流严重淤堵。
(1) 研学小组依据水文站提供的资料绘制了西柳沟多年平均月输沙率和月流量变化图(乙图),发现西柳沟汛期易形成峰高量大、陡涨陡落的高含沙量洪水。从外力作用的角度分析西柳沟高含沙水流的形成原因。(6分)
(2) 研学小组从所绘图中进一步发现,西柳沟3月的流量与7月、9月的相近,但3月的输沙率却小得多。分析形成该现象的原因。(4分)
(3) 通过本次研学活动,研学小组对西柳沟流域的自然地理概况、水土流失状况等有了深入了解,对西柳沟流域治理有了一定认识。为减少西柳沟入黄泥沙,从黄土丘陵沟壑区、风沙区和冲积平原区中,任选一区提出针对性的治理措施。(4分)
(1)冬春季节,大风将大量的沙尘吹送到河道里堆积,提供了丰富沙源;
夏秋季节暴雨多发,侵蚀搬运作用强,增加了入河泥沙量;
进入河道的泥沙被洪水搬运,易形成高含沙水流。(6分)
(2)3月,径流主要来自融雪补给,流速小,输沙能力弱,输沙率小;
7月和9月,径流主要来自降雨补给,流速大,输沙能力强,输沙率大。(4分)
加强沟道坝系建设(淤地坝、谷坊等);缓坡修梯田,挖鱼鳞坑;实施退耕还林还草、植树造林、封育等水土保持措施,蓄水拦沙。
风沙区:设置沙障(草方格等)防风固沙;结合工程措施引洪入沙;恢复植被。
冲积平原区:疏浚河道;引洪淤地(引洪灌溉)。(任选一区作答即可,4分)
丁坝,又称“挑流坝”,是与河岸正交或斜交伸入河道中的河道整治建筑物。 该坝的端与堤岸相接呈“T”字形。
丁坝是广泛使用的河道整治和维护建筑物,其主要功能为保护河岸不受来流直接冲蚀而产生掏刷破坏,同时它也在改善航道、维护河相以及保护水生态多样化方面发挥着作用。它能够阻碍和削弱斜向波和沿岸流对海岸的侵蚀作用,促进坝田淤积,形成新的海滩,达到保护海岸的目的。
丁坝一般由坝头、坝身和坝根三个部分组成。其平面形状呈直线型或拐头型。坝头多为流线型、 圆头型或斜线型。
美国密西西比河上建有数千座丁字坝,以保持通航所需的水深。是世界上采用丁字坝最显著的国家。
丁坝有很多种类型,有淹没式和非淹没式。
用于航道枯水整治的丁坝,经常处于水下,一般为淹没式。用于中水整治的丁坝,其坝顶高程有的稍高出设计洪水位,或者略高于滩面,一般洪水情况下不被淹没。
还有根据长短划分的长丁坝和短丁坝。长丁坝主要是束缚河槽,改变主流线位置,优化航道的作用。短丁坝主要是保护岸滩的作用。
但我们最容易理解的是下面这种分类。
按照坝轴线与水流方向的夹角,可将丁坝分为上挑、正挑、下挑三种。
丁坝是一种坝基与大堤相连,坝头伸向水流的拦水建筑物,在平面上与岸线构成丁字形。根据丁坝与水流方向的交角分为上挑、下挑和正挑三种丁坝(图1),不同种类的丁坝对水流的影响存在差异。图2为某弯曲河段遥感影像图。读图完成下列问题。
1. 丁坝的主要作用是
A. 促进凸岸堆积
B. 促使河道变宽
C. 减缓河道中心流速
D. 减轻凹岸侵蚀
2. 根据图2中丁坝位置可判断该河段侵蚀最严重的部位是
A. ① B. ② C. ③ D. ④
3. 该河段
A. 河流自西向东流,丁坝为上挑丁坝
B. 河流自西向东流,丁坝为下挑丁坝
C. 河流自东向西流,丁坝为正挑丁坝
D. 河流自东向西流,丁坝为上挑丁坝
【答案】1. D 2. B 3. B
【解析】
1. 材料中丁坝为河流凹岸,坝头伸向水流的拦水建筑物,起到拦水作用,目的就是防止凹岸侵蚀,D正确。丁坝影响的主要是凹岸,不会促进凸岸堆积,A错误。丁坝防止凹岸侵蚀,不会促使河道变宽,B错误。丁坝会增加河道中心流速,C错误。故选D。
2. 图2中显示的为河流曲流处,①②位于河流的凹岸,以河流的侵蚀为主,③④位于河流的凸岸,流速较缓,以河流的沉积为主。由上题分析可知,丁坝可以减缓河流的流速,减少河流对河岸的侵蚀,修建丁坝的位置就是侵蚀强度大的位置,所以②处侵蚀强烈。故选B。
3. 由于凹岸②处侵蚀最强,该处河水冲击作用强,河流即为自西向东流,CD错误。且根据示意图可知该坝为下挑丁坝,A错误,B正确。故选B。