[发明专利]一种淤地坝系减沙量的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于水土流失治理方法技术领域，涉及一种淤地坝系减沙量的计算方法。

背景技术

黄土高原地处中国腹地，是黄河流域的主要组成部分。黄土高原的主要环境问题是严重的水土流失。根据《中国水土流失与生态安全综合科学考察总结报告》，总面积64万km²的黄土高原，土壤侵蚀面积达39万km²，土壤侵蚀模数≥15000t/(km²·a)的剧烈水蚀面积3.67万km²，占全国同类面积的89％。黄土高原严重的水土流失，制约了当地社会经济发展并对下游河道行洪安全造成严重威胁，受到了国内外学者的广泛关注，暴雨集中、黄土土质疏松、植被覆盖度低以及不合理的人类活动是造成黄土高原土壤侵蚀严重的主要原因。为了遏制严重的水土流失，我国政府采取了调整土地利用结构、恢复植被、改进耕作方式、在坡面修建梯田以及在沟道修建淤地坝等一系列水土保持措施。

淤地坝是指在多泥沙沟道修建的以控制沟道侵蚀、拦泥淤地、减少洪水和泥沙灾害为主要目的的沟道治理工程设施。淤地坝是黄土高原地区人民群众在长期同水土流失斗争实践中创造出的一种行之有效的拦泥缓洪、保持水土、淤地造田的措施，在拦泥、淤地、减灾、提高水资源利用率、促进农业退耕、结构调整和经济增长、改善丘陵山区交通和生活条件等方面发挥了十分关键的作用。根据第一次全国水利普查，截至2011年，黄土高原共有淤地坝58446座，其中骨干坝5655座，中小坝52791座。

淤地坝数量众多，发挥着巨大的减沙作用，有必要准确计算淤地坝的减沙量。因此，需要建立、物理意义明确、参数获取方便的淤地坝系减沙量计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种淤地坝系减沙量的计算方法，提高了淤地坝系减沙量计算精度。

本发明所采用的技术方案是，一种淤地坝系减沙量的计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，收集并记录整个流域内淤地坝系的数量，以及每个淤地坝系的库容、控制面积、淤积情况以及淤地坝系的结构；

步骤2，计算单个淤地坝控流域的土壤侵蚀模数SEM，并确定单个淤地坝控流域的泥沙输移比SDR；

步骤3，在步骤2的基础上，计算单个淤地坝系的减沙量；

步骤4，重复步骤2和步骤3，计算流域内每个淤地坝系的减沙量；

步骤5，将步骤4计算的流域内每个淤地坝系的减沙量进行合并，形成整个流域的淤地坝系减沙量。

本发明的特点还在于，

淤地坝系是指以骨干坝及其控制范围内的所有中小型坝的集合。

步骤2的单个淤地坝控流域的泥沙输移比SDR的计算方法为：

步骤2.1，测量单个淤地坝上游沟道及溢洪道的断面及比降；

步骤2.2，根据步骤2.1测量的单个淤地坝上游沟道及溢洪道的断面及比降，分别计算水位1m下的淤地坝上游沟道和溢洪道的平均水力半径和平均过水断面面积；

步骤2.3，根据步骤2.2计算的水位1m下的淤地坝上游沟道和溢洪道的水力半径和过水断面面积，计算淤地坝上游沟道和溢洪道的单位过流量，泥沙输移比SDR即为溢洪道单位过流量与淤地坝上游沟道单位过流量之比。

步骤3中的单个淤地坝系的减沙量，具体按照以下步骤计算：

步骤3.1，判断单个淤地坝系内的骨干坝是否具有减沙能力，具体为计算剩余库容：式中，Cs为剩余库容，单位为：m³；V_t为骨干坝总库容，单位为：m³；SEM为坝控区域土壤侵蚀模数，单位为：t/km²/a；A_c为骨干坝控制面积，单位为：km²；SDR为泥沙输移比；ρ为泥沙容重，取ρ＝1.35t/m³；t为年份；

若C_s≤0，则此淤地坝系内的骨干坝不具有减沙能力，返回步骤2开始对另一个淤地坝系进行计算；

若C_s＞0，则此淤地坝系内的骨干坝具有减沙能力，实施步骤3.2；

步骤3.2，计算单个淤地坝系的减沙量：

S_c＝SEM*A_c*(1-SDR)*(1+f_e)*f_s，

式中，S_c为减沙量，单位为：t；f_e为淤地坝异地减沙系数；f_s为淤地坝系结构系数；SDR为泥沙输移比。