坝系布局单元控制论的应用与实践（付明胜,贾现红,李斌）

一、坝系单元控制论的提出

解决淤地坝垮坝问题，首先应研究坝系内洪水控制理论，洪水控制的关键是骨干工程的合理布局。为此，我们对黄土高原小流域坝系进行调查分析，每个坝系单元的面积为3.05～8平方千米的闭合集水区，它既是降雨径流汇集的最小单元，又是水土流失发生发展和大河产流产沙过程的最小单元，而骨干工程正是在这些单元内进行布设的。所以，任何一个小流域坝系总是包含若干个相对独立的子坝系，这些子坝系属于总坝系的一个控制单元，在坝系的群体联防中，独当一面，镇守一方，控制着上游或支沟的一个部分，我们把这些坝系称作坝系单元。与流域沟道分级作比较，其控制范围正好符合三级沟道的面积特征，也就是说，三级以上的沟道坝系结构就是一个坝系单元，一个小流域坝系内三级以上的沟道（含三级）主要发展坝系单元，单元内实行骨干坝，中、小型淤地坝合理配置，形成防洪、拦泥、淤地、生产相结合的相对独立的区域“自治”坝系单元。

二、坝系单元控制论的应用

以米脂榆林沟小流域为例，流域面积65.6平方千米，按美国地貌几何定量数学模型分级方法，流域内一级沟道278条，二级沟道45条，三级沟道6条，四级沟道2条，五级沟道1条。三级沟道平均面积为6.24平方千米，根据坝系单元的定义，现形成一个主沟坝系，两个干沟坝系和五个坝系单元，单元平均控制面积为8.1平方千米，控制率为84.7%，单元内工程数量平均14.5座，其配置比例大、中、小为1∶2∶4。控制关系为，一座大（骨干）坝控制2座中型坝、4座小型坝。坝系单元平均总库容为409.1万立方米，其中，大型坝库容占单元总库容的56.5%。

1.应用结果评价

对榆林沟坝系从组成结构上进行剖析，不难发现，坝系是由主沟坝系、干沟坝系和坝系单元构成，形成一个大的树叉结构，对流域的各级沟道进行分级分层管理。起骨干控制作用的通常是骨干坝，框架在坝系中的布局安排是：

（1）面积均衡性

骨干坝平均单坝控制面积为5.4平方千米，最大8.0平方千米，最小3.05平方千米，即对于同样级别的坝型来说，其单坝区间控制面积大小是均衡的。骨干坝、大型坝、中型坝分别为3~8平方千米、1~3平方千米、0.5~1.0平方千米。

（2）单元控制原则

把坝系分解成若干个相互关联的控制单元，采用区间控制的方法进行布局，洪水和泥沙分割拦蓄，通过水沙调运，起到群体联防的作用。

（3）中小型坝生产、大型坝拦泥、骨干坝控制原则

榆林沟坝系单元控制布局根据上述原则，在骨干坝控制框架内合理安排发展中小型坝，形成坝系在各个骨干工程分段控制的既相互联系又相对独立的坝系单元结构，把流域内全部洪水和泥沙均衡地拦蓄在若干个控制单元内，达到分洪、分拦的目的。

2.控制关系分析

从控制关系讲，从一、二、三级沟道来的洪水泥沙由坝系单元上的大型坝控制，实行拦洪拦沙“自治”。坝系单元吃不掉的洪水泥沙通过泄水设施排向下游，则由四级沟道（干沟）坝系控制，四级沟道不仅起防洪控制作用，也是泥沙的主要沉积地，拦泥量占坝系总拦泥量的50%~70%，拦洪拦沙和生产双方的关系就是通常所说的“轮拦、轮蓄、轮种”。干沟（四级沟道）坝系则由主沟（五级沟道）坝系控制。主沟坝系是整个坝系的控制坝系，吃掉干沟坝系所解决不了的全部洪水和泥沙，其拦泥量一般占坝系总量的30%~50%。

一个坝系布局是否合理，主要看主、干沟及坝系单元控制结构框架配置是否合理。这个坝系结构框架配置就是坝系的总体布局。而坝系单元控制论是坝系总体布局的科学依据和精髓，只有按照单元控制理论进行坝系时空布局，才能达到泥沙不出沟，才能使坝系朝着坝系控制的流域面积来水来沙与坝系内坝地生产中用水用沙在量上达到相对平衡。

稿件来源：黄河报·黄河网