12月16日，一場由蘭州市科技局組織的科技成果鑒定會在中科院蘭州分院舉行。應邀專家對以蘭州交通大學教授劉有錄領(lǐng)銜的一個研究黃土高原水資源利用課題組提交的“三水匯源苞”科研成果進行鑒定。
該成果是該課題組多年來經(jīng)理論、試驗、實踐、研究，凝練而成。“三水匯源苞”就是利用“疊加型組合式溢水壩”把天上的降水，在地面匯流積蓄在微型水庫中，再通過輸水系統(tǒng)把水輸送到“農(nóng)脈水池”中，水通過處理后，把水輸送到農(nóng)戶家里或把水輸送到農(nóng)田里或用水點。換言之，這是一個微型水利樞紐系統(tǒng)。它解決了四個問題：蓄水解決了缺水問題，攔洪解決了怕水問題，水處理解決了人畜飲水問題，庫區(qū)綜合生態(tài)改善解決了三農(nóng)問題。
劉有錄認為，黃土溝壑也是一種資源，并可把該優(yōu)勢資源變?yōu)橘Y源、生態(tài)、經(jīng)濟優(yōu)勢。“三水匯源苞”為破解如何推進黃土高原生態(tài)修復、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和生態(tài)屏障建設(shè)，提供了完美的科技方案，找到了新的突破口。
目前，該理論已在華池縣、臨洮縣成功實施，并可在我國高原地區(qū)推廣。來自中國荒漠化基金會受損土地修復中心、蘭州大學、浙江大學、黃委會上游水文水資源局、甘肅省水利廳、蘭州交通大學、蘭州威立雅水務集團等單位的專家、學者應邀出席會議。與會專家經(jīng)質(zhì)詢、答疑、討論，肯定并通過了這一成果的鑒定。記者王占東
“三水匯源苞”：
一個實用的微型水利樞紐系統(tǒng)
甘肅是全國水資源嚴重短缺的省份之一。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進，水資源供需矛盾更加突出。
劉有錄表示，我們要追溯鯀、禹治水的神話傳說，汲取鯀、禹治水的思想精華，做到理念認識上對洪水既堵又疏，工程技術(shù)上要筑壩修渠，對天上的降水蓄一些疏一些，并讓蓄水保潔，供人畜飲用，灌溉農(nóng)田。
“三水匯源苞”理論主筆人劉有錄，是蘭州交通大學教授、武漢大學博士、國家注冊巖土工程師、國家注冊監(jiān)理工程師、國務院特殊津貼享受者、原鐵道部突出貢獻中青年專家、蘭州市生態(tài)水系規(guī)劃研究領(lǐng)銜專家、甘肅黃河之子保護黃河基金會理事長。
劉有錄在三十多年致力研究“黃河蘭州段水資源開發(fā)、利用、節(jié)約、保護”的基礎(chǔ)上，相繼創(chuàng)造性地提出了“安寧桃花溪生態(tài)水系工程項目”、“蘭州老龍頭水利樞紐工程項目”、“構(gòu)建山水蘭州生態(tài)水系功能網(wǎng)”，并建議將“蘭州生態(tài)水系規(guī)劃”融入到蘭州城市四版總體規(guī)劃。
劉有錄介紹，“三水匯源苞”就是利用“疊加型組合式溢水壩”把天上的降水，在地面匯流積蓄在微型水庫中，再通過輸水系統(tǒng)把水輸送到“農(nóng)脈水池”中，水通過處理后，把水輸送到農(nóng)戶家里或把水輸送到農(nóng)田里；把泥沙攔蓄在微型水庫中，減少流向黃河的泥沙。
疊加型組合式溢水壩，是由土質(zhì)壩體、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)、消力坎、消力池共同組成的壩體。主要特征是分多次建設(shè)。為了壩體的安全，設(shè)計為疊加型組合式溢水壩，一期建設(shè)高度從壩基至溢水口的高度控制在10米以內(nèi)，當庫區(qū)泥沙沉淀達到7米時，建設(shè)第二層疊加型組合式溢水壩，建設(shè)高度10米。當泥沙沉淀達到17米時，建設(shè)第三層疊加型組合式溢水壩，建設(shè)高度10米。以此類推，達到需要建設(shè)的高度。形成最終高度的壩體。如果建設(shè)5層疊加型組合式溢水壩，從壩基到溢水口的高度就是50米。通過這種方法可以有效地控制庫容，保證疊加型組合式溢水壩安全運行。
獨立的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)澆筑在土壩之中，起到穩(wěn)定土壩，固定防水板的作用，阻止?jié)B水穿過壩體，解決了土壩因管涌垮壩的難題。堅固的壩后防水混凝土板，起到了保護壩體的作用。當出現(xiàn)200毫米以上的特大暴雨，形成洪水漫過壩頂時也不會對壩體產(chǎn)生下切，保證了疊加型組合式溢水壩的安全。
這種創(chuàng)新型的壩體，超越了傳統(tǒng)淤地壩的設(shè)計原理，不論是從建設(shè)條件、建設(shè)周期、防洪效果、防洪安全等多方面，都實現(xiàn)了超越。
而“農(nóng)脈水池”基于大地是有生命的活體，沿大地的經(jīng)絡(luò)而運行聚集，并沿經(jīng)絡(luò)而展布。采用PAL材料和紅膠泥，使池底和池壁膠結(jié)連成一整體，且連接密實。池底池壁須做好防滲層，避免漏水和防止坍塌，并實現(xiàn)透氣不透水。
“三水匯源苞”就是通過筑壩蓄水、攔泥淤地、涵養(yǎng)水源、減小洪水、減少水土流失、保障人畜引水、發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉，提高雨水資源的利用率；改變局地小氣候、改良土壤物理化學性質(zhì)、改善小流域的生態(tài)景觀。
“三水匯源苞”的利好功能疊加
劉有錄介紹，疊加型組合式溢水壩，可以以自然村為單位進行疊加型組合式溢水壩建設(shè)，廣大山區(qū)的每一條溝壑里都能建設(shè)疊加型組合式溢水壩，控制流域面積在1平方公里以上就可以建壩。可以把壩建在需要的河床里、川地、比較平坦的山頂、山腰、及山溝把所有的降雨留住，水留住了，土也留住了，不讓比較大的降雨形成洪水。
通過一段時間的沉積可以造出大片的土地，儲存大量的雨水。當發(fā)生泥石流災害時，可以將90%的固體物留在庫區(qū)，將部分洪水排走。因為洪水到達庫區(qū)后不再流動形成大片的水面，當泥石流到達庫區(qū)后固體物在靜止的水里迅速沉積，當水面超過壩體溢水口高度時，讓多余的洪水從溢水口排走。達到了攔截泥石流的作用。當壩體升高到一定高度時，不再發(fā)生泥石流及山體滑坡現(xiàn)象。從根本上解決水土流失問題。將大量的水分補充到地下，提高地下水位。從根本上解決了土壩漫壩造成垮壩的世界性難題。
在廣大地區(qū)它將改變現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。雨水可以進行灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖、規(guī)模家禽養(yǎng)殖、解決了建壩地區(qū)的缺水問題。從根本上改變建壩地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。在廣大地區(qū)每一條溝壑、小溪、川地、山腰、山底里建設(shè)疊加型組合式溢水壩。啟發(fā)我們改變傳統(tǒng)的治水觀念，把以疏通為主要治理汛期洪水的傳統(tǒng)方法，改變?yōu)橐詳r截洪水為主要手段的治水方法。
劉有錄介紹，“三水匯源苞”是大項目小工程。它給村民提供的是“生態(tài)產(chǎn)品”，除清潔水源外、還包括清新空氣、安全食品，這些產(chǎn)品都是人類生產(chǎn)生活的必需品，具有深遠影響。
第一，符合生態(tài)環(huán)境保護與經(jīng)濟社會發(fā)展的辯證關(guān)系；體現(xiàn)了尊重、順應、保護自然的生態(tài)文明理念；增強村民節(jié)約環(huán)保生態(tài)意識。
第二，減少黃河中的泥沙，國家就減少了沖沙的投資。真正把水生態(tài)文明建設(shè)同新農(nóng)村建設(shè)相結(jié)合。
第三，在黃土高原的小村落里優(yōu)化國土空間的開發(fā)格局，調(diào)整空間結(jié)構(gòu)。從而可促進生產(chǎn)空間的集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀，給自然留下更多修復空間，給農(nóng)業(yè)留下更多良田，給子孫后代留下天藍、地綠、水凈的美好家園。
第四，在溝道中蓄水增加水面，改變小環(huán)境，為樹木提供水分營養(yǎng)。水系是城鎮(zhèn)、村落的肺，給空氣融入一份清新、給喧囂的城鎮(zhèn)提供一片安寧的天地；水系是城鎮(zhèn)的靈性所在，給混凝土的城鎮(zhèn)平添三分柔和、減小“熱島效應”、給繁華的城鎮(zhèn)增添三分靈氣。
第五，修復大自然生態(tài)系統(tǒng)，解決了保障群眾健康最突出的飲用水問題。“增強生態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)能力”。促進資源節(jié)約，推動雨水資源積蓄利用方式根本轉(zhuǎn)變，提高利用效率和效益。對于黃土高原地區(qū)的新農(nóng)村建設(shè)有示范作用。
“三水匯源苞”的實踐
該課題組主要研究人之一的馬光煒介紹，為盡快實現(xiàn)這一理想，使獲得的國家專利早日進入試驗階段，他與課題組開始和省、市、縣、鄉(xiāng)、村有關(guān)部門聯(lián)系，并自籌資金10萬元，于2006年9月在華池縣元城鎮(zhèn)龔河村開建了疊加型組合式溢水壩。
馬光煒，甘肅華池人，長期關(guān)注黃土高原水利科學及生態(tài)修復建設(shè)，由他自主發(fā)明的科研成果——組合式溢水壩已于2007年獲國家專利，并在華池、臨洮兩地成功實施。
馬光煒介紹，該壩控制流域面積5平方公里，根據(jù)壩址的具體地質(zhì)條件，設(shè)計分三層，分三期建設(shè)完成。第一層建設(shè)高度是12米，第二層建設(shè)高度是10米，第三層建設(shè)高度是10米。壩體設(shè)計總高度32米。設(shè)計壩頂溢水口寬4米，高2米，設(shè)計四十度外坡溢水槽寬4米，高1.5米。第一層壩建成后形成水面面積15畝。第二層壩建成后增加水面面積10畝。第三層壩建成后增加水面面積30畝。三層壩全部建成后，可以形成60畝水面面積。
該壩第一層建設(shè)高度12米部分，于2006年10月建成。它標志著疊加型組合式溢水壩這種新型壩系誕生了。它是集攔洪蓄水、淤地造田、灌溉養(yǎng)殖、防泥石流、科學成果轉(zhuǎn)化、試驗示范等綜合效能于一體的水利工程。2007年9月開始滿負荷運行至2010年。將兩個雨季的洪水全部攔住，形成長400多米，寬30-40米的水面，一泓占地16000平米的水庫波光瀲滟，投放的魚苗，到2010年大的魚苗已長到13斤。而且水位一直保持在溢水口位置，使10萬立方米的庫容開始發(fā)揮著攔蓄泥沙作用。
馬光煒介紹，該發(fā)明專利被認知后，很多農(nóng)村村長找到他，要求在當?shù)亻_展。他們給臨洮縣紅旗鄉(xiāng)墁坪村設(shè)計的“疊加型組合式溢水壩”于2008年3月開建。該壩選在兩條溝的匯合處，控制流域面積50多平方公里，暴雨強度按100年一遇設(shè)計，第一期工程壩高20米，溢水口寬11米，高5米，庫容50萬立方米。2008年4月，建成一期工程壩高20米，設(shè)計庫容50萬立方米?，F(xiàn)已發(fā)揮其綜合效益，可使1000多畝土地得到灌溉，村里計劃建萬頭牲畜場，規(guī)模養(yǎng)鴨、養(yǎng)雞、養(yǎng)魚等，可新增產(chǎn)值1500萬元。
馬光煒說：“后來，很多農(nóng)民朋友給我來信、來電咨詢。農(nóng)村渴望了解這項技術(shù)，解決灌溉、生活用水，發(fā)展種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)。我也盼望得到推廣。”
講起該壩建設(shè)，馬光煒介紹，我們曾在2010年以華池建壩為參考，按每平方公里8萬元計算，1000平方公里需要8000萬元，就可對1000平方公里山區(qū)范圍內(nèi)進行疊加型組合式溢水壩第一層壩體體系，全面建設(shè)，完成水土流失治理第一階段任務，形成星羅棋布的壩體群。
以華池縣為例，主溝道長4公里以上的洪溝就有2000余條，如將疊加型組合式溢水壩在這些溝道里建成，就能形成50000多畝水面，縮小和南方農(nóng)村自然條件差距，引導農(nóng)民通過規(guī)模漁業(yè)家禽養(yǎng)殖、灌溉造林等一系列農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，給農(nóng)民朋友每年新增幾億至幾十億的經(jīng)濟收入。
馬光煒指出，疊加型組合式溢水壩體系建成大的生態(tài)環(huán)境還將帶來深遠影響。
一個地區(qū)如果地面和地下儲存水比較豐富，蒸發(fā)水汽量較多，內(nèi)陸循環(huán)就比較活躍。
在南方，如該壩得到廣泛應用，山區(qū)將出現(xiàn)大量的微型水庫，可以將南方水面面積恢復到歷史最好水平，把大量的水汽送往北方，實現(xiàn)空中的南水北調(diào)。同時可以根治水土流失及泥石流災害。當壩體升高到一定高度時，山體不再受洪水侵蝕。在汛期將儲存大量的降水，減輕江、河壓力，起到很好的調(diào)蓄作用。
在北方，如疊加型組合式溢水壩得到廣泛應用，將改變使用地區(qū)的干旱面貌，在汛期，可把百分之九十以上的雨水留住，從而留住了肥沃的土壤，有效補充地下水。在山區(qū)有計劃地通過淤積方式，抬高河床、川地、溝壑營造出大片的土地。大幅度提高水分蒸發(fā)量，創(chuàng)造更多的降水條件，形成更多的降雨。有了水就可以大大加快植樹造林的速度，從事規(guī)模家禽、魚業(yè)養(yǎng)殖、灌溉。從根本上改變北方地區(qū)的干旱面貌，再造秀美山川。
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