“三水汇源苞”激活黄土高原水资源

一场由兰州市科技局组织的科技成果鉴定会在中科院兰州分院举行。应邀专家对以兰州交通大学教授刘有录领衔的一个研究黄土高原水资源利用课题组提交的“三水汇源苞”科研成果进行鉴定。
该成果是该课题组多年来经理论、试验、实践、研究，凝练而成。“三水汇源苞”就是利用“叠加型组合式溢水坝”把天上的降水，在地面汇流积蓄在微型水库中，再通过输水系统把水输送到“农脉水池”中，水通过处理后，把水输送到农户家里或把水输送到农田里或用水点。换言之，这是一个微型水利枢纽系统。它解决了四个问题：蓄水解决了缺水问题，拦洪解决了怕水问题，水处理解决了人畜饮水问题，库区综合生态改善解决了三农问题。
刘有录认为，黄土沟壑也是一种资源，并可把该优势资源变为资源、生态、经济优势。“三水汇源苞”为破解如何推进黄土高原生态修复、农业现代化和生态屏障建设，提供了完美的科技方案，找到了新的突破口。
目前，该理论已在华池县、临洮县成功实施，并可在我国高原地区推广。来自中国荒漠化基金会受损土地修复中心、兰州大学、浙江大学、黄委会上游水文水资源局、甘肃省水利厅、兰州交通大学、兰州威立雅水务集团等单位的专家、学者应邀出席会议。与会专家经质询、答疑、讨论，肯定并通过了这一成果的鉴定。记者王占东
“三水汇源苞”：
一个实用的微型水利枢纽系统
甘肃是全国水资源严重短缺的省份之一。随着工业化、城镇化、农业现代化的推进，水资源供需矛盾更加突出。
刘有录表示，我们要追溯鲧、禹治水的神话传说，汲取鲧、禹治水的思想精华，做到理念认识上对洪水既堵又疏，工程技术上要筑坝修渠，对天上的降水蓄一些疏一些，并让蓄水保洁，供人畜饮用，灌溉农田。
“三水汇源苞”理论主笔人刘有录，是兰州交通大学教授、武汉大学博士、国家注册岩土工程师、国家注册监理工程师、国务院特殊津贴享受者、原铁道部突出贡献中青年专家、兰州市生态水系规划研究领衔专家、甘肃黄河之子保护黄河基金会理事长。
刘有录在三十多年致力研究“黄河兰州段水资源开发、利用、节约、保护”的基础上，相继创造性地提出了“安宁桃花溪生态水系工程项目”、“兰州老龙头水利枢纽工程项目”、“构建山水兰州生态水系功能网”，并建议将“兰州生态水系规划”融入到兰州城市四版总体规划。
刘有录介绍，“三水汇源苞”就是利用“叠加型组合式溢水坝”把天上的降水，在地面汇流积蓄在微型水库中，再通过输水系统把水输送到“农脉水池”中，水通过处理后，把水输送到农户家里或把水输送到农田里；把泥沙拦蓄在微型水库中，减少流向黄河的泥沙。
叠加型组合式溢水坝，是由土质坝体、钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土箱式结构、消力坎、消力池共同组成的坝体。主要特征是分多次建设。为了坝体的安全，设计为叠加型组合式溢水坝，一期建设高度从坝基至溢水口的高度控制在10米以内，当库区泥沙沉淀达到7米时，建设第二层叠加型组合式溢水坝，建设高度10米。当泥沙沉淀达到17米时，建设第三层叠加型组合式溢水坝，建设高度10米。以此类推，达到需要建设的高度。形成最终高度的坝体。如果建设5层叠加型组合式溢水坝，从坝基到溢水口的高度就是50米。通过这种方法可以有效地控制库容，保证叠加型组合式溢水坝安全运行。
独立的钢筋混凝土框架结构浇筑在土坝之中，起到稳定土坝，固定防水板的作用，阻止渗水穿过坝体，解决了土坝因管涌垮坝的难题。坚固的坝后防水混凝土板，起到了保护坝体的作用。当出现200毫米以上的特大暴雨，形成洪水漫过坝顶时也不会对坝体产生下切，保证了叠加型组合式溢水坝的安全。
这种创新型的坝体，超越了传统淤地坝的设计原理，不论是从建设条件、建设周期、防洪效果、防洪安全等多方面，都实现了超越。
而“农脉水池”基于大地是有生命的活体，沿大地的经络而运行聚集，并沿经络而展布。采用PAL材料和红胶泥，使池底和池壁胶结连成一整体，且连接密实。池底池壁须做好防渗层，避免漏水和防止坍塌，并实现透气不透水。
“三水汇源苞”就是通过筑坝蓄水、拦泥淤地、涵养水源、减小洪水、减少水土流失、保障人畜引水、发展农业灌溉，提高雨水资源的利用率；改变局地小气候、改良土壤物理化学性质、改善小流域的生态景观。
“三水汇源苞”的利好功能叠加
刘有录介绍，叠加型组合式溢水坝，可以以自然村为单位进行叠加型组合式溢水坝建设，广大山区的每一条沟壑里都能建设叠加型组合式溢水坝，控制流域面积在1平方公里以上就可以建坝。可以把坝建在需要的河床里、川地、比较平坦的山顶、山腰、及山沟把所有的降雨留住，水留住了，土也留住了，不让比较大的降雨形成洪水。
通过一段时间的沉积可以造出大片的土地，储存大量的雨水。当发生泥石流灾害时，可以将90%的固体物留在库区，将部分洪水排走。因为洪水到达库区后不再流动形成大片的水面，当泥石流到达库区后固体物在静止的水里迅速沉积，当水面超过坝体溢水口高度时，让多余的洪水从溢水口排走。达到了拦截泥石流的作用。当坝体升高到一定高度时，不再发生泥石流及山体滑坡现象。从根本上解决水土流失问题。将大量的水分补充到地下，提高地下水位。从根本上解决了土坝漫坝造成垮坝的世界性难题。
在广大地区它将改变现有的农业结构。雨水可以进行灌溉、渔业养殖、规模家禽养殖、解决了建坝地区的缺水问题。从根本上改变建坝地区的生态环境。在广大地区每一条沟壑、小溪、川地、山腰、山底里建设叠加型组合式溢水坝。启发我们改变传统的治水观念，把以疏通为主要治理汛期洪水的传统方法，改变为以拦截洪水为主要手段的治水方法。
刘有录介绍，“三水汇源苞”是大项目小工程。它给村民提供的是“生态产品”，除清洁水源外、还包括清新空气、安全食品，这些产品都是人类生产生活的必需品，具有深远影响。
第一，符合生态环境保护与经济社会发展的辩证关系；体现了尊重、顺应、保护自然的生态文明理念；增强村民节约环保生态意识。
第二，减少黄河中的泥沙，国家就减少了冲沙的投资。真正把水生态文明建设同新农村建设相结合。
第三，在黄土高原的小村落里优化国土空间的开发格局，调整空间结构。从而可促进生产空间的集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀，给自然留下更多修复空间，给农业留下更多良田，给子孙后代留下天蓝、地绿、水净的美好家园。
第四，在沟道中蓄水增加水面，改变小环境，为树木提供水分营养。水系是城镇、村落的肺，给空气融入一份清新、给喧嚣的城镇提供一片安宁的天地；水系是城镇的灵性所在，给混凝土的城镇平添三分柔和、减小“热岛效应”、给繁华的城镇增添三分灵气。
第五，修复大自然生态系统，解决了保障群众健康最突出的饮用水问题。“增强生态产品生产能力”。促进资源节约，推动雨水资源积蓄利用方式根本转变，提高利用效率和效益。对于黄土高原地区的新农村建设有示范作用。
“三水汇源苞”的实践
该课题组主要研究人之一的马光炜介绍，为尽快实现这一理想，使获得的国家专利早日进入试验阶段，他与课题组开始和省、市、县、乡、村有关部门联系，并自筹资金10万元，于2006年9月在华池县元城镇龚河村开建了叠加型组合式溢水坝。
马光炜，甘肃华池人，长期关注黄土高原水利科学及生态修复建设，由他自主发明的科研成果——组合式溢水坝已于2007年获国家专利，并在华池、临洮两地成功实施。
马光炜介绍，该坝控制流域面积5平方公里，根据坝址的具体地质条件，设计分三层，分三期建设完成。第一层建设高度是12米，第二层建设高度是10米，第三层建设高度是10米。坝体设计总高度32米。设计坝顶溢水口宽4米，高2米，设计四十度外坡溢水槽宽4米，高1.5米。第一层坝建成后形成水面面积15亩。第二层坝建成后增加水面面积10亩。第三层坝建成后增加水面面积30亩。三层坝全部建成后，可以形成60亩水面面积。
该坝第一层建设高度12米部分，于2006年10月建成。它标志着叠加型组合式溢水坝这种新型坝系诞生了。它是集拦洪蓄水、淤地造田、灌溉养殖、防泥石流、科学成果转化、试验示范等综合效能于一体的水利工程。2007年9月开始满负荷运行至2010年。将两个雨季的洪水全部拦住，形成长400多米，宽30-40米的水面，一泓占地16000平米的水库波光潋滟，投放的鱼苗，到2010年大的鱼苗已长到13斤。而且水位一直保持在溢水口位置，使10万立方米的库容开始发挥着拦蓄泥沙作用。
马光炜介绍，该发明专利被认知后，很多农村村长找到他，要求在当地开展。他们给临洮县红旗乡墁坪村设计的“叠加型组合式溢水坝”于2008年3月开建。该坝选在两条沟的汇合处，控制流域面积50多平方公里，暴雨强度按100年一遇设计，第一期工程坝高20米，溢水口宽11米，高5米，库容50万立方米。2008年4月，建成一期工程坝高20米，设计库容50万立方米。现已发挥其综合效益，可使1000多亩土地得到灌溉，村里计划建万头牲畜场，规模养鸭、养鸡、养鱼等，可新增产值1500万元。
马光炜说：“后来，很多农民朋友给我来信、来电咨询。农村渴望了解这项技术，解决灌溉、生活用水，发展种植业、养殖业。我也盼望得到推广。”
讲起该坝建设，马光炜介绍，我们曾在2010年以华池建坝为参考，按每平方公里8万元计算，1000平方公里需要8000万元，就可对1000平方公里山区范围内进行叠加型组合式溢水坝第一层坝体体系，全面建设，完成水土流失治理第一阶段任务，形成星罗棋布的坝体群。
以华池县为例，主沟道长4公里以上的洪沟就有2000余条，如将叠加型组合式溢水坝在这些沟道里建成，就能形成50000多亩水面，缩小和南方农村自然条件差距，引导农民通过规模渔业家禽养殖、灌溉造林等一系列农业结构的变化，给农民朋友每年新增几亿至几十亿的经济收入。
马光炜指出，叠加型组合式溢水坝体系建成大的生态环境还将带来深远影响。
一个地区如果地面和地下储存水比较丰富，蒸发水汽量较多，内陆循环就比较活跃。
在南方，如该坝得到广泛应用，山区将出现大量的微型水库，可以将南方水面面积恢复到历史最好水平，把大量的水汽送往北方，实现空中的南水北调。同时可以根治水土流失及泥石流灾害。当坝体升高到一定高度时，山体不再受洪水侵蚀。在汛期将储存大量的降水，减轻江、河压力，起到很好的调蓄作用。
在北方，如叠加型组合式溢水坝得到广泛应用，将改变使用地区的干旱面貌，在汛期，可把百分之九十以上的雨水留住，从而留住了肥沃的土壤，有效补充地下水。在山区有计划地通过淤积方式，抬高河床、川地、沟壑营造出大片的土地。大幅度提高水分蒸发量，创造更多的降水条件，形成更多的降雨。有了水就可以大大加快植树造林的速度，从事规模家禽、鱼业养殖、灌溉。从根本上改变北方地区的干旱面貌，再造秀美山川。