黃土高原淤地壩建設所取得的巨大成就與經驗，是與科學研究分不開的。從西周到晚清，自勞動人民在生產實踐中創造了坡地修梯田，溝壑筑壩淤地等水土保持措施以來，其試驗研究工作也就相運而生。民國時期和建國初期，國家主管部門對淤地壩建設的推動，都是從開展科學研究入手，首先是建立科學研究機構。水利專家李儀址先生于1927年提出在溝道中修筑淤地壩，防治溝壑擴展，減少入黃泥沙的技術方案，作為治黃方略的一個重要組織部分付諸實施。20世紀40年代，國民政府農林部和黃委會，先后在天水和西安建立了水土保持實驗區，開展水土保持科學研究。1945年由國家投資，黃委會關中水土保持試驗區在西安市郊荊峪溝流域支溝上修建留淤土壩一座，控制流域面積2.6 km2，土方2萬m3，是黃河流域第一座“官辦”淤地壩。建國后，隨著水土保持事業的發展，水保科研機構也相應地發展。在此基礎上，根據各個時期的工作需要，采取試驗、示范、推廣相結合，室內實驗與野外試驗相結合，與教學單位和業務管理部門聯合攻關等不同形式，開展科學研究，在溝道侵蝕機理、淤地壩規劃布局、設計技術、施工技術、監測技術、管理技術等基礎理論和應用研究以及新技術、新方法、新工藝開發方面，取得了大量的研究成果。

　　新中國成立后，黃土高原科研單位和業務管理部門，在總結歷史經驗的基礎上，把筑壩淤地作為水土保持的一項重要工程措施，積極試驗、示范、推廣，其發展過程大致經歷了4個階段：

——試辦示范階段（1949—1957）

　　從1949年開始，在陜西省米脂縣試修淤地壩。1952年綏德水保站成立后，以綏德、米脂、佳縣、吳堡四縣為重點試辦區，積極宣傳推廣修壩淤地，兩年內筑壩214座，一般壩高5—10m ，單壩控制面積0.5 km2以下。1953年后，在晉、陜、蒙得到大面積推廣，筑壩淤地技術得到普及。西峰水保站也重點開展了塬面治理和溝壑治理的試辦與推廣，創建了南小河溝十八畝臺溝壑土壩。

——大發展階段（1959—1980 ）

　　由于前階段試辦成功，使群眾看到筑壩的好處。建立了以溝壩為中心的基本農田，在淤地壩施工中，各地大搞技術革新現和工具改革，較多地采用爆破松土、拖拉機碾壓、水槍沖土、水中倒土、水墜法筑壩技術，淤地壩有了突破性進展，建壩工效成倍提高，成本大幅度下降。僅1968年到1980年12年，共修淤地壩2.76萬座，可淤地3.3萬hm2。陜西省榆林、延安地區1973—1975年新增壩地17.6萬畝；山西省1970—1980年11年內新增壩地占1949—1987年內新增壩地的50.6%；內蒙古自治區黃甫川流域，70年代所修淤地壩占淤地壩總數的61.7％。但這段時間，有些地方在筑壩淤地中曾出現不按自然規律辦事的偏向，工程設計不合理，施工質量差。在1977—1978年兩次特大暴雨中，這部分工程遭到不同程度的水毀損失。但這段時期淤地壩的發展數量、壩系布設和施工技術都比過去有較大突破，而且在攔泥、淤地、增產上卓的成效。

——以治溝骨干工程為支撐的壩系建設新階段（1981—1992 ）

　　這一時期，雖然淤地壩建設速度比70年代減緩，但筑壩技術、效益則進一步提高。各地認真總結30年筑壩淤地經驗教訓，對淤地壩的壩系規劃、工程結構、設計洪水標準和防洪保收、建壩順序和規模、攔洪蓄水淤泥生產相結合、壩地水土資源高效利用、生產管理和維修養護等方面進行了大量研究，取得了重要成果，其中“以壩保庫、以庫保壩”、“小多成群有骨干”等經驗為群眾所共識。1986年以來，經國家計委批準立項，開始在黃河中游多沙粗沙區進行治溝骨干工程專項建設。由于有正規的設計，庫容比較大（大于50萬m3），不僅有攔泥庫容，而且有防洪庫容。因此，能夠起到“上攔下保”的控制作用，充分發揮攔泥、淤地、防洪、保收等綜合效益，在多次暴雨襲擊下，未發生垮壩現象。1986—2002年，共修建骨干工程約1500座，淤成壩地32.0萬hm2，保護川臺地1.87萬hm2。晉西、陜北一些開展淤地壩建設較好的小流域溝道已形成壩系，有些已接近相對穩定。

——壩系相對穩定建設研究階段

　　進入90年代中期，在國家“八五”攻關課題《多沙粗沙區溝道流域淤地壩壩系相對穩定研究》、“九五”水保科研基金課題《黃土丘陵溝壑區小流域壩系相對穩定及水資源開發利用研究》指導下，廣大科技人員以溝道壩系為主要研究對象，重點開展壩系相對穩定、溝道壩系水土資源開發利用、淤地壩運行管理機制、淤地壩的監測技術等方面的研究，并將研究區域和領域進一步擴大。科學試驗研究為領導決策，確立 “以支流為骨架、小流域為單元，骨干壩和中小型淤地壩相配套，建設溝道壩系”的思想起到了科技支撐作用。目前，黃土高原地區初步建成了以陜西省寶塔區碾莊溝、山西省離石縣陽坡、內蒙古準格爾旗川掌溝、甘肅省定西縣花岔、寧夏西吉聶家河等為代表的一大批小流域壩系，對壩系建設起到了積極的典型示范作用。

　　在試驗研究內容上，經過廣大科技人員幾十年的辛勤工作，在淤地壩的攔泥減蝕機理、壩系規劃、壩庫設計、工程施工、管理養護、新技術應用等方面取得了大量科研成果，并為黃土高原的淤地壩建設起到了科技支撐的作用。

—— 淤地壩攔泥減蝕機理研究，基本摸清了溝壑中產水產沙規律，為領導決策提供了科學數據

　　20世紀80年代以來，國家自然基金、水利部水沙基金、黃委會水保基金等相繼開展了河龍區間水沙變化分析研究，其中淤地壩攔泥減蝕作用分析是很重要的一部分。重點開展了小流域水沙變化、淤地壩減水減沙減蝕作用和效益計算方法研究，并對黃河來水來沙區域和趨勢進行了分析預測。淤地壩的減水減沙作用，從大量的調查的測量，得到每公頃壩地的攔泥量隨壩高不同而不同，壩愈高單位面積壩地攔泥量愈大；通過對河龍區間21條支流分析，淤地壩減沙量占水保措施減沙量的42%—80%，壩系的攔泥減沙效益是其它水保措施不能比的；淤地壩具有抬高基準面，防止溝道下切和溝岸坍塌、擴張的作用。據西峰水保站在南小河溝的觀測，該流域泥沙主要來自溝床下切，紅土瀉溜和坍塌，其侵蝕量占全流域產沙量的25.5%和60%左右；熊貴樞等用支流把口站的資料分析了無定河趙石窯以上壩庫的減蝕量，得到其減蝕作用約為多年平均輸沙量的20.8%。可見壩庫的減蝕作用是可觀的

——壩系規劃布局研究，使淤地壩建設逐步邁入規范化、科學化和區域化的軌道

　　淤地壩規劃是指壩系建設規劃。壩系建設的主要含義，就是在一條小流域內，規劃修建“小多成群有骨干”的土壩工程體系，做到遇洪水能攔，遇天旱能灌，淤地能種，水多能排，來沙能淤，種植安全。圍繞壩系建設，各地科研單位在規劃原則、工程結構、合理布局、建壩密度，洪水調節等方面開展了研究。1959年，綏德水保站在韭園溝小流域修筑淤地壩時，將一條溝道中的壩分為主壩與腰壩，攔截上游的洪水，保護壩地安全生產。此時開始出現“壩系”的概念。

　　此后，隨著淤地壩的增多，壩地防洪保收問題愈來愈突出，1961年，綏德水保站在壩地較多的王茂溝流域進行壩地防洪保收試驗研究時，有意識地進行壩系規劃。并提出壩系規劃的原則是“因地制宜，全面規劃，大小結合，蓄種相間，輪蓄輪種，計劃淤排”；在壩系布局上提出“全面利用，以排為主”和“蓄種相間，蓄排結合”兩種形式；在建壩順序上提出了支毛溝由下到上、干溝由上到下或上下結合的辦法。1970年以后，由于水墜壩技術的應用推廣，淤地壩發展到一個新階段，淤地壩不斷增多。淤地壩的壩系布設在王茂溝壩系布設的基礎上，各地結合實際，又開展了多種形式的壩系規劃研究工作。

　　七十年代中后期，黃河中游地區連續發生暴雨洪水毀壩事件，在總結二十年淤地壩建設經驗和洪水毀壩教訓的基礎上，提出壩系中應增加控制性骨干淤地壩（此即后來所說的骨干壩），1979年將王茂溝壩系規劃原則改為“因地制宜、全面規劃、骨干控制、滯洪排清、全面利用，一次設計、分期加高、防洪、攔泥生產相結合”，這一規劃布設與防洪保收原則，首先反映壩系應中增設骨干壩以提高其防洪能力；其次，它反映出淤地壩的結構以兩大件為主，以便于滯洪排清；再次，反映出壩系建設的目標是，長期發揮防洪、攔泥和生產效益，以便相對穩定的實現。

　　進入八十年代，壩系研究由建實體模型、總結經驗為主轉入理論研究為主的階段。1983年，綏德站應用正交試驗分析法，對小流域壩系的布壩密度、骨干壩位置、泄水建筑物形式（結構組成）、打壩順序及建壩時間間隔等進行優化研究；1987年黃委會第一期水保基金，研究提出了晉西、內蒙古、隴東、海東等不同類型區小流域壩系規劃的方法的總體布局；全面總結了無定河流域40多年來大型淤地壩的建設經驗，首次開發了集數據庫、模型庫、圖形庫及專家系統為一體的無定河治溝骨干工程決策系統；九十年代，利用非線性規劃技術以建壩高度和建壩時間為決策變量進行優化規劃研究，西北農大以淤地壩的攔泥壩高、滯洪壩高為決策變量，對壩系進行過優化研究；此外，山西省水保所也進行過該方面的研究。

　　與此同時，國家八五攻關項目和黃河水土保持科研基金項目，也曾設專題進行壩系相對穩定試驗研究，結合課題研究建立了榆林溝、韭園溝實體模型。

　　淤地壩防洪保收研究，綏德站于1979—1985年在王茂溝及黃土坬等五個壩系，進行壩系防洪保收觀測試驗，通過分析總結，得出在侵蝕模數1.8—2.0萬t/km2的地區，壩地面積相對穩定指標為流域面積的1/20，壩地高桿農作物的耐淹深不超過0.8m，耐淹時間為5—7天，耐淤厚度不超過0.3m/次。山西省水保所于90年代初，曾進行過防洪保收人工模擬試驗，其研究結果基本接近于前述指標。這些研究成果都為淤地壩的規劃和深入研究奠定了基礎。

——設計技術的研究，提高了淤地壩的防洪標準，使工程結構更趨合理

　　壩庫的設計技術主要開展了設計洪水標準、工程結構、最優土壩斷面確定的研究。

　　在設計洪水標準研究方面，建國初期，大部分地區缺少氣象水文資料，溝中修壩一般用調查洪水作為設計洪水，或用暴雨推求設計洪水。從50年代后期，各地有關單位經過研究提出適應一定范圍的小洪水設計計算方法與經驗公式，供部分地區使用；大部分無資料地區則引用鄰近地區暴雨資料來推求洪水。70年代以來，黃河流域各省（區）和許多地、市相繼編寫出當地的水文手冊、水文圖集等。1986年由黃河上中游管理局主持編寫《水土保持治溝骨干工程暫行技術規范》，由水利部頒發執行。同時各省（區）也根據工作需要，編寫了技術手冊，供設計用。陜西省編印了《陜西省水土保持骨干工程手冊》、山西省編印了《山西省淤地壩設計、施工實施細則》等。這些規范、規定的制定，使淤地壩建設走上了規范化道路。

　　在工程結構方面， 1953年起黃委會西北黃河工程局在中游地區建設溝壑工程，其設計標準、施工技術都參照水利工程中土壩建設的有關技術進行的，設計標準為P=10%，校核標準為P=5%—2%，設計攔泥年限為5—10年，壩體結構組成以“三大件”為主，也有少數壩不設溢洪道，施工方式均為夯實法，這些壩建設過程中在有關試驗站的配合下，做了大量的試驗觀測工作，取得了大量一手資料并由西北工程局總結編寫了《溝壑土壩工程設計手冊》、《設計工作細側》及《溝壑土壩施工簡則》，這是黃土高原地區第一套指導淤地壩建設的試驗研究成果。

　　與此同時黃委水科所，通過對中游地區四省332個筑壩土樣的試驗分析，研究確定了不同土料筑壩的經濟斷面，與水工土壩相比，顯著地減小了淤地壩的斷面，降低了筑壩成本。綏德站和榆林地區水電局，在總結多次洪水毀壩教訓的基礎上，得出了“減小壩控面積、提高設計標準、采用高壩大洞（兩大件）、以庫容制勝”的淤地壩建設指導思想，為后來骨干壩的建設提供了理論實踐依據。在提高淤地壩設計水平和設計效率方面，黃河上中游局和陜西省水保所從90年代初開始，進行了計算機CAD輔助設計探索和研究，極大地提高了淤地壩的設計效率和精度，目前，淤地壩設計中的洪水計算、調洪演算及制圖等，都可以在計算機上完成。

——筑壩技術的研究，加快了淤地壩的發展速度，提高了工效，降低了成本

　　淤地壩的施工技術主要是針對土壩施工而言的，傳統的施工方式主要有夯實和碾壓兩種，從五十年代開始，黃委水科所、山西水保所、天水站和綏德站等單位，先后在定向爆破法筑壩和水墜法筑壩等方面進行了大量的試驗研究，同時對特殊材料的筑壩方法也做了一些探索。

　　定向爆破筑壩技術，由山西省水保所于1958年首先在呂梁地區的兩座淤地壩的施工中試驗，此后天水水保站、西峰水保站與教學單位合作在土壩、水庫中進行了試驗。在試驗過程中，爆破藥量從幾十公斤到幾十噸，爆破土方從幾百方到幾萬方不等，由于沒有一個單位進行過系統的試驗研究，使得該項技術的研究未能推廣，在工程實踐中未得到有效應用。90年代黃河上中游管理局、陜西機械學院、清水河水保局三家聯合在內蒙古又進行了定向爆破—水墜筑壩試驗，這次試驗成功，解決了干旱少水、交通不便、缺乏大型機械地區筑壩的困難，為領導決策提供了科學數據。

　　水墜法筑壩技術，首先由黃委水科所和綏德站合作，于1958年在韭園溝進行試驗，采用了水中倒土、土中倒水、引水拉土等許多方法，為水力沖填技術的深化研究奠定了基礎。1973年黃委會與陜、晉兩省共同組成陜晉水墜壩試驗研究工作組正式開展研究，1979年成立黃河流域水墜壩試驗研究協調小組，至此，水墜筑壩技術在黃河流域乃至全國普遍推廣。主要技術要點是：水墜壩施工期的穩定計算、確定邊埂的寬度和質量、掌握好泥漿的濃度、控制好沖填速度、做好排水措施、經常進行觀測。該小組在短短幾年中取得科研成果80余篇，其中《水墜法筑壩》系列研究成果包括《水墜壩設計要點》、《水墜壩施工須知》及《水墜壩技術規范》等， 1978年獲全國科學大會科技成果獎，1981年獲國家科委和國家農委的“水墜壩的研究與推廣”獎，1985年獲國家科技進步二等獎。

　　水墜筑壩法由于對施工條件要求不高，成本底，技術簡單便于群眾掌握，而在黃土高原全面推廣。此外，特殊材料筑壩也曾進行過試驗研究。陜西、內蒙等地在蓋沙丘陵區，利用風沙土筑壩獲得成功。綏德站于九十年代初曾進行過砒砂巖筑壩材料的研究，包括砒沙巖的物理、力學性質、化學成份測試分析和凍融對力學性質影響的試驗，取得了大量第一手資料。由于種種原因，該項目未進行進一步的試驗研究。

——淤地壩管理技術的研究，明晰了產權，提高了壩地的經濟效益

　　淤地壩的管理養護包括平時管理養護、汛期防洪搶險、壩地防洪保收和防治鹽堿化等內容。

　　在平時管理養護方面，主要針對壩庫竣工后，如何保證淤地壩的安全和充分利用研究了一些措施。一般實行分級管理制度，縣辦縣管，鄉辦鄉管，村辦村管，建立工程管理委員會。

　　在汛期防洪搶險方面，主要針對防洪保壩保收，研究布置防洪搶險方案，壩庫出現險情時的技術處理措施，制定一些鄉規民約等。

　　在防洪保收方面，針對暴雨中莊稼被淹被沖，嚴重影響作物產量。總結出一套壩地防洪保收的辦法，其中比較普遍采用的是“上攔下排，中間淤漫”。在壩地上游修一座攔洪壩，攔住上游來的洪水；在壩地一側開挖排洪渠，把洪水有計劃地排走；同時在壩地上筑起滯洪圍堰，將部分洪水有計劃地引入壩地滯洪落淤。

　　在防治鹽堿化研究方面，針對有常流水的溝道，因鹽堿化的危害，壩地有1/3左右不能利用。從認識“鹽隨水來，鹽隨水去”的規律，總結出治理壩地鹽堿化的根本措施是排水。即：開挖排水溝，降低地下水位；打井挖泉，修池蓄水，排灌結合，變旱壩地為水壩地，降低地下水位；引洪漫地，墊土壓堿，將溝洪、坡洪、渠洪引入漫淤壩地，淋洗壩地土壤，降低含鹽量；種植水稻等耐堿作物。

——新技術、新材料應用研究，為淤地壩建設提供了科技支撐

　　自1986年起，山西省水保所，結合王家溝流域綜合治理，開展了“壩地防洪保收技術研究”課題。采用定位觀測和調查研究相結合的方法。在對全流域防洪能力分析的基礎上，對影響壩地防洪保收的有關因素進行了觀測、分析與研究；對壩地玉米、高梁進行了耐淹試驗。提出了影響壩地防洪保收幾個因素的量化指標：即壩地作物的耐淹程度；壩地防洪保收與洪水頻率和壩地面積與其所控制區間集流面積之比的關系（首先滿足壩地面積與其所控制區間集流面積之比大于1/50，分為三個階段：比值大于1/50的壩地屬初步利用階段，比值為1/30--1/50 的壩地屬基本保收階段，比值小于1/30的壩地可實現水沙平衡達到保收。），壩地受淹情況下土壤入滲特征（壩地土壤入滲率的大小，與淹水深度呈正相關；相同土壤在同一水質情況下，從初滲到穩定入滲的時間基本相同；清水從初滲到穩定入滲所需時間為48h，洪水則為168h；清水的穩定入滲率為0.17—0.24mm/min，洪水0.17—0.023mm/min，清水時的土壤穩定入滲是洪水時的10倍），壩地防洪保收與涵洞泄量的關系。壩地玉米、高粱所允許的淹水深度和耐淹時間（在同一淹水深度下，淹水時間短的受害輕，淹水深的受害重；在同一淹水歷時內，淹水淺的受害輕，淹水深的受害重。在同等條件下，玉米受害程度較重，高粱受害程度較輕，即高粱的耐淹性能優于玉米。清水和模擬洪水對作物危害較輕，天然洪水危害較重。結合七月上、中旬壩地作物高度，可將最大淹水深度80厘米、淹水時間7天作為壩地防洪保收的臨界值，以此設計壩地排洪設施的斷面尺寸。）。當壩地面積發展到適宜采取防洪保收措施時，在壩地一側開挖排洪渠是使壩地達到防洪保收目的的有效途徑。提出了《壩地防洪保收技術要點》。

　　自1981年起，黃河上中游管理局在黃河中游淤地壩中進行了植物護坡土壩過水試驗。1981年—1988年，山西省水保所，鑒于壩地建設中普遍存在防洪標準低，容易引起洪水漫頂導致垮壩問題，根據山區溝道洪水峰高、量小、歷時短的特點，為探求有效又易推廣的淤地壩護坡措施，在離石縣、中陽縣、平陸縣開展了植物護坡試驗。選用野牛草、羊草和檸條、紫穗槐、狗牙根等灌木和草本植物，研究其抗沖性能和防護效果，獲得成功。

　　1986年水利部水科院和伊盟水利處合作，在武家溝壩的寬淺式溢洪道上分別鋪設了三合土，水泥土和磚塊，進行過洪試驗，1989年先后過流五次，累計過流時間6小時40分，堰頂最大水深2.1m，最大單寬流量4.42m3/.s，溢洪道三種護面材料未被沖刷，且經受了四個寒暑的考驗；1985年—1989年水利部水科院，山西水保局，黃河中上游局聯合在嵐縣上明水庫土質溢洪道上進行石灰土，水泥土護面過水防沖試驗，1988年汛期每天過水，最大過水1.2m，溢洪道護面完好無損，在經過最底-20°C低溫考驗后也無凍脹、裂縫現象。

　　1956年，甘肅省定西地區水保站，在安家溝小流域內修一座高20.5m，庫容35m3，淤地100余畝。壩地含堿量高，不能種糧食作物。1978年在壩地四周修防洪堤、挖排洪渠、排堿渠，并建造“隔離層”，進行隔離試驗。在此基礎上，壩地全部種紅柳，取得成功。從70年代起，綏德水保站開始研究壩地鹽堿化的解決辦法，并進行了推廣。

　　1989年寧夏自治區水保學會，在彭陽縣陽洼小流域水墜壩中進行了聚就乙烯微孔波紋管網狀排水試驗，經自治區科委組織鑒定，認為該排水系統用于水墜壩排滲，在高含粘量不透水溝床中建造水墜壩，替代沙井、沙溝和褥墊等排水設施效果良好，屬于首創，其成果具有國內領先水平。

　　1992年7月，黃河中游治理局開展《聚乙烯微孔波紋管網狀排水系統用于水墜壩排滲》研究，在甘肅定西播山溝（中壤土、格網狀排水）和莊浪堡子溝（重壤土、格網狀排水）青海樂都干條灣（重壤土、束網狀排水）及寧夏西吉高同、下坪（重壤土、盲管排水）進行對比試驗，取得了予期成果。（黃河上中游管理局供稿）