內(nèi)蒙古開發(fā)建設(shè)項目水土流失特點與監(jiān)測技術(shù)探討

郭百平，于亞文，王志軍

(內(nèi)蒙古自治區(qū)水土保持監(jiān)測站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

1 內(nèi)蒙古開發(fā)建設(shè)項目現(xiàn)狀與水土流失特點

內(nèi)蒙古資源豐富，特別是煤炭資源十分豐富，現(xiàn)已探明煤炭資源儲量7413.9億t，居全國第一位，已成為全國重要的能源保障基地。近幾年全國經(jīng)濟發(fā)展對煤炭的需求增長在很大程度上拉動了內(nèi)蒙古的經(jīng)濟增長，2010年內(nèi)蒙古的GDP突破10000億元大關(guān)。除礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開發(fā)外，其他開發(fā)建設(shè)活動也很活躍，“十一五”末，全區(qū)公路總里程達到15.7萬km，其中高速公路2365km，一級公路3387km。近年來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度加快，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速形成，并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量870萬kW，居全國首位。據(jù)統(tǒng)計，“十一五”期間，全區(qū)各級水行政主管部門批復(fù)的各類開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案達2643個，涉及水土流失防治責(zé)任范圍6614km2，設(shè)計棄土棄渣量33.9億t。大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)活動在支撐全區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，對生態(tài)環(huán)境造成了極大的壓力，人為水土流失呈現(xiàn)出上升趨勢。

近年來隨著開發(fā)建設(shè)項目水土保持工作的不斷深入，特別是《開發(fā)建設(shè)項目水土保持設(shè)施驗收管理辦法》(水利部16號令)頒布實施以來，開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測工作已逐漸被社會所接受，得以快速推進。但據(jù)2009年的統(tǒng)計資料，全區(qū)開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測率還不到24%。

總結(jié)現(xiàn)場調(diào)查情況，內(nèi)蒙古開發(fā)建設(shè)項目水土流失呈現(xiàn)出以下特點:

(1)水土流失范圍廣。內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)資源種類多、儲量大、分布廣，隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開發(fā)，交通、水利、電力等相關(guān)建設(shè)活動日趨增多增強。從呼倫貝爾草原到阿拉善荒漠從黃土丘陵溝壑區(qū)到大興安嶺山地，從農(nóng)村到城市，各類開發(fā)建設(shè)活動遍地開花。開發(fā)建設(shè)活動不可避免地造成了大面積的土地開挖和植被破壞，并產(chǎn)生了大量棄土、棄渣，加劇了區(qū)域水土流失。

(2)類型多樣。區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，東西部氣候差異大，加之各類開發(fā)建設(shè)活動的類型不同，生產(chǎn)工藝、施工工藝與施工時序安排存在較大差異，造成水土流失類型多樣、形式復(fù)雜，水力、風(fēng)力、重力侵蝕等多種侵蝕類型在空間上疊加，在時間上交替出現(xiàn)。

(3)危害大。開發(fā)建設(shè)項目施工及生產(chǎn)過程中的場地平整、開挖、堆填，客觀上造成地表裸露和大量松散堆積物的存在，重塑地貌甚至是改變水系，加劇了水土流失，特別是在雨季防護措施不到位的情況下，極易形成滑坡、崩塌、局部洪水泛濫，造成危害發(fā)生。主要危害有:淤積河道，降低水庫、灌溉渠道的使用壽命，埋壓農(nóng)田、草場、交通設(shè)施，威脅工程安全運行，影響周邊居民的生產(chǎn)和生活，特別是火電廠的貯灰場、金屬礦的尾礦庫干灘受風(fēng)力侵蝕時間長、強度大，給周邊居民生活造成的不良影響持續(xù)時間長、危害大。

(4)治理難度大。長期以來，開發(fā)建設(shè)活動中的表土剝離和利用一直未能得到建設(shè)單位和施工單位的高度重視，也未得到有效監(jiān)控，致使十分寶貴的表土資源白白喪失，對后期的植被恢復(fù)造成了很大困難。另外，煤礦及非煤礦山的露天開采一方面造成大面積的土地挖損和植被破壞，另一方面疏干水的排放造成水資源的浪費和地下水位的降低，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成不利影響，后期治理難度很大。

2 內(nèi)蒙古開發(fā)建設(shè)項目水土流失類型與分布

總體來講，人為活動的影響加劇了區(qū)域水土流失。從近年來對全區(qū)大中型開發(fā)建設(shè)項目水土流失調(diào)查和監(jiān)測的結(jié)果來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)開發(fā)建設(shè)項目水土流失的類型主要有水力、風(fēng)力和重力侵蝕3種。

2.1 水力侵蝕

幾乎所有的開發(fā)建設(shè)項目均會造成地表強烈擾動和植被破壞，甚至是重塑地貌，進而加劇水力侵蝕。最常見的水力侵蝕形式主要有面蝕和淺溝侵蝕，其中面蝕發(fā)生于各種地貌形態(tài)和擾動單元，淺溝侵蝕主要發(fā)生在有一定匯水面積的斜坡上。開發(fā)建設(shè)項目特有的現(xiàn)象是在未順接至自然溝道或低洼處的排水溝末端極易造成淺溝甚至是切溝侵蝕。切溝侵蝕多見于大型排土場，排土場平臺徑流若不能有效攔蓄，常匯集到地形低洼處，在平臺與邊坡交接處形成切溝，一直發(fā)展到邊坡底部，造成嚴重的水力侵蝕。水力侵蝕從空間上講主要分布于內(nèi)蒙古中東部地區(qū)，從時間上講主要分布于每年的6—8月份。

2.2 風(fēng)力侵蝕

從空間分布上講，內(nèi)蒙古風(fēng)蝕主要發(fā)生在中西部及區(qū)內(nèi)幾大沙漠沙地風(fēng)蝕區(qū)、風(fēng)蝕水蝕復(fù)合侵蝕區(qū)，區(qū)域自然條件特點是氣候干旱、年降水量不超過400mm，土壤類型以風(fēng)沙土為主。地面組成物質(zhì)以風(fēng)沙土為主的地區(qū)，只要施工擾動破壞了地面植被，風(fēng)蝕就會加劇;地面組成物質(zhì)為黃土狀物質(zhì)、黑鈣土的地區(qū)，機械碾壓強度大的擾動單元風(fēng)蝕也很強烈。從時間上講，由于全區(qū)大部分地區(qū)每年3—5月份的平均風(fēng)速最大，與風(fēng)速分布相對應(yīng)，3—5月是風(fēng)蝕最為強烈的時間段。從擾動形態(tài)上講，挖損、堆積均會造成風(fēng)蝕加劇，在堆積形態(tài)中，以火電廠貯灰場、金屬礦尾礦庫干灘風(fēng)蝕最為強烈。

2.3 重力侵蝕

重力侵蝕在開發(fā)建設(shè)項目建設(shè)區(qū)并不普遍，其形式主要有崩塌、滑坡和陷穴?；轮饕l(fā)生在大的開挖或堆土邊坡，如位于溝谷中的工業(yè)場地的開挖邊坡、露天采掘場邊坡、排土場邊坡，發(fā)生滑坡的主要原因是基巖巖性軟弱、邊坡較陡、人工邊坡高差較大或堆土高度較高、截排水措施不到位等。崩塌主要發(fā)生在比較陡峭的人工開挖邊坡，如非等級道路邊坡、取土場邊坡、工業(yè)場地開挖邊坡，一般規(guī)模較小。陷穴主要發(fā)生在黃土或黃土狀堆積物較深厚的堆土層中，如排土場平臺外側(cè)靠近邊坡處。

3 開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測技術(shù)路線

水土保持監(jiān)測實施方案是直接用于指導(dǎo)監(jiān)測工作的重要的技術(shù)文件，制定一個科學(xué)的、可操作的實施方案是保障開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測成果質(zhì)量的關(guān)鍵。監(jiān)測技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)項目的建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模、建設(shè)活動擾動方式、項目區(qū)自然條件和水土流失特點、建設(shè)活動對水土流失的影響等制定切實可行的水土流失監(jiān)測方案，并付諸實施。在監(jiān)測過程中，還應(yīng)根據(jù)開發(fā)建設(shè)項目的變更情況與監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的問題，及時修正監(jiān)測方案，收集和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)建設(shè)單位有效防治建設(shè)過程中的水土流失。具體的監(jiān)測技術(shù)路線如下:

(1)收集有關(guān)資料。包括項目區(qū)地形地貌、地質(zhì)、水文、氣象、土壤、植被、水土流失與水土保持、土地利用現(xiàn)狀等自然概況和社會經(jīng)濟概況的資料，建設(shè)工程總體布局圖、進度安排、施工工藝、棄土棄渣特點等主體工程設(shè)計資料，水土保持方案及其批復(fù)文件，掌握水土保持工程布局和要求。

(2)進行現(xiàn)場調(diào)查。確定項目建設(shè)區(qū)、水土流失防治分區(qū)。

(3)制定監(jiān)測方案。根據(jù)收集的各方面資料和現(xiàn)場勘查情況，按照《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》和水利部《關(guān)于規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測工作的意見》，制定監(jiān)測方案，確定監(jiān)測范圍并分區(qū)，確定監(jiān)測內(nèi)容、指標、時間和頻次，確定監(jiān)測點位和觀測設(shè)施類型。

(4)布設(shè)監(jiān)測點和監(jiān)測設(shè)施。

(5)開展調(diào)查和觀測工作，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(6)整理、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，編制監(jiān)測報告。

4 水土流失監(jiān)測方法探討

由于目前設(shè)計階段水土保持方案中的水土保持監(jiān)測方案針對性不強、操作性差，實施階段監(jiān)測人員對建設(shè)項目的水土流失特點把握不準，監(jiān)測點位布設(shè)不合理、代表性差;監(jiān)測技術(shù)與方法不成熟，監(jiān)測數(shù)據(jù)不全面、不系統(tǒng);項目建設(shè)區(qū)在建設(shè)過程中處于持續(xù)的擾動和變化中，監(jiān)測點位的布設(shè)受到種種限制;監(jiān)測單位片面地為建設(shè)單位過關(guān)服務(wù)［1］，技術(shù)力量和設(shè)備投入嚴重不足，很少在數(shù)據(jù)的采集與分析方面下工夫等原因造成監(jiān)測數(shù)據(jù)難以真實反映開發(fā)建設(shè)項目的水土流失狀況水土流失監(jiān)測是開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測的核心，積極探索開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測的技術(shù)與方法，提高監(jiān)測技術(shù)水平和成果質(zhì)量，有效監(jiān)控開發(fā)建設(shè)項目水土流失狀況，對指導(dǎo)水土流失防治具有重要意義。

4.1 水力侵蝕監(jiān)測方法探討

根據(jù)《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》，開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測可采用徑流小區(qū)、控制站、簡易觀測場(插釬法)、簡易坡面量測法(體積法)等方法。具體采用什么方法，應(yīng)在充分了解區(qū)域自然概況、主體工程施工擾動特點、預(yù)判可能發(fā)生的水土流失類型與形式的基礎(chǔ)上，合理選擇、組合上述監(jiān)測方法，布置監(jiān)測設(shè)施。

(1)徑流小區(qū)是一種有效的、可考慮首選的水力侵蝕監(jiān)測方法，適用于擾動面、棄土棄渣等形成的水土流失坡面的監(jiān)測，不適用于純棄石組成的堆積物的監(jiān)測。對大量開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測設(shè)施的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實際工作中，徑流小區(qū)布設(shè)存在的問題主要有:未充分考慮主體工程施工進度與工序，與施工單位溝通不夠，小區(qū)布設(shè)于活動的邊坡，受施工影響較大;未考慮地形條件和匯水情況，缺少截水措施;多數(shù)監(jiān)測小區(qū)面積過小，不具有代表性。開發(fā)建設(shè)項目人工邊坡的坡長、坡度因項目區(qū)地形地貌特點和工程特點差異很大，徑流小區(qū)規(guī)格受地形條件和下墊面的制約。在采用徑流小區(qū)觀測時應(yīng)注意:選擇相對固定的邊坡;徑流小區(qū)的長度最好選擇全坡長;在布設(shè)時應(yīng)進行適當處理，防止上游徑流匯入徑流小區(qū)影響觀測數(shù)據(jù)的準確性和代表性;布設(shè)原地貌徑流小區(qū)。

(2)簡易觀測場(插釬法)適用于項目區(qū)內(nèi)類型復(fù)雜、分散、暫不受干擾或干擾少的棄土棄渣及不便于設(shè)置徑流小區(qū)或控制站的土狀堆積物的水土流失的監(jiān)測。采用簡易觀測場(插釬法)應(yīng)注意:選擇棄土場固定坡面，最好在相應(yīng)坡度原地貌設(shè)置對照觀測場;選址時應(yīng)盡量排除棄土場外圍來水的影響，建立必要的截水系統(tǒng);測釬間距不應(yīng)小于2 m，以避免觀測活動的影響;應(yīng)考慮沉降對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。

(3)簡易坡面量測法(體積法)適用于暫不擾動的臨時土質(zhì)開挖面或堆土坡面的水土流失量的測定。其方法是根據(jù)調(diào)查樣區(qū)內(nèi)侵蝕溝的形狀、尺寸計算出侵蝕溝的體積，然后利用土壤容重換算出土壤流失量，通過溝蝕占水蝕的比例計算總的土壤流失量。此方法一般是在發(fā)生侵蝕性降雨后選擇有代表性的侵蝕坡面進行調(diào)查，在坡面的上、中、下部均勻布設(shè)觀測斷面，將侵蝕溝斷面概化為V形、U形或其他形狀，量測侵蝕溝尺寸。

值得注意的是，在暴雨后項目建設(shè)區(qū)可能出現(xiàn)數(shù)量不多的切溝侵蝕，具有典型性，但不具代表性，應(yīng)逐個進行調(diào)查與評價。

(4)控制站適用于地面擾動程度大，棄土棄渣基本集中在一個或幾個小流域(或集水區(qū))范圍內(nèi)的開發(fā)建設(shè)項目。布設(shè)時應(yīng)考慮利用或新建原地貌控制站。對于一些點式工程，利用初期建立的排水系統(tǒng)代替控制站不失為一種有效實用的監(jiān)測方法，應(yīng)注意除觀測懸移質(zhì)外，還應(yīng)于退水后量測稱重排水系統(tǒng)沉積的泥沙量。

4.2 風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法探討

風(fēng)力侵蝕常用的監(jiān)測方法主要有集沙儀法、測釬法、降塵缸法等，適用于地表組成物質(zhì)為風(fēng)沙土的風(fēng)蝕區(qū)、水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)的建設(shè)項目以及火電項目的貯灰場、冶金項目的尾礦庫干灘的風(fēng)力侵蝕監(jiān)測。

(1)集沙儀是一種測量風(fēng)沙流強度的儀器，可收集近地不同高度氣流的挾沙量(主要是躍移量和蠕移量)，計算出距離地面不同高度的單位時間單位面積(或?qū)挾?的輸沙量，即輸沙率［g/(cm2·min)］。其不足之處:一是儀器本身對風(fēng)沙流的影響較大;二是一般集沙儀無標定系數(shù)，無法直接求得侵蝕模數(shù)，要由輸沙率推算侵蝕模數(shù)，必須通過風(fēng)洞試驗厘定侵蝕模數(shù)與輸沙率的關(guān)系。

(2)測釬法簡單易行，便于操作，一般于一次大風(fēng)過后或每15天測定一次測釬高度的變化量，得到風(fēng)蝕厚度或風(fēng)積厚度可直接計算出侵蝕量，但其觀測精度較低。

(3)降塵缸主要用于收集低空懸浮沙塵，觀測得到的是一定時段內(nèi)單位面積的懸移沙塵量(g/m2)，但懸移沙塵量在風(fēng)蝕總量中所占比例很小，一般不足5%［2］，因此降塵缸法只能作為輔助方法應(yīng)用。

具體監(jiān)測時，應(yīng)選擇有代表性的原地貌作為對比區(qū)，并根據(jù)監(jiān)測條件，選擇上述一種或多種方法，以獲得比較全面、可靠的水土流失數(shù)據(jù)。

4.3 重力侵蝕監(jiān)測方法探討

由于現(xiàn)行的《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》對重力侵蝕的預(yù)測未作明確規(guī)定，目前開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案報告書中水土流失預(yù)測章節(jié)均未對重力侵蝕進行預(yù)測，已驗收的開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測報告中均未反映重力侵蝕情況。重力侵蝕在開發(fā)建設(shè)項目中雖不普遍，但確實存在，并且一旦發(fā)生，危害很大?！端帘３直O(jiān)測技術(shù)規(guī)程》對重力侵蝕監(jiān)測提出了一些基本規(guī)定，今后有必要加強對重力侵蝕的監(jiān)測。重力侵蝕的發(fā)生往往存在突發(fā)性，除有條件的項目可對滑坡進行布點連續(xù)監(jiān)測外，一般可采用調(diào)查法，利用GPS確定侵蝕位置和范圍，結(jié)合使用測繩、皮尺等工具進行量測，計算侵蝕量，同時調(diào)查侵蝕造成的危害情況和損失。

5 結(jié)語

開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測的重點時段是建設(shè)期，而建設(shè)區(qū)在建設(shè)期處于持續(xù)擾動狀態(tài)，加之開發(fā)建設(shè)項目類型多樣情況復(fù)雜、特點各異，客觀上增加了監(jiān)測工作的難度。開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測工作尚處于推進階段，具體的開發(fā)建設(shè)項目的水土流失監(jiān)測方法的確定應(yīng)在充分了解項目建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模、建設(shè)活動擾動方式、項目區(qū)自然條件和水土流失特點、建設(shè)活動對水土流失的影響等因素的基礎(chǔ)上，選擇一種或多種監(jiān)測方法，或不同方法交替運用，并注意吸收水土保持科研成果以實現(xiàn)客觀反映開發(fā)建設(shè)項目水土流失狀況的目標。

［1］姜德文.開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測與監(jiān)控探討［J］.中國水土保持，2010(5):10－12.

［2］張洪江.土壤侵蝕原理［M］.北京:中國林業(yè)出版社，199971.