寧波市周公宅水庫工程水土保持監(jiān)測與評價(jià)

崔 丹,聶國輝

(1.浙江省水利河口究院,浙江 杭州 310020;2.浙江省水土保持監(jiān)測中心,浙江 杭州 310009)

1 工程及工程區(qū)概況

寧波市周公宅水庫工程位于甬江流域奉化江支流大皎溪上。壩址以上控制流域面積132 km2,水庫總庫容1.12億m3。主要任務(wù)為供水、防洪結(jié)合發(fā)電。工程主要建筑物包括攔河壩、二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等。攔河壩為雙曲混凝土拱壩,最大壩高125.50 m,引水隧洞全長約1.63 km;發(fā)電廠房為引水式地面廠房,裝機(jī)容量1.26MW。工程開挖土石方107.09萬m3,棄渣50.39萬m3,設(shè)棄渣場3處,開采料場1處,開采石方37萬m3。大壩主體工程于2003年2月18日正式開工建設(shè),2006年4月底水庫正式下閘蓄水,同年12月,大壩土建工程基本完成。

工程所在的甬江流域年均降水量1829 mm,多年平均氣溫16.3℃。工程區(qū)地質(zhì)情況良好,土壤以山地黃泥土和黃泥土為主,森林覆蓋率達(dá)65%。工程區(qū)屬于國家級水土流失重點(diǎn)防治區(qū)中的東南沿海開發(fā)監(jiān)督區(qū)和浙江省省級水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)范圍。水土流失類型以地表徑流沖刷引起的水力侵蝕為主,土壤侵蝕強(qiáng)度為微度至中度。

2 監(jiān)測時(shí)間及內(nèi)容

2.1 監(jiān)測時(shí)間和頻次

水土流失量的定點(diǎn)監(jiān)測在每年的4—10月基本每月1次,日降雨量大于50 mm的雨后加測1次,10月至次年4月,每2月1次,植被生長情況、攔擋設(shè)施完好率每年4月、10月各監(jiān)測1次,水土流失危害情況普查每年進(jìn)行1次,雨量的觀測利用壩址下游皎口水庫雨量站常年進(jìn)行。

2.2 主要監(jiān)測內(nèi)容

該工程水土保持監(jiān)測內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)水土流失防治責(zé)任范圍、擾動(dòng)地表面積監(jiān)測。

(2)土石方挖填及棄渣量監(jiān)測。

(3)水土流失量監(jiān)測。

(4)水土流失防治措施數(shù)量與質(zhì)量監(jiān)測。包括水土保持工程措施、植物措施、臨時(shí)防護(hù)措施的實(shí)施數(shù)量、質(zhì)量,防護(hù)工程穩(wěn)定性、完好程度、運(yùn)行情況;林草種植面積、成活率、生長情況及覆蓋度變化等。

(5)水土流失危害監(jiān)測。主要監(jiān)測工程建設(shè)期水土流失程度的發(fā)展和水土流失對周邊河道、沿線村莊以及農(nóng)田的影響。

2.3 監(jiān)測的重點(diǎn)地段選擇

根據(jù)工程建設(shè)特點(diǎn),結(jié)合施工進(jìn)度和擾動(dòng)地貌情況,選擇石料場、棄渣場、施工區(qū)、道路、水土流失背景值和水土流失危害等重點(diǎn)地段進(jìn)行水土保持監(jiān)測,全面了解工程建設(shè)產(chǎn)生的水土流失等情況及對區(qū)域的影響。

(1)石料場。在壩址上游0.8 km的樓梯弄石料場處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。

(2)棄渣場。分別在廠區(qū)棄渣場、壩區(qū)棄渣場和庫區(qū)棄渣場各設(shè)置1處監(jiān)測點(diǎn)。

(3)施工區(qū)。在壩區(qū)下游左岸施工布置區(qū)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。

(4)道路。在上壩公路設(shè)置2處監(jiān)測點(diǎn),在大壩上游施工道路和通往棄渣場的施工道路各設(shè)置1處監(jiān)測點(diǎn)。

(5)水土流失背景值監(jiān)測。共設(shè)置2處,一處徑流小區(qū),設(shè)置在管理區(qū)下游未擾動(dòng)的自然坡面上;另一處為(Cs-137)采樣點(diǎn),設(shè)置在水庫上游的毛竹林處。

(6)水土流失危害監(jiān)測。主要監(jiān)測工程建設(shè)期水土流失程度的發(fā)展和水土流失對周邊區(qū)域的影響。

3 主要監(jiān)測方法

3.1 調(diào)查監(jiān)測[1]

包括擾動(dòng)面積及措施實(shí)施情況監(jiān)測、植被覆蓋度監(jiān)測、攔擋設(shè)施完好率及效果監(jiān)測等。

(1)擾動(dòng)面積及措施實(shí)施情況監(jiān)測。通過實(shí)地調(diào)查和現(xiàn)場實(shí)地勘測,采用GPS定位儀結(jié)合1∶5000地形圖、照相機(jī)、標(biāo)桿、尺子等工具,按標(biāo)段測定不同工程和標(biāo)段的地表擾動(dòng)類型和不同類型的面積。對于水土保持措施實(shí)施情況,除現(xiàn)場巡查外,還可通過查閱有關(guān)的施工和監(jiān)理資料的方式了解有關(guān)情況。

(2)植被覆蓋度監(jiān)測。選有代表性的地塊作為標(biāo)準(zhǔn)地,喬木林10 m×10 m(根據(jù)情況或選5m×5m)、灌木5 m×5 m、草地2 m×2 m,分別觀測并計(jì)算林地郁閉度、草地蓋度和各類型區(qū)林草覆蓋率。標(biāo)準(zhǔn)地共設(shè)置3處,分別為廠區(qū)棄渣場、石料場和施工區(qū)。此外,對各植被恢復(fù)區(qū)進(jìn)行全面的巡查,全面了解工程區(qū)的植被恢復(fù)情況,及時(shí)向建設(shè)單位或監(jiān)理單位反映,及時(shí)做好管護(hù)和補(bǔ)植等措施。

(3)攔擋設(shè)施完好率及效果監(jiān)測。對攔擋設(shè)施完好和攔護(hù)效果的監(jiān)測主要采用巡查法,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向建設(shè)單位或監(jiān)理單位反映,及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

3.2 地面定位監(jiān)測

對不同地表擾動(dòng)類型侵蝕強(qiáng)度的監(jiān)測采用地面觀測方法。主要采用簡易水土流失觀測場、侵蝕溝 (或細(xì)溝狀面蝕)樣方測量法、沉砂池法、簡易徑流小區(qū)法、示蹤元素(Cs-137)法,并以簡易水土流失觀測場和侵蝕溝 (或細(xì)溝狀面蝕)樣方測量法為主。同時(shí)觀測降雨量和降雨強(qiáng)度等情況。

(1)簡易水土流失觀測場。將鋼釬分上中下、左中右縱橫各3排 (共9根)沿坡面垂直方向打入坡面,留有10 cm的長度,在釘帽上涂上紅漆,編號登記入冊。每次監(jiān)測時(shí),通過觀測釘帽出露地面高度來計(jì)算土壤侵蝕深度和土壤侵蝕量。同時(shí)需在觀測場旁邊設(shè)立警示牌,一方面起到宣傳水土保持監(jiān)測的作用,另一方面標(biāo)示觀測場的位置,以便其它人員也能順利找到。

在應(yīng)用過程中,共設(shè)置簡易水土流失觀測場4處,全部為上壩公路的填方邊坡,由于棄渣場在施工過程中擾動(dòng)頻繁,故此方法不適合棄渣場監(jiān)測。

(2)侵蝕溝 (或細(xì)溝狀面蝕)樣方測量法。在已經(jīng)發(fā)生侵蝕的地方,通過選定樣方,測定樣方內(nèi)侵蝕溝的數(shù)量和大小來確定侵蝕量。侵蝕溝樣方設(shè)置1處,位于上壩公路K0+600～K1+000 m間堆土邊坡,邊坡平均坡度30°。

(3)沉砂池法。通過收集沉砂池中的沉積物來計(jì)算土壤流失量。該工程沉砂池布置在上壩公路的邊溝上,控制坡面面積2500 m2,省去了修建配套的截排水溝、擋墻等設(shè)施。

(4)簡易徑流小區(qū)法。在管理區(qū)下游未擾動(dòng)的自然坡面上布設(shè)垂直投影長20 m,寬5 m,用混凝土圍成的矩形小區(qū),在較低的一端安裝收集槽和測量設(shè)備,測量徑流量和土壤流失量。

(5)示蹤元素 (Cs-137)法。選用水庫上游30余年來基本未發(fā)生侵蝕或堆積的大面積平坦山頂作為基準(zhǔn)點(diǎn),通過取土樣進(jìn)行Cs-137活度檢測,來監(jiān)測水土流失背景值[2]。

(6)雨量觀測。選擇壩址下游皎口水庫雨量站實(shí)測值作為參照雨量,不再單獨(dú)設(shè)置雨量觀測設(shè)施。

4 監(jiān)測結(jié)果及評價(jià)

4.1 防治責(zé)任范圍

經(jīng)批復(fù)的水土流失防治責(zé)任范圍為88.43 hm2,其中項(xiàng)目建設(shè)區(qū)63.81 hm2(主要是壩址區(qū)、廠址區(qū)、料場、道路、棄渣場等),直接影響區(qū)24.62 hm2(拆遷安置區(qū)、專項(xiàng)工程改建區(qū)、庫岸及管理區(qū)等)。根據(jù)水土保持監(jiān)測,工程實(shí)際發(fā)生的水土流失防治責(zé)任范圍299.47hm2,包括項(xiàng)目建設(shè)區(qū)53.58 hm2(包括庫區(qū)渣場占地面積3.6 hm2),直接影響區(qū)48.46 hm2,水庫淹沒區(qū)197.43 hm2。防治責(zé)任范圍變化的原因主要有以下幾個(gè)方面。

(1)水庫淹沒面積197.43 hm2納入水土流失防治責(zé)任范圍。

(2)二道壩至電站廠房尾水渠出口下游50 m的河道補(bǔ)充了2.2 km的河道整治、460 m的交通道路以及交通橋、停車場等項(xiàng)目。

(3)原設(shè)置在寧波市區(qū)的管理區(qū)從新建改為二手房收購的形式,不屬于該工程的水土流失防治責(zé)任范圍。

(4)工程取消了引水系統(tǒng)調(diào)壓井的布置。

(5)壩區(qū)的施工臨時(shí)設(shè)施布置區(qū)由大壩下游改為壩址上游、且部分占地位于水庫淹沒范圍以下。

(6)施工時(shí),工程所需骨料全部采用人工軋制,取消了設(shè)置在壩址下游的砂礫料場。而石料場改選為壩址上游的 “樓梯弄”石料場。

(7)棄渣場由6處核減為3處,且只有庫區(qū)棄渣場的位置與原設(shè)計(jì)方案一致。

(8)該工程的移民安置交由地方政府負(fù)責(zé),其安置區(qū)的施工不屬于該工程的建設(shè)內(nèi)容。

4.2 水土保持措施評價(jià)

將項(xiàng)目防治責(zé)任范圍分為8個(gè)防治區(qū)分區(qū)進(jìn)行防治,為位于大壩樞紐至二道壩之間壩址區(qū)、廠址區(qū)、施工輔助企業(yè)職工生活區(qū)、棄渣場區(qū)、場內(nèi)外道路區(qū)、水庫環(huán)庫庫岸區(qū)、料場區(qū)、其它工程區(qū)。根據(jù)對周公宅水庫工程建設(shè)區(qū)域采取的防護(hù)措施 (包括邊坡防護(hù)、攔擋、排水、植被恢復(fù)措施等)的監(jiān)測,分區(qū)水土保持措施適宜,水土保持工程的總體布局合理,防護(hù)效果明顯。工程的各項(xiàng)水土保持工程建成后,運(yùn)行情況良好,起到了較好的水土保持作用,達(dá)到了水土流失防治預(yù)期的效果。

4.3 水土保持治理達(dá)標(biāo)評價(jià)

監(jiān)測結(jié)果表明:工程采取的攔擋、排水、植物措施等均能起到了很好的防護(hù)作用;擋渣墻、棄渣場的排水及植被恢復(fù)措施的攔渣效果也較好,總的攔渣率為98.75%;工程區(qū)可采取植物措施的區(qū)域基本采取了植被恢復(fù)措施,林草植被恢復(fù)率為99.23%,項(xiàng)目建設(shè)區(qū)林草覆蓋率為53.90%,起到了保持水土的作用。根據(jù)監(jiān)測,工程建設(shè)期間共計(jì)產(chǎn)生土壤流失13470 t,采取措施后的區(qū)域基本上沒有明顯的土壤流失,經(jīng)治理后,設(shè)計(jì)水平年(2008年)整個(gè)項(xiàng)目區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)降至470 t/(km2?a),土壤流失控制比1.06。工程各項(xiàng)水土保持措施的實(shí)施有效地減少了工程可能造成的水土流失及其危害。防治責(zé)任范圍內(nèi)擾動(dòng)土地整治率為99.14%,水土流失總治理度為97.31%,均達(dá)到了水土保持方案及批復(fù)的水土流失防治目標(biāo)要求。

4.4 水土流失危害

該工程建設(shè)過程中,未對河道、農(nóng)田,以及包括搬遷住戶在內(nèi)的附近村莊和居民造成大的水土流失危害。

5 討論和建議

5.1 開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持監(jiān)測應(yīng)以調(diào)查監(jiān)測為主

周公宅水庫工程水土保持監(jiān)測主要采用了調(diào)查監(jiān)測和地面定位監(jiān)測的方法。在實(shí)際監(jiān)測過程中,簡易水土流失觀測場僅用于公路邊坡,不適用于棄渣場;沉砂池法僅能監(jiān)測其控制坡面范圍以內(nèi)的水土流失量;徑流小區(qū)法需新建觀測設(shè)施,增加了對地表的擾動(dòng)和破壞;示蹤元素 (Cs-137)法僅用于監(jiān)測水土流失背景值?？傊?地面定位監(jiān)測的方法適用的范圍有限,限制條件多,由于新建觀測設(shè)施容易造成破壞,產(chǎn)生新的水土流失。而通過調(diào)查監(jiān)測就可以對工程建設(shè)過程中的水土流失、水土保持措施等情況進(jìn)行全面和客觀的評價(jià)。因此,水土保持監(jiān)測應(yīng)以調(diào)查監(jiān)測為主。

5.2 應(yīng)重視上壩公路邊坡的監(jiān)測和防護(hù)

邊坡是水土流失產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)之一。在修建上壩公路的過程中,通常存在挖方路段和半挖半填路段。對于挖方路段來說,開挖量大,外運(yùn)土石方數(shù)量多,道路沒建成的情況下運(yùn)輸有一定困難。有的施工單位會(huì)直接在公路下邊坡堆棄廢渣,給防護(hù)和監(jiān)測帶來一定難度,建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格禁止這種行為發(fā)生。對于半挖半填路段來說,填方邊坡的防護(hù)是重點(diǎn),一般除了坡腳采用工程攔擋外,坡面需要采取植物措施增加地表覆蓋。

5.3 可以采用示蹤元素 (Cs-137)監(jiān)測水土流失背景值[2]

開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失背景值的測定多采用徑流小區(qū)法,由于受開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目附近地形條件的限制,常常找不到合適的位置布設(shè)徑流小區(qū)。而利用示蹤元素 (Cs-137)監(jiān)測水土流失背景值,不需要建設(shè)監(jiān)測設(shè)施,即節(jié)約了監(jiān)測費(fèi)用,也減少了對土壤的擾動(dòng),保護(hù)了環(huán)境,通過周公宅水庫工程水土保持監(jiān)測的實(shí)踐,也證明了這一點(diǎn)。

[1]李世鋒,朱曉瑩,朱春波.浙江省華光潭梯級水電站水土保持監(jiān)測實(shí)踐 [J].中國水土保持,2008(9):48-50.

[2]聶國輝,許建新,葉永棋,等.Cs-137在浙江省水土流失背景值監(jiān)測中的應(yīng)用 [J].浙江水利科技,2008(3):22-23.