江蘇省火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)與強(qiáng)度分析

付 麗，彭 瑤，閔興華，湯建熙，李 盟，趙言文

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.江蘇省水土保持辦公室，江蘇 南京 210029）

近幾年來，江蘇省每年電力使用均接近或超出規(guī)定使用量，隨著江蘇省工業(yè)化與城市化進(jìn)程加快，江蘇省電力需求還將日益增加。根據(jù)江蘇省電力公司發(fā)布的年度用電分析報(bào)告顯示，2011年江蘇省全社會用電量約達(dá)到了4.20×107kW·h，位居全國第二位。江蘇省正在積極籌劃新建、擴(kuò)建10余座電廠，新增裝機(jī)容量可望達(dá)到1500 kW［1］。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失不同于自然因素下的水土流失，有其自身特殊性，它的形成原因也有別于自然條件下的水土流失［2］。新建火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目將占壓、擾動和破壞大量的土地及植被，產(chǎn)生大量棄土、棄渣，造成嚴(yán)重的水土流失。但目前為止，有關(guān)江蘇省火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失方面的研究還鮮有報(bào)道。因此，為了給江蘇省各級水利部門提供針對該類項(xiàng)目水土流失防治的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使得火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持管理上、技術(shù)上和投入上更有針對性，江蘇省開展了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，江蘇省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中火電類所占比例最大，為45%。本研究通過對2006—2011年江蘇省部批、省批的85個火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)例資料調(diào)查、野外巡查與監(jiān)測等方法，獲取了江蘇省火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失相關(guān)數(shù)據(jù)。運(yùn)用SPSS與Excel軟件，對單位面積土石方挖填量與擾動后土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)性分析，對火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失成因與特征進(jìn)行探討，并且定量、定性地分析各防治分區(qū)水土流失強(qiáng)度，以期為今后同類項(xiàng)目水土保持方案編制提供參考建議，為江蘇省火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持預(yù)防監(jiān)督和治理奠定可靠的基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

江蘇省地處江淮下游、東臨黃海，河湖眾多，水網(wǎng)密布［3］，降水充沛，多年平均降水量為800～1100 mm，地區(qū)差異明顯，東部多于西部，南部多于北部。江蘇省土壤以耕種為主，其中以潮土面積最大，水稻土次之。境內(nèi)地形以平原為主，地勢平坦；部分地區(qū)分布有低山、丘陵、崗地。江蘇省從地域上劃分，以長江為界，江蘇省劃分為蘇南和蘇北地區(qū)，蘇南地區(qū)包括蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、南京市；蘇北地區(qū)包括揚(yáng)州、泰州、南通、徐州、連云港、鹽城、淮安、宿遷市。江蘇省將水土保持類型區(qū)劃分為重點(diǎn)區(qū)和一般區(qū)，其中重點(diǎn)區(qū)劃分為丘陵山區(qū)和平原沙土區(qū)。江蘇省水土流失分布主要在丘陵山區(qū)（低山、丘陵、崗地）和平原區(qū)。大部分地區(qū)以水力侵蝕為主。

1.1 丘陵山區(qū)

丘陵山區(qū)劃分為淮北丘陵崗地區(qū)，寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵崗地區(qū)，宜溧低山丘陵區(qū)，太湖丘陵區(qū)。（1）淮北丘陵崗地區(qū)。包括徐州、連云港、淮安、宿遷4市相關(guān)縣（市、區(qū)）的丘陵崗地；（2）寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵崗地區(qū)。包括南京、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江3市的相關(guān)縣（市、區(qū)）丘陵崗地；（3）宜溧低山丘陵區(qū)。包括無錫和常州市相關(guān)縣（市、區(qū)）的丘陵崗地。（4）太湖丘陵區(qū)。包括無錫和蘇州市相關(guān)縣（市、區(qū)）的丘陵崗地。

1.2 平原沙土區(qū)

平原沙土區(qū)劃分為黃河故道高亢平原沙土區(qū)、沿海平原沙土區(qū)和通南高沙土區(qū)。平原沙土區(qū)土質(zhì)沙且貧瘠，耕作層大都為沙壤土或粉沙土，結(jié)構(gòu)差，孔隙率小，河坡、溝坡不穩(wěn)定，水土流失嚴(yán)重［4］。（1）黃河故道高亢平原沙土區(qū):包括徐州、淮安、鹽城、宿遷4市相關(guān)縣（市、區(qū)）的全部或部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)；（2）沿海平原沙土區(qū)。包括南通和鹽城兩市相關(guān)縣（市、區(qū)）的全部或部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)系濱海淤漲而成，土壤含鹽量較多；（3）通南高沙土區(qū):包括南通、揚(yáng)州、泰州3市相關(guān)縣（市、區(qū)）的全部或部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.3 一般區(qū)

根據(jù)有關(guān)規(guī)定、水土流失強(qiáng)度以及綜合多方面因素考慮，確定一般區(qū)為除丘陵山區(qū)和平原沙土區(qū)以外的區(qū)域，其面積為6.48×104km2。包括全省13個地級市的47個縣（縣級市、區(qū)）。該區(qū)內(nèi)地勢平坦，地表植被或人工建筑物覆蓋度較高，自然狀態(tài)下的水土流失程度一般在微度以下，除生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目等開發(fā)以外一般不會產(chǎn)生較大水土流失。

2 火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)分析

2.1 火電項(xiàng)目工程組成及主要技術(shù)指標(biāo)

火電廠是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能的工廠。火電類建設(shè)項(xiàng)目是近年來數(shù)量最多、最為普遍的開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目［5］。火電廠區(qū)場地一般較為平緩，貯灰場一般布置在山間丘陵或丘間洼地，施工生產(chǎn)生活區(qū)結(jié)合工程分期建設(shè)用地布設(shè)，廠外道路結(jié)合附近的道路情況引接，取排水工程水源主要引用天然河流、水庫蓄水，有的項(xiàng)目抽取地下水，部分項(xiàng)目引用城市中水、污水處理廠凈化水［6］。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)江蘇省85個火電類項(xiàng)目實(shí)例資料數(shù)據(jù)，得出其與水土流失影響相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)（表1）。

表1 火電項(xiàng)目與水土流失影響相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 工程建設(shè)、運(yùn)行期間水土流失特點(diǎn)

2.2.1 施工建設(shè)過程可能造成的水土流失分析 工程的“三通一平”期間，要進(jìn)行施工準(zhǔn)備期工程和施工期工程的建設(shè)［7］，在建設(shè)期主要是基坑開挖、樁基工程及建（構(gòu)）筑物的建造，以及挖方和填方在時間和空間變化，導(dǎo)致地表擾動面加大，植被破壞嚴(yán)重，表層土壤結(jié)構(gòu)和地表結(jié)構(gòu)被破壞，原生地面土壤的抗蝕力急劇下降，土壤侵蝕模數(shù)成倍增加，造成嚴(yán)重的新增水土流失［8］。根據(jù)調(diào)查分析85個典型項(xiàng)目可知，建設(shè)期水土流失強(qiáng)度在9.0～163.0t／hm2。

2.2.2 運(yùn)行期水土流失分析 運(yùn)行期電廠廠區(qū)大部分被建筑物占壓使用，原裸露地表采取硬化或綠化措施，該區(qū)域基本不產(chǎn)生水土流失。運(yùn)行期水土流失主要來自貯灰場。貯灰場是用來貯存電廠在運(yùn)行期產(chǎn)生的灰渣［9］，堆灰過程中灰渣和脫硫石膏裸露在外，易受雨水沖刷，造成較大水土流失。根據(jù)調(diào)查分析85個典型項(xiàng)目可知，運(yùn)行期水土流失強(qiáng)度在7.9～33.8t／hm2。2.2.3 水土流失主要環(huán)節(jié)與時段 火電建設(shè)項(xiàng)目是資源開發(fā)性建設(shè)生產(chǎn)類項(xiàng)目，在建設(shè)期和生產(chǎn)運(yùn)行期都將發(fā)生水土流失［10］。水土流失防治和監(jiān)測的重點(diǎn)時段為建設(shè)期，運(yùn)行期水土流失主要發(fā)生在貯灰場。重點(diǎn)區(qū)域?yàn)殡姀S廠區(qū)、進(jìn)場道路施工區(qū)和堆土區(qū)?；痣婎惿a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失因素及特點(diǎn)分析詳見表2。

表2 火電項(xiàng)目水土流失影響因素及特點(diǎn)

3 江蘇省火電類開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失強(qiáng)度分析

3.1 火電類項(xiàng)目各防治分區(qū)水土流失強(qiáng)度分析

本研究調(diào)查了2006—2011年江蘇省部批、省批的85個火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案，對各項(xiàng)目水土流失防治分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。江蘇省火電類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目防治分區(qū)主要分為廠區(qū)防治區(qū)，施工生產(chǎn)生活區(qū)，廠外道路區(qū)，廠外管線區(qū)，臨時堆土區(qū)，貯灰場，碼頭工程區(qū)。其中廠區(qū)擾動面積最大，水土流失量較大。場外道路區(qū)、碼頭工程區(qū)、臨時堆土區(qū)、貯灰場土壤侵蝕強(qiáng)度較大，為強(qiáng)度及以上侵蝕級別。

因此，重點(diǎn)監(jiān)測與防治區(qū)域應(yīng)為廠區(qū)，場外道路區(qū)，碼頭工程區(qū)，臨時堆土區(qū)和貯灰場區(qū)。通過統(tǒng)計(jì)江蘇省85個火電類項(xiàng)目水土保持方案中確定的各防治分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)數(shù)據(jù)，對其擾動后的土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級（表3）。

表3 各水土流失防治分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)及強(qiáng)度分級

生產(chǎn)建設(shè)活動進(jìn)行土石方開挖，將會產(chǎn)生臨時堆土。從表3可以看出，臨時堆土區(qū)平均侵蝕模數(shù)為14747 t／（km2·a），屬極強(qiáng)度侵蝕，為水土流失重點(diǎn)監(jiān)測和預(yù)防區(qū)。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，蘇南蘇北不同地貌類型臨時堆土區(qū)侵蝕強(qiáng)度差異較大，蘇北平原沙土區(qū)臨時堆土場土壤侵蝕強(qiáng)度最大，侵蝕模數(shù)達(dá)到14392 t／（km2·a），該區(qū)土壤質(zhì)地為沙土，為平原區(qū)水土流失危險(xiǎn)級別最高的地區(qū)［11］；蘇南丘陵山區(qū)其次，侵蝕模數(shù)達(dá)到12600 t／（km2·a），均為極強(qiáng)度侵蝕；一般平原區(qū)的堆土區(qū)水土流失強(qiáng)度相對較小，由于是蘇南、蘇北地區(qū)降雨量的差異，導(dǎo)致蘇南一般平原區(qū)臨時堆土區(qū)侵蝕強(qiáng)度大于蘇北地區(qū)（表4）。

3.2 土石方填挖量與水土流失強(qiáng)度相關(guān)性分析

3.2.1 樣本選取 將85個火電類項(xiàng)目按不同區(qū)域不同地貌類型分為5組，用改進(jìn)型格拉布斯（Grubbs）準(zhǔn)則法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)剔除。經(jīng)過調(diào)查分析，蘇南、蘇北降水量、地形地貌差異較大，項(xiàng)目所在區(qū)土壤類型、植被蓋度也有所不同。為了更好地分析單位面積土石方挖填量與水土流失強(qiáng)度的相關(guān)性關(guān)系，權(quán)衡降水、土壤類型、植被蓋度和地形地貌等4個水土流失影響因子，從5組數(shù)據(jù)中選取影響因子間相對差異較小的9個樣本和1個空白樣本（原地貌均值）進(jìn)行單因素分析。樣本項(xiàng)目影響水土流失的自然因素與原地貌土壤侵蝕模數(shù)值詳見表5。

表4 臨時堆土區(qū)土壤侵蝕模數(shù)及土壤侵蝕強(qiáng)度分級

表5 樣本項(xiàng)目自然因素與原地貌土壤侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

3.2.2 相關(guān)性分析

（1）樣本項(xiàng)目擾動后土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算:

式中:Wi——項(xiàng)目水土流失總量（t）；i——樣本數(shù)，i＝（1，2，3，…，9）；Mi——擾動后土壤侵蝕模數(shù)〔t／（km2·a）〕；Fi——擾動面積（km2）；Ti——建設(shè)總工期（a）。

公式（1）中，項(xiàng)目水土流失總量（t），擾動面積（km2）和建設(shè)總工期（a）三個變量均可從項(xiàng)目水土保持方案中獲取，從而可以求得擾動后土壤侵蝕模數(shù)〔t／（km2·a）〕。

（2）樣本項(xiàng)目單位面積土石方填挖量計(jì)算:

式中:Ai——單位面積挖填量，m3／m2；i——樣本數(shù)，i＝（1，2，3，…，9）；Vi——挖填總量（m3）；Fi——擾動面積（m2）。

公式（2）中，填挖總量（m3）與擾動面積（m2）均可從項(xiàng)目水土保持方案中獲取，從而求得單位面積挖填量（m3／m2）。

（3）對9個樣本和1個空白（原地貌）進(jìn)行單因素分析，求得蘇南、蘇北不同地貌類型單位面積挖填量與擾動后土壤侵蝕模數(shù)相關(guān)性關(guān)系。X軸為單位面積土石方挖填量，Y軸為擾動后土壤侵蝕模數(shù)，利用SPSS軟件，求得每組（x，y）的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)行顯著性校驗(yàn)，求出一元線性回歸方程。

通過分析得出，蘇南、蘇北不同地貌類型區(qū)單位面積土石方挖填量與擾動后土壤侵蝕模數(shù)存在相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0.791～0.951，t檢驗(yàn)證明存在顯著性線性正相關(guān)關(guān)系，說明擾動后土壤侵蝕模數(shù)隨單位土石方填挖量的增大而增大（表6）。

單位土石方填挖量（x）與擾動后土壤侵蝕模數(shù)（y）成線性正相關(guān)關(guān)系，線性回歸方程為E（y）＝β0＋β1x，（β0＞0，β1＞0）。斜率越大，說明y值隨x值的變化程度越大，即土石方挖填對水土流失影響的敏感度越大；當(dāng)x＝0時，截距越大，y值越大，即未經(jīng)人為擾動自然條件下土壤流失強(qiáng)度（原地貌土壤侵蝕模數(shù)）越大。

表6 蘇南蘇北不同地貌類型單位面積土石方挖填量與擾動后土壤侵蝕模數(shù)相關(guān)性分析

綜合分析由表6可知:（1）蘇南丘陵山區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目單位土石方填挖量（x）與擾動后土壤侵蝕模數(shù)（y）回歸方程的斜率最大，（4048 ），說明蘇南丘陵山區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目擾動后土壤侵蝕模數(shù)（y）隨單位面積土石方開挖量（x）的變化程度最大，開發(fā)建設(shè)活動對水土流失的影響最敏感，平原沙土區(qū)其次，蘇北地區(qū)一般平原區(qū)最小。敏感性大小排列次序?yàn)?丘陵山區(qū)（蘇南）＞平原沙土區(qū)＞丘陵山區(qū)（蘇北）＞一般平平原區(qū)（蘇南）＞一般平原區(qū)（蘇北）；（2）蘇南丘陵山區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目單位土石方填挖量（x）與擾動后土壤侵蝕模數(shù)（y）回歸方程的截距最大（919），說明當(dāng)單位土石方填挖量x＝0時，蘇南丘陵山區(qū)土壤侵蝕模數(shù)（y）最大，平原沙土區(qū)次之，一般區(qū)（蘇北）最小。通過比較5組數(shù)據(jù)的線性回歸方程可知，原地貌水土流失強(qiáng)度依次排列為:丘陵山區(qū)（蘇南）＞平原沙土區(qū)＞一般平平原區(qū)（蘇南）＞丘陵山區(qū)（蘇北）＞一般平原區(qū)（蘇北）。

4 結(jié)論

（1）江蘇省火電類建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治分區(qū)主要為廠區(qū)，施工生產(chǎn)生活區(qū)，廠外道路區(qū)，廠外管線區(qū)，臨時堆土區(qū)，碼頭工程區(qū)，貯灰場。廠區(qū)，場外道路區(qū)，碼頭工程區(qū)，臨時堆土區(qū)和貯灰場區(qū)為重點(diǎn)監(jiān)測與防治區(qū)，重點(diǎn)監(jiān)測時段為建設(shè)期。

（2）蘇南、蘇北不同地貌類型臨時堆土區(qū)侵蝕強(qiáng)度差異較大。蘇北平原沙土區(qū)臨時堆土場土壤侵蝕強(qiáng)度最大，蘇南丘陵山區(qū)其次，均為極強(qiáng)度侵蝕。臨時堆土場堆土量大、坡陡，若防護(hù)不當(dāng)將產(chǎn)生很大的水土流失。因此，臨時堆土場地應(yīng)設(shè)置袋裝土擋墻、臨時排水溝、沉砂池等，施工結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行土地整治和綠化。

（3）蘇南、蘇北不同地貌類型區(qū)單位面積土石方挖填量與擾動后土壤侵蝕模數(shù)存在線性相關(guān)關(guān)系，擾動后土壤侵蝕模數(shù)隨單位面積土石方挖填量的增大而增大。開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目未進(jìn)行挖填活動時，原地貌水土流失強(qiáng)度大小順序?yàn)?丘陵山區(qū)（蘇南）＞平原沙土區(qū)＞一般平平原區(qū)（蘇南）＞丘陵山區(qū)（蘇北）＞一般平原區(qū)（蘇北）；開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目土石方挖填活動對水土流失的影響敏感度大小排列次序是:丘陵山區(qū)（蘇南）＞平原沙土區(qū)＞丘陵山區(qū)（蘇北）＞一般平平原區(qū)（蘇南）＞一般平原區(qū)（蘇北）。

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