淺析浙江省平原河網(wǎng)區(qū)水利工程水土保持監(jiān)測技術(shù)——以浙東引水蕭山樞紐工程為例

趙聚國,陳國偉,陸芳春

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020；2.浙江省水土保持監(jiān)測中心,浙江 杭州 310009；3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

浙江省地理特征豐富,山地和丘陵占70.4%,平原和盆地占23.2%,河流和湖泊占6.4%,耕地面積僅208.17萬hm2,故有“七山一水二分田”之說。浙江省內(nèi)分布有4大平原河網(wǎng)區(qū),分別為杭嘉湖平原 (杭州、嘉興、湖州)、寧紹平原(寧波、紹興)、溫黃平原(溫嶺、黃巖)和溫瑞平原(溫州、瑞安),平原河網(wǎng)區(qū)地勢相對平坦,多有植物覆蓋,水土流失現(xiàn)狀較為輕微,水土保持的自然條件較為有利。但是平原河網(wǎng)地區(qū),人為活動劇烈,特別是各類生產(chǎn)建設(shè)項目分布密度大,地表擾動劇烈,加之降水豐富,局部地區(qū)有各類坡度(低丘、河岸等),同時生產(chǎn)建設(shè)項目開發(fā)過程中極易產(chǎn)生水土流失,且易造成河網(wǎng)淤積、水質(zhì)污染等次生問題。因此平原河網(wǎng)地區(qū)的人為水土流失的監(jiān)督管理、監(jiān)測是一個重要的水土流失問題。在平原河網(wǎng)區(qū)修建水利樞紐工程,一般具有土石方開挖方量大、自身利用量小,這就使得在該類型區(qū)域進行水土保持監(jiān)測有其自身的特點。本文以浙東引水蕭山樞紐工程為例,探討了浙江省平原區(qū)水利樞紐工程的水土保持監(jiān)測的范圍、內(nèi)容、方法和成果等。

1 工程概況

浙東引水蕭山樞紐工程是浙東引水的龍頭工程和浙東水資源優(yōu)化配置格局中的關(guān)鍵性工程。項目的任務是在對錢塘江河口總體環(huán)境影響允許的條件下,通過引水閘、泵站建設(shè),引錢塘江河口原水向蕭紹寧平原及舟山市補充工業(yè)和農(nóng)灌用水,并兼顧水環(huán)境改善。工程為Ⅰ等工程,建設(shè)內(nèi)容主要由引水閘站、1.523km的新開輸水河道和河道沿線新建的5座橋梁等內(nèi)容組成。引水閘站具有自流引水和提水雙重功能,設(shè)計引水流量50m3/s,多年平均引水量8.9億m3,閘站下游沿東北方向新開的1.523km輸水河道與杭甬運河航道相接,利用航道輸水。

工程永久占地共計17.69hm2,臨時占地6.67hm2,工程拆遷安置人口65戶351人,企事業(yè)單位1家,拆遷各類房屋1.43萬m2。開挖土石方76.12萬m3,回填8.19萬m3,棄渣67.91萬m3,運往蕭山萬沿采石場礦坑進行綜合利用。工程于2009年6月開工,主體工程于2012年7月完工,總投資為4.11億元。

2 水土流失影響因素及水土流失現(xiàn)狀

工程位于蕭山區(qū)義橋鎮(zhèn),屬亞熱帶季風氣候區(qū),多年平均氣溫16.22℃,多年平均降水量1322mm,降水時空分布不均,年內(nèi)70%的降水集中在梅雨季和臺風雨季。施工前沿線植被覆蓋狀況良好,土地利用類型以耕地為主。項目區(qū)屬南方紅壤丘陵區(qū),水土流失類型主要是水力侵蝕,主要形式為面蝕,其次為溝蝕,無重力侵蝕,如崩塌、滑坡等。

工程建設(shè)過程中的河道及樞紐的開挖、填筑、棄渣的堆放及房屋的遷拆等工作,占壓破壞地表植被、擾動表土結(jié)構(gòu),損壞了地表植被原有的水土保持功能。此外,橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,鉆渣若隨意傾倒,將會對項目區(qū)周邊的農(nóng)田及原有的灌排設(shè)施造成水土流失危害。

3 水土保持監(jiān)測范圍

根據(jù)工程建設(shè)實際情況和水土保持監(jiān)測要求,確定監(jiān)測范圍為工程水土流失防治責任范圍,包括工程施工期和自然恢復期的建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū),尤其是施工開挖填筑擾動面、橋梁工程的泥漿池、河道開挖、施工臨時場地等區(qū)域。

4 水土保持監(jiān)測內(nèi)容及方法

4.1 施工前期

施工前期主要監(jiān)測內(nèi)容有：工程地理位置、氣候特征、氣象因子、地貌類型、微地貌組成、地質(zhì)構(gòu)造、原地貌狀態(tài)下不同土地利用類型的面積、土壤類型、土層厚度、植被類型和種類、植被覆蓋度、項目區(qū)河流水系、水土流失類型區(qū)、水土流失形式、平均土壤侵蝕模數(shù)。上述內(nèi)容的監(jiān)測主要采取資料收集、判別與分析等方法。

4.2 施工期

施工期主要監(jiān)測內(nèi)容包括：氣象因子、擾動地表面積及其強度、主體工程建設(shè)進展情況、損壞水土保持設(shè)施、土石方量、棄土、土壤流失量和水土流失強度變化情況,以及對周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響,造成的危害情況等,采取的監(jiān)測方法包括：現(xiàn)場量測、樁釘法、細溝測量法、無人機航測法、典型調(diào)查法和定位觀測法等綜合手段。

4.2.1 簡易觀測場法

簡易觀測場法是將直徑 0.5cm、長50cm的鋼釬按1m×1m分上中下、左中右縱橫各3排(共9根)沿輸水河道 (K0+300m)開挖的土質(zhì)坡面垂直方向打入,釘帽與坡面齊平,并在釘帽上涂上紅漆,編號登記入冊。坡面面積較大時,為提高精度,鋼釬密度可加大。每次暴雨后和汛期期末,觀測釘帽出露地面高度,計算土壤侵蝕厚度和土壤侵蝕量。計算公式為：

式中：A為土壤侵蝕量,m3；Z為侵蝕厚度,mm；S為水平投影面積,m2；θ為斜坡坡度,°。

選擇在輸水河道的土質(zhì)開挖坡面布設(shè)樁釘,布設(shè)時間為2010年9月,后期對樁釘又進行了多次增加補充 (由于工程進展中監(jiān)測部位坡面的破壞,部分樁釘隨之消失)。

4.2.2 細溝測量法

細溝測量法是在擾動的輸水河道(K0+620m)開挖坡面內(nèi)從上到下布設(shè)若干施測斷面,量測每一斷面細溝的深度和寬度,測完每個斷面后,繪制監(jiān)測坡面內(nèi)細溝分布圖,再計算細溝侵蝕量。施測斷面等距離布設(shè),單個細溝的侵蝕量用下式計算：

ri容重,kg/m3；L為測定斷面之間的距離,m；n為測定斷面?zhèn)€數(shù),個；ωi為測定的細溝寬度,m；hi為測定斷面的細溝深度 ,m。

在測得單個細溝侵蝕量以后,將其累加即可得到監(jiān)測坡面細溝侵蝕量,用下式計算：

式中：Sr為小區(qū)細溝侵蝕總量,kg；n為細溝條數(shù),條。

4.2.3 無人機航測法

無人機航測法首先利用無人機低空飛行攝影獲取高分辨率數(shù)字影像,再用GPS-RTK進行外業(yè)像片控制點測量,然后通過全數(shù)字攝影測量工作站進行內(nèi)業(yè)判繪及采集地物,經(jīng)外業(yè)補繪后,輸出數(shù)字線劃圖的矢量數(shù)據(jù),最后在ArcGIS系統(tǒng)中進行編輯和整理,為水土保持監(jiān)測提供數(shù)字地形圖。2006、2011年樞紐監(jiān)測區(qū)及監(jiān)測區(qū)植被情況見圖1～4。

圖1 2006年樞紐監(jiān)測區(qū)圖

圖2 2011年樞紐監(jiān)測區(qū)圖

圖3 2006年樞紐監(jiān)測區(qū)植被情況圖

圖4 2011年樞紐監(jiān)測區(qū)植被情況圖

選擇在樞紐區(qū)進行無人機航測,航測時間2009年12月、2011年6月,主要進行擾動面積的復核和植被損壞情況監(jiān)測等。

4.3 恢復期

植被恢復期的主要監(jiān)測內(nèi)容包括：水土保持措施落實情況(措施的數(shù)量和質(zhì)量)、水土保持工程措施的穩(wěn)定性、完好程度和運行情況；水土保持生物措施的成活率、保存率、生長情況和覆蓋度；各項防治措施的攔渣、保土效益等,采取的主要監(jiān)測方法包括樣地調(diào)查及巡查等方法。

5 項目監(jiān)測成果

浙東引水蕭山樞紐工程擾動土地面積25.015hm2,擾動土地治理面積24.965hm2,擾動土地整治率達99.8%,水土流失總治理度98.0%。土壤流失控制比為1.0。本工程產(chǎn)生棄渣67.91萬m3,全部運至蕭山萬沿采石場礦坑進行處理,攔渣率約99.9%。工程建設(shè)范圍內(nèi)可恢復植被面積2.48hm2,實際完成植被恢復面積2.43hm2(已扣除局部植被長勢較差區(qū)域),林草植被恢復率達97.98%,林草覆蓋率達到37.95%(建設(shè)區(qū)面積扣除水面面積和拆遷安置區(qū))。

6 結(jié) 語

(1)平原河網(wǎng)區(qū)水利樞紐工程土石方開挖量大、自身利用量小,造成工程建設(shè)棄方數(shù)量較大,加之周邊合適的棄渣場選取較為困難,棄渣的處理是水土保持監(jiān)測過程中的一個重點內(nèi)容。本項目通過與廢棄礦山簽訂土石方堆置協(xié)議,將本工程的棄方全部堆放于廢棄的礦坑,即減少了棄渣的防治費用,也有效地增加了周邊村莊的耕地,是較好的棄方處置方式。

(2)水土流失危害作為水土保持監(jiān)測的一個重要內(nèi)容,往往得不到建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等項目參建方的重視,甚至于部分監(jiān)測單位也不重視該項內(nèi)容。平原河網(wǎng)區(qū)經(jīng)濟相對較為發(fā)達,居民的法律意識較強,在施工過程中要加強水土流失危害監(jiān)測,對可能出現(xiàn)的水土流失危害要提出相應的預防措施,協(xié)助建設(shè)單位積極落實,切實做好項目施工過程中的水土流失危害防治,為項目的順利實施提供良好的技術(shù)服務。

(3)利用多種方法開展水土保持監(jiān)測,即可對比不同監(jiān)測方法的監(jiān)測精度,也可有效發(fā)揮各監(jiān)測方法的優(yōu)點,為項目的水土保持監(jiān)測質(zhì)量提供有效保障。簡易觀測場法簡便、易操作,能大致反映項目的水土流失狀況,但精度較低；細溝量測法原理簡單、易懂,但在現(xiàn)場操作具有一定的難度,受到監(jiān)測人員的客觀影響較大；無人機航測法對擾動地面的面積、植被的破壞面積等面積類統(tǒng)計值具有較高的精度等。