不同防護(hù)措施下臨時堆土區(qū)土壤侵蝕情況監(jiān)測研究

劉 平，翟汝偉

(寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021)

生產(chǎn)建設(shè)過程中的臨時堆土區(qū)是最容易產(chǎn)生水土流失的區(qū)域，同時臨時堆土區(qū)的水土流失也是最難控制和最容易被忽視的。為探索生產(chǎn)建設(shè)項目臨時堆土區(qū)水土流失的防治方法，結(jié)合寧夏石嘴山風(fēng)電場中瑞一期49.5 MW工程水土保持監(jiān)測實踐，對臨時堆土區(qū)在不同防護(hù)措施下的土壤侵蝕情況進(jìn)行了監(jiān)測和研究。

1 監(jiān)測區(qū)域基本情況

寧夏石嘴山風(fēng)電場中瑞一期49.5 MW工程項目區(qū)位于賀蘭山北段、寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)，風(fēng)電場總面積約15 km2，平均海拔1 150 m，建設(shè)內(nèi)容包括220 kV升壓變電站1座、1 500 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組33臺、進(jìn)場道路1 km、檢修道路16 km、集電線路18.9 km、輸電線路6.8 km。工程于2013年7月開工，2014年12月竣工。項目區(qū)地貌類型為山前洪積扇，場地開闊；氣候類型為溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫9.3 ℃、降水量170.2 mm、蒸發(fā)量1 583 mm、風(fēng)速3.0 m/s；土壤主要為灰鈣土，成土母質(zhì)為山前洪積沖積物，土層多含礫砂、角礫、塊石等；植被類型為荒漠草原植被，覆蓋率僅為15%左右；水土流失形式以中度風(fēng)力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數(shù)為3 100 t/(km2·a)。

2 臨時堆土區(qū)監(jiān)測方案設(shè)置及監(jiān)測方法

模擬工程建設(shè)過程中的臨時堆土，取一定質(zhì)量的擾動土，分別按照2種堆放方式(自然堆放和攤平后堆放)、3種防護(hù)措施(無處理、拍實堆放、灑水堆放)共6種處理方案堆放，即：①自然堆放無處理(ZW)，開挖土方自然堆放，不進(jìn)行任何處理；②自然堆放拍實(ZP)， 開挖土方自然堆放后，用鐵锨將表面拍實后堆放；③自然堆放灑水(ZS)， 開挖土方自然堆放后，進(jìn)行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放；④ 攤平堆放(TW)，對開挖土方頂部進(jìn)行適當(dāng)平整后堆放；⑤攤平拍實堆放(TP)，對開挖土方頂部進(jìn)行適當(dāng)平整，同時用鐵锨將表面拍實后堆放；⑥攤平灑水堆放(TS)，對開挖土方頂部進(jìn)行適當(dāng)平整，同時進(jìn)行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放。

監(jiān)測方案分為一次性稱量和連續(xù)稱量2種。一次性稱量試驗是每種處理方案(6種)按3個堆放時間(2個月、4個月、6個月)和2個堆放地點(平地、山地)進(jìn)行布置，共設(shè)置6個監(jiān)測點位，試驗設(shè)計見表1。連續(xù)稱量試驗每種處理方案按2個堆放地點(平地、山地)進(jìn)行布置，共設(shè)置2個監(jiān)測點位，試驗設(shè)計見表2。

表1 臨時堆土侵蝕量監(jiān)測一次性稱量試驗設(shè)計

注：監(jiān)測樣點中數(shù)字表示堆放時間(月)，下同。

表2 臨時堆土侵蝕量監(jiān)測連續(xù)稱量試驗設(shè)計

監(jiān)測方法采用稱量法。一次性稱量試驗是稱取一定質(zhì)量的擾動土作為臨時堆土，分別在臨時堆土區(qū)堆放2、4、6個月后一次性稱量，分析其侵蝕情況。連續(xù)稱量試驗是稱取一定質(zhì)量的擾動土作為臨時堆土，大致每15天稱量1次，但不破壞臨時堆土的土壤結(jié)構(gòu)，連續(xù)監(jiān)測6個月共12次，分析其侵蝕情況。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 影響水土流失的氣象要素監(jiān)測結(jié)果

影響水土流失的氣象要素主要為降水和風(fēng)。根據(jù)石嘴山市惠農(nóng)區(qū)氣象站資料，2013—2015年項目區(qū)年降水量分別為157.2、161.4和217.7 mm，降水日數(shù)分別為36、73和48 d。最大降水量出現(xiàn)在2013年8月22日，日降水量為57.3 mm。2013—2015年項目區(qū)年均風(fēng)速分別為2.02、2.23和2.27 m/s，最大風(fēng)速分別為14.6、14.5和14.9 m/s，大于起沙風(fēng)速(5.5 m/s)的天數(shù)分別為146、153和148 d。相比多年平均值，項目建設(shè)期間降水量和風(fēng)速沒有發(fā)生明顯變化。

3.2 臨時堆土區(qū)侵蝕情況監(jiān)測結(jié)果

臨時堆土區(qū)土壤侵蝕一次性稱量試驗監(jiān)測結(jié)果見表3，連續(xù)稱量試驗監(jiān)測結(jié)果見表4。

3.3 臨時堆土區(qū)侵蝕情況監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)臨時堆土區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算侵蝕系數(shù)。侵蝕系數(shù)(%)=(初始質(zhì)量-侵蝕后質(zhì)量)/初始質(zhì)量×100%。

3.3.1 臨時堆土土壤侵蝕一次性稱量試驗監(jiān)測結(jié)果

(1)一次性稱量試驗監(jiān)測結(jié)果顯示，在不考慮臨時堆土防護(hù)措施和堆放時間，只考慮堆放方式的情況下，自然堆放平均侵蝕系數(shù)為2.76%，攤平堆放平均侵蝕系數(shù)為1.88%，攤平堆放侵蝕量明顯低于自然堆放，侵蝕量減少了31.76%。

(2)在不考慮臨時堆土堆放方式和堆放時間，只考慮防護(hù)措施的情況下，無處理平均侵蝕系數(shù)為3.13%，拍實處理平均侵蝕系數(shù)為2.89%，灑水處理平均侵蝕系數(shù)為0.95%。不同防護(hù)措施下，侵蝕量為灑水處理<拍實處理<無處理措施，灑水處理侵蝕量明顯低于拍實處理和無處理。

表3 臨時堆土區(qū)土壤侵蝕一次性稱量試驗監(jiān)測結(jié)果

表4 臨時堆土區(qū)土壤侵蝕連續(xù)稱量試驗監(jiān)測結(jié)果

注：2013-11-07為試驗布設(shè)日期，以當(dāng)日監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)值。

(3)在只考慮堆放時間的情況下，侵蝕量為6個月<2個月<4個月，侵蝕量與堆放時間之間沒有明顯規(guī)律。主要原因：一是臨時堆土長時間堆放，表面會形成結(jié)皮，導(dǎo)致侵蝕量下降；二是堆放4個月時正處于3—4月的風(fēng)季，侵蝕量較大符合實際。

(4)在只考慮防護(hù)措施和堆放方式的情況下，臨時堆土在攤平堆放并進(jìn)行灑水處理后，侵蝕系數(shù)為0.84%，侵蝕量最小，抗侵蝕效果最佳；自然堆放無處理侵蝕系數(shù)為3.85%，侵蝕量最大，抗侵蝕效果最差。

3.3.2 臨時堆土土壤侵蝕連續(xù)稱量試驗監(jiān)測結(jié)果

(1)連續(xù)稱量試驗監(jiān)測結(jié)果顯示，在不考慮堆放時間和防護(hù)措施，只考慮堆放方式條件下，臨時堆土在自然堆放形式下平均土壤侵蝕系數(shù)為7.07%，在攤平堆放形式下平均土壤侵蝕系數(shù)為6.83%，攤平堆放侵蝕量比自然堆放低3.39%。方差分析結(jié)果顯示，不同堆放方式下，臨時堆土的土壤侵蝕系數(shù)無顯著差異。

(2)在不考慮堆放時間和堆放方式，只考慮防護(hù)措施情況下，臨時堆土在無防護(hù)措施情況下平均土壤侵蝕系數(shù)為8.44%，拍實措施下平均土壤侵蝕系數(shù)為7.52%，灑水措施下平均土壤侵蝕系數(shù)為4.89%。對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示，灑水處理的土壤侵蝕系數(shù)與無處理、拍實處理均有極顯著差異，拍實處理的土壤侵蝕系數(shù)和無處理無顯著差異(表5)。

表5 臨時堆土不同防護(hù)措施土壤侵蝕系數(shù)多重比較結(jié)果

注：**表示在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4 結(jié) 論

(1)臨時堆土攤平堆放的土壤侵蝕系數(shù)較自然堆放平均減少3.39%～31.76%。

(2)臨時堆土灑水處理后，土壤侵蝕系數(shù)要明顯低于拍實處理和無處理。

(3)風(fēng)蝕地區(qū)建設(shè)項目的臨時堆土，建議對開挖土方頂部進(jìn)行適當(dāng)平整，同時對開挖土方進(jìn)行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放，可有效降低風(fēng)蝕量。