湖北省輸變電工程水土流失特征研究

蔡 萱，石劍波，張 瑩，王秋霞，張 歆，趙俊華，李依潺

(1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430071；2. 長江水利委員會長江流域水土保持監(jiān)測中心站，湖北 武漢 430071)

近年來諸多高電壓等級電網(wǎng)的建設(shè)呈現(xiàn)急速發(fā)展的態(tài)勢。而輸變電站工程建設(shè)的同時，也在一定程度上擾動地表，破壞植被，加快水土流失速率[1-2]。與公路、鐵路、管道等線型建設(shè)項目不同，輸變電項目工程具有投資時間長、建設(shè)周期長、技術(shù)要求高、不可控因素多、總體水土流失強度較小、局部點狀水土流失強烈的特點[3-5]。其產(chǎn)生的大量散點狀塔基站場和放線狀施工便道對項目區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞[6]。

輸變電類項目水土流失特點的研究較多，張貞等以康定500 kV輸變站工程為例，闡述了輸變電站工程水土流失成因和特點[7]；楊文姬等從華北地區(qū)實際情況出發(fā)提出輸變電工程建設(shè)中水土流失特點及配套防治措施[8]；彭瑤等對江蘇省典型輸變電類開發(fā)建設(shè)項目進行系統(tǒng)分析，得出影響輸變電類項目水土流失的主要環(huán)境因素，明確了該類項目水土流失防治分區(qū)與水土流失分布情況[9]；史小棟等以四川省500kV輸變電工程為例，比較得出建設(shè)施工期和運行期水土流失防治責(zé)任范圍面積分別占方案報告書的50%～70%和30%～50%[10-11]；孫中峰、蔡建勤等以山西省為例探討了黃土區(qū)輸變電線路工程水土流失特點，認為黃土區(qū)施工道路水土流失量占總體流失量的40%～70%[12]。目前，大多數(shù)研究均側(cè)重于水土流失量的差異比較，未能全面考慮水土流失強度的不均衡性和環(huán)境影響因素，更沒能反映出區(qū)域水土流失特點[13-16]。因此，分析不同項目分區(qū)水土流失強度，對于揭示輸變電類工程水土流失特點具有重要的理論和實踐意義。本文以湖北省近年典型輸變電類工程為研究對象，查閱相關(guān)期刊論文、規(guī)劃調(diào)查報告、水土保持監(jiān)測報告，收集水土保持項目分區(qū)、水土流失量、時間等數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計分析明確湖北省輸變電類工程各項目分區(qū)水土流失特點。

1 研究區(qū)概況

按全國土壤侵蝕類型區(qū)的劃分，湖北位于西南紫色土區(qū)和南方紅壤區(qū)，各地區(qū)地質(zhì)、地形、土壤、植被類型等自然條件差異極大，土壤侵蝕類型極為復(fù)雜。湖北省土壤侵蝕的類型以水力侵蝕為主，主要有面蝕和溝蝕。根據(jù)湖北省2015年水土流失遙感調(diào)查成果，湖北省共有土壤侵蝕面積35 517.50 km2，占全省總面積的19.10%。其中輕度18 542.00 km2，占總侵蝕面積的52.21%；中度12 327.27 km2，占總侵蝕面積的34.71%；強烈3 185.95 km2，占總侵蝕面積的8.97%；極強烈1 149.64 km2，占總侵蝕面積的3.24%，劇烈312.64 km2，占總侵蝕面積的0.88%。

2 結(jié)果和討論

2.1 輸變電工程各項目分區(qū)水土流失防治責(zé)任范圍變化率

水土流失防治責(zé)任范圍是指生產(chǎn)建設(shè)單位和個人對其開發(fā)建設(shè)行為可能造成水土流失且必須采取有效措施進行預(yù)防和治理的范圍。其大小直接關(guān)系到建設(shè)單位責(zé)任區(qū)的范圍和投資大小[17-19]。工程施工過程中，隨著項目進展的不斷深入，因?qū)嶋H占壓、擾動范圍發(fā)生變化，水土流失防治責(zé)任范圍也會發(fā)生一定的變化。本文對湖北省近年典型輸變電項目相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：輸變電類工程水土流失防治責(zé)任范圍與批復(fù)的方案報告書相比，面積均減小?？赡苡捎诜桨笀蟾鏁谥黧w可研階段編制，隨著主體工程設(shè)計的不斷深入，輸變電工程線路逐步優(yōu)化后長度變短，工程主要在建設(shè)區(qū)范圍內(nèi)進行，基本對方案報告書中劃定的直接影響區(qū)未造成擾動的原因。也可能由于在工程建設(shè)過程中，建設(shè)單位的日常檢查管理和措施落實較為規(guī)范，施工單位做到了文明施工，施工期間各項施工活動嚴(yán)格控制在征地范圍內(nèi)，基本沒有對施工區(qū)域以外造成水土流失危害的原因，故直接影響區(qū)減少，防治責(zé)任范圍減小。

由實際防治責(zé)任范圍和方案設(shè)計中相關(guān)數(shù)據(jù)得出各輸變電類項目水土流失防治責(zé)任范圍變化率，如表1。各輸變電類項目水土流失防治責(zé)任范圍變化率在18.50%～36.59%之間，平均變化率為26.06%。各工程項目分區(qū)中，站外供排水系統(tǒng)的防治責(zé)任范圍變化率最高，為46.32%，其次為進站道路和塔基區(qū)，而站區(qū)變化率最小為12.58%。這可能由于隨著主體工程設(shè)計深度深入，在施工過程中站外供排水管線的征地嚴(yán)格控制在紅線范圍內(nèi)，對周邊的影響較小，而輸變電線路長度較可研階段優(yōu)化變短，塔基數(shù)量減少，塔基永久占地面積減少，防治責(zé)任范圍面積變化率較大。因此，在今后編制同類水土保持方案報告書時，應(yīng)綜合考慮水土流失防治責(zé)任范圍的變化率，對各項目分區(qū)水土流失防治責(zé)任范圍進行更合理的估列。

2.2 輸變電工程各項目分區(qū)水土流失特征

為更好的反映輸變電工程各項目分區(qū)水土流失特征，本文對所選樣本工程各項目分區(qū)水土流失量進行統(tǒng)計分析，如圖2。同一項目分區(qū)，各工程水土流失量所占比例差異明顯，各項目分區(qū)中，站區(qū)和塔基區(qū)占總水土流失量的比例較高，站區(qū)占總水土流失量的40%以上，水土流失量最多，其次為塔基區(qū)。這可能由于在基礎(chǔ)開挖、臨時堆土和土方回填階段，施工擾動和破壞面積比較大，站區(qū)和塔基區(qū)立地條件改變，土體結(jié)構(gòu)被破壞，土壤抗侵蝕能力降低，土壤流失量較大。因此，站區(qū)和塔基區(qū)在施工前應(yīng)剝離表土，集中堆放于臨時施工區(qū)內(nèi)，并采取臨時攔擋和排水等防護措施，施工過程中，應(yīng)在邊坡處布設(shè)護坡，坡腳處修建擋墻，坡頂設(shè)截水溝，在斜坡上修建排水工程；施工結(jié)束后，對施工跡地進行土地整治、覆土后，鋪草皮綠化或復(fù)墾。

為更好地反映所選樣本項目水土流失強度的不均衡性，本文對樣本工程不同項目分區(qū)進行土壤侵蝕模數(shù)統(tǒng)計，進而反映整個工程不同項目分區(qū)的水土流失強度差異，統(tǒng)計結(jié)果及強度分級見表2。輸變電類項目擾動后土壤侵蝕模數(shù)均較高，侵蝕級別均在中度及以上。侵蝕模數(shù)最大的分區(qū)為站區(qū)和塔基區(qū)且顯著高于其他分區(qū)，每年平均土壤流失厚度達3.86 mm，侵蝕級別為強烈；擾動后土壤侵蝕模數(shù)最小的為施工便道，每年平均土壤流失厚度達2.14 mm，侵蝕級別為中度。因此，應(yīng)加強對輸變電類工程站區(qū)和塔基區(qū)水土流失重點監(jiān)測和防治。

表1 各項目水土流失防治責(zé)任范圍變化率 %

圖2 各項目分區(qū)占總流失量的百分比

項目分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)/(t·km-2·年-1)最小值最大值平均值土壤侵蝕強度分級侵蝕模數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)/(t·km-2·年-1)平均流失厚度/(mm·年-1)侵蝕級別站區(qū)4 5436 2435 292.00a5 000^8 0003.86強烈侵蝕塔基區(qū)4 6155 9845 186.33a5 000^8 0003.79強烈侵蝕站外供排水系統(tǒng)3 4855 2674 196.67b2 500^5 0003.06中度侵蝕施工場地2 5964 1563 467.33c2 500^5 0002.53中度侵蝕牽張場區(qū)2 7503 5493 095.33c2 500^5 0002.26中度侵蝕進站道路1 2584 2133 035.33c2 500^5 0002.22中度侵蝕施工便道2 6803 5982 927.00c2 500^5 0002.14中度侵蝕

注：數(shù)據(jù)采用Duncan檢驗，不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

2.3 類比同類輸變電站項目水土流失特點

輸變電線路呈離散型分布，跨越不同土壤侵蝕類型區(qū)，其環(huán)境影響因素較多，包括降雨、植被覆蓋率、地形地貌和地質(zhì)條件等。綜合考慮各環(huán)境因素，選取江蘇省和四川省同類輸變電類工程建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，類比分析湖北省、江蘇省和四川省同類輸變電站工程不同項目分區(qū)的水土流失特征和土壤侵蝕強度。三省的影響因素參數(shù)值見表3。四川省、江蘇省和湖北省年均降雨量和植被覆蓋率差異不顯著，在1 000～1 500 mm之間，江蘇省植被覆蓋率較低為26%，四川省最高為35%，而地形地貌差異較大，四川省以山地丘陵為主，江蘇省平原占總面積的85.7%，湖北省以山地為主，地勢起伏較大。

表3 三省輸變電工程水土流失影響因素參數(shù)值

注：地形地貌數(shù)據(jù)來源百度百科；年均降雨量數(shù)據(jù)來源各省氣象局網(wǎng)站；植被覆蓋率來源林業(yè)志。數(shù)據(jù)采用Duncan檢驗，不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

三省輸變電類工程不同項目分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)見圖3。四川省輸變電類工程項目分區(qū)中塔基區(qū)土壤侵蝕模數(shù)最大，其次為施工便道，江蘇省輸變電類工程項目分區(qū)中塔基區(qū)和進站道路侵蝕模數(shù)最大，而湖北省輸變電類工程項目分區(qū)中站區(qū)和塔基區(qū)侵蝕模數(shù)最大，三省輸變電類工程項目分區(qū)中塔基區(qū)侵蝕模數(shù)均是最高的。因此，要加強塔基區(qū)水土流失監(jiān)測和防護。三省輸變電類工程侵蝕模數(shù)差異明顯，四川省輸變電類工程土壤侵蝕模數(shù)最大，其次為江蘇省，湖北省輸變電類土壤侵蝕模數(shù)最小。地形地貌較復(fù)雜的條件下湖北省輸變電類工程各項目分區(qū)侵蝕模數(shù)相對較小的原因可能是湖北省對輸變電類工程水土流失監(jiān)測和防治的標(biāo)準(zhǔn)和要求較高，水土保持防治措施嚴(yán)格按照了水土保持方案實施。

通過SPSS18.0對三省近年輸變電工程土壤侵蝕模數(shù)與各因素參數(shù)進行相關(guān)性分析。如表4。年均降雨量對三省各項目分區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)無顯著影響，植被覆蓋率與四川省塔基區(qū)、江蘇和湖北省施工場地土壤侵蝕模數(shù)呈顯著負相關(guān)。山地對輸變電工程各項目分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)呈顯著正相關(guān)，與輸變電工程塔基區(qū)呈極顯著正相關(guān)，丘陵對三省各項目分區(qū)均呈顯著相關(guān)。由此可知，地形地貌對輸變電各項目分區(qū)水土流失的影響較大。

3 結(jié) 語

各輸變電類項目水土流失防治責(zé)任范圍平均變化率為26.06%。站外供排水系統(tǒng)的防治責(zé)任范圍變化率最高，為46.32%，其次為進站道路和塔基區(qū)，而站區(qū)變化率最小為12.58%。因此，在今后編制同類水土保持方案報告書時，應(yīng)綜合考慮水土流失防治責(zé)任范圍的變化率，對各項目分區(qū)水土流失防治責(zé)任范圍進行更合理的估列。

圖3 三省輸變電類工程不同項目分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)對比

省份項目分區(qū)地形地貌/%山地丘陵平原高原年均降雨量/mm植被覆蓋率/%四川省站區(qū)0.905*0.860*-0.6190.6200.620-0.880進站道路0.903*0.871*-0.6550.6840.584-0.809站外供排水系統(tǒng)0.875*0.896*-0.7550.7560.446-0.880施工場地0.825*0.893*-0.7630.6410.441-0.884塔基區(qū)0.931**0.893*-0.7570.7500.450-0.886*牽張場區(qū)0.905*0.820*-0.5310.7020.702-0.827施工便道0.925*0.894*-0.7580.7760.446-0.883江蘇省站區(qū)-0.884*-0.757-0.468-0.805進站道路-0.883*-0.781-0.436-0.805站外供排水系統(tǒng)-0.894*-0.777-0.417-0.880施工場地-0.891*-0.725-0.492-0.889*塔基區(qū)-0.895*-0.770-0.427-0.881牽張場區(qū)-0.882*-0.804-0.400-0.801施工便道-0.881*-0.811-0.387-0.899*湖北省站區(qū)0.921**0.897*-0.789-0.391-0.869進站道路0.896*0.897*-0.769-0.425-0.876站外供排水系統(tǒng)0.827*0.895*-0.787-0.398-0.873施工場地0.843*0.884*-0.797-0.406-0.898*塔基區(qū)0.928**0.889*-0.804-0.381-0.882牽張場區(qū)0.913*0.899*-0.793-0.376-0.861施工便道0.845*0.897*-0.771-0.503-0.874

注：*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**在 0.01水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)。

湖北省輸變電類項目擾動后土壤侵蝕模數(shù)均較高，侵蝕級別均在中度及以上。侵蝕模數(shù)最大的防治分區(qū)為站區(qū)和塔基區(qū)且顯著高于其他分區(qū)。今后應(yīng)加強對輸變電類工程站區(qū)和塔基區(qū)水土流失重點監(jiān)測和防治。

影響輸變電類項目水土流失的環(huán)境因素較多。其中，山地丘陵地貌對湖北輸變電工程水土流失影響較顯著。針對輸變電類工程，各省應(yīng)提高對水土流失監(jiān)測和防治的標(biāo)準(zhǔn)和要求，水土保持防治措施應(yīng)嚴(yán)格按照水土保持方案實施。