水庫(kù)工程水土流失預(yù)測(cè)及危害分析

劉軍 梁文娟

摘 要：水庫(kù)建設(shè)具有占地范圍廣、擾動(dòng)土地面積大、地形地貌復(fù)雜和水土流失危害大等特點(diǎn)。本文以畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)某水庫(kù)工程為例，通過(guò)對(duì)工程項(xiàng)目水土流失強(qiáng)度、水土流失量的分析和預(yù)測(cè)，及時(shí)對(duì)施工進(jìn)度安排、防治措施布置及水土保持監(jiān)測(cè)提出指導(dǎo)意見(jiàn)，確保各項(xiàng)水土保持措施正常發(fā)揮作用，最大限度地減少水土流失、降低項(xiàng)目建設(shè)給區(qū)域環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)工程;水土流失;侵蝕模數(shù);危害分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）09-0098-03

Abstract： Reservoir construction has the characteristics of wide land occupation， large disturbed land area， complex topography and high damage to soil and water loss. In this paper， taking a reservoir project in Qixingguan District of Bijie City as an example， through the analysis and prediction of the intensity and amount of water and soil loss of the engineering project， timely guidance on the construction schedule， the arrangement of prevention measures and the monitoring of water and soil conservation were put forward， so as to ensure the normal functioning of various water and soil conservation measures， minimize soil erosion and reduce the negative impact of project construction on the regional environment.

Keywords： reservoir project;soil erosion;erosion modulus;hazard analysis

某水庫(kù)位于畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)放珠鎮(zhèn)木桶溝村境內(nèi)，水庫(kù)壩址以上集水面積為15.3 km2，水庫(kù)正常蓄水位為1 495.00 m，總庫(kù)容為139萬(wàn)m3。工程規(guī)校為小（1）型，工程等別為Ⅳ等，水庫(kù)樞紐工程由混凝土面板堆石壩、右岸開(kāi)敞式溢洪道、取水兼導(dǎo)流隧洞等組成。

1 工程所在地水土流失現(xiàn)狀

該水庫(kù)工程位于中亞熱帶常綠闊葉林亞帶—貴州高原濕潤(rùn)性常綠闊葉林地帶—黔西北高原山地常綠櫟林、云南松林、漆樹(shù)及核桃林小區(qū)，林草覆蓋率達(dá)到42.2%。

項(xiàng)目所在地屬于烏江與赤水河上游的國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，項(xiàng)目區(qū)土壤類(lèi)型主要有黃壤和石灰土等;項(xiàng)目區(qū)水土流失類(lèi)型以水力侵蝕為主，侵蝕強(qiáng)度為輕度;項(xiàng)目區(qū)位于水力侵蝕一級(jí)類(lèi)型區(qū)中的黔西高原山地輕、中度侵蝕區(qū)，平均土壤侵蝕模數(shù)為1 236 t/（km2·a），項(xiàng)目區(qū)容許侵蝕模數(shù)為500 t/（km2·a）。

2 擾動(dòng)地表預(yù)測(cè)

通過(guò)查閱生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)資料，經(jīng)本方案復(fù)核，本工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)占地面積為37.27 hm2。結(jié)合工程施工布置與工藝，調(diào)查人員采用設(shè)計(jì)圖紙實(shí)地調(diào)查和勾繪，本工程擾動(dòng)地表面積為29.42 hm2，未擾動(dòng)地表面積（水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)）為7.85 hm2。各建設(shè)區(qū)征占地及擾動(dòng)地表情況如表1所示。

3 土壤流失量預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)單元

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)布局、擾動(dòng)地表時(shí)段、擾動(dòng)形式、擾動(dòng)強(qiáng)度和水土流失特點(diǎn)等，項(xiàng)目劃被分為13個(gè)預(yù)測(cè)單元：大壩樞紐工程區(qū)、導(dǎo)流工程區(qū)、管道及泵站區(qū)、樞紐區(qū)施工場(chǎng)地及營(yíng)地區(qū)、樞紐區(qū)砂石料加工及拌合系統(tǒng)、輸水工程施工場(chǎng)地及營(yíng)地區(qū)、永久公路區(qū)、壩區(qū)臨時(shí)道路區(qū)、輸水工程臨時(shí)道路區(qū)、石料場(chǎng)區(qū)、土料場(chǎng)區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)。

3.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018），結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)區(qū)和影響區(qū)的特點(diǎn)，本項(xiàng)目預(yù)測(cè)時(shí)段分為施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期，預(yù)測(cè)時(shí)段按最不利的情況考慮，超過(guò)雨季（5—10月）長(zhǎng)度的按一年計(jì)算，不超過(guò)雨季長(zhǎng)度的按占雨季長(zhǎng)度的比例計(jì)算[1]。

3.3 土壤侵蝕模數(shù)

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，調(diào)查人員以1∶1 000的地形圖作為工作底圖，現(xiàn)場(chǎng)勾繪圖斑，填寫(xiě)調(diào)查因子表，結(jié)合技術(shù)資料對(duì)水土流失因子進(jìn)行詳細(xì)分析[2]，并參照《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007）的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和面蝕分級(jí)指標(biāo)，在對(duì)項(xiàng)目區(qū)各地塊水土流失強(qiáng)度進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)上，確定不同地塊的侵蝕模數(shù)背景值[3-4]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目區(qū)年均水土流失總量為36.36 t，平均土壤侵蝕模數(shù)為1 236 t/（km2·a），其屬于輕度水土流失區(qū)。

3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

對(duì)于擾動(dòng)地表產(chǎn)生的土壤流失量，本研究采用侵蝕模數(shù)法進(jìn)行預(yù)測(cè)[5]。預(yù)測(cè)公式如下：

式中，[W]為土壤流失量，t;[j]為預(yù)測(cè)時(shí)段，[j]=1，2，即指施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期兩個(gè)時(shí)段;[i]為預(yù)測(cè)單元，[i]=1，2，3…，[n]-1，[n];[Fji]為第[j]預(yù)測(cè)時(shí)段、第[i]預(yù)測(cè)單元的面積，km2;[Mji]為第[j]預(yù)測(cè)時(shí)段、第[i]預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）;[Tji]為第[j]預(yù)測(cè)時(shí)段、第[i]預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)，a。

針對(duì)主體工程布置、施工組織及施工工藝設(shè)計(jì)，根據(jù)地表裸露及棄土棄渣的水土流失特點(diǎn)，結(jié)合自然地理狀況及分析過(guò)程，本研究得出以下預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.4.1 施工準(zhǔn)備及施工期。工程施工準(zhǔn)備期及施工期加速侵蝕面積為29.42 hm2，原地表水土流失量為439.12 t，預(yù)測(cè)期水土流失量為2 053.73 t，新增水土流失量為1 614.61 t。

3.4.2 自然恢復(fù)期。自然恢復(fù)期水土流失面積為8.79 hm2，原地表水土流失量為243.51 t，預(yù)測(cè)期水土流失量為391.25 t，新增水土流失量為147.74 t。

本工程建設(shè)可能造成的水土流失總量為2 444.98 t，新增水土流失量為1 762.35 t。

4 水土流失危害分析

本項(xiàng)目新增水土流失的原因主要是工程建設(shè)過(guò)程中，地表開(kāi)挖擾動(dòng)，棄土棄渣在外營(yíng)力作用下發(fā)生加速侵蝕現(xiàn)象，新增水土流失量集中產(chǎn)生于項(xiàng)目建設(shè)區(qū)。水土流失危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 大壩樞紐區(qū)與導(dǎo)流工程區(qū)

大壩樞紐施工擾動(dòng)原地表，破壞了原有的水土保持功能，場(chǎng)地在外營(yíng)力的作用下發(fā)生加速侵蝕[6]，若不采取防護(hù)措施，擾動(dòng)后的地表被降雨和地表徑流沖刷，將會(huì)造成一定水土流失;壩肩土石方開(kāi)挖量較大，如不及時(shí)清運(yùn)至棄渣場(chǎng)，在地面徑流的作用下，臨時(shí)棄渣中的泥沙會(huì)淤積下游行洪河道，影響河道行洪安全，并威脅下游耕地的生產(chǎn)安全。

4.2 輸水工程區(qū)

本項(xiàng)目輸水工程線(xiàn)路長(zhǎng)，擾動(dòng)面積及開(kāi)挖土石方量較大，如不及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)多余棄渣量，并采取必要的攔擋、排水及臨時(shí)防護(hù)措施，在遇大暴雨的情況下易引發(fā)水土流失;在雨水徑流的沖刷下，沿線(xiàn)開(kāi)挖的土石方沿下邊坡方向滑落，可能毀壞工程區(qū)附近的基礎(chǔ)設(shè)施和耕地，影響下游耕地質(zhì)量，威脅當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)生產(chǎn)生活安全。該區(qū)臨時(shí)占用了部分灌草地及耕地，若不對(duì)其用地類(lèi)型進(jìn)行恢復(fù)，則會(huì)降低區(qū)域耕地及林地指標(biāo)，增加區(qū)域水土流失，影響農(nóng)民生產(chǎn)安全。

4.3 施工生產(chǎn)生活區(qū)

施工營(yíng)地、施工場(chǎng)地水土流失的主要原因是基礎(chǔ)的平場(chǎng)開(kāi)挖，擾動(dòng)了原地表，破壞原地表土壤間的組織結(jié)構(gòu)，使原地表的水土保持功能完全喪失，在外營(yíng)力作用下無(wú)抗侵蝕的能力。若不采取有效水土保持措施，將產(chǎn)生一定水土流失，淹沒(méi)下游耕地，影響農(nóng)民生產(chǎn)生活。

4.4 道路區(qū)

永久公路、臨時(shí)道路施工中臨時(shí)堆放的土石是水土流失的主要策源地，在外營(yíng)力作用下發(fā)生加速侵蝕現(xiàn)象，道路施工形成松散裸露邊坡。若不采取有效的截排水及植物防護(hù)措施，將造成嚴(yán)重的水土流失，土石被降雨和地表徑流沖刷，可能淹沒(méi)下游耕地。臨時(shí)施工道路占用部分耕地、灌草地等，如不對(duì)其用地類(lèi)型進(jìn)行恢復(fù)，則會(huì)減少該地類(lèi)的用地面積，危害下游耕地，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

4.5 料場(chǎng)區(qū)

料場(chǎng)的開(kāi)采形成了裸露坡地和臨時(shí)堆土，改變了原地形地貌，破壞原地表土壤與土壤間的組織結(jié)構(gòu)，使原地表的水土保持功能減弱。若不采取有效的水土保持措施加以防護(hù)，臨時(shí)棄渣及剝離表土被降雨和地表徑流沖刷，就會(huì)發(fā)生加速侵蝕現(xiàn)象，引起一定水土流失，泥沙進(jìn)入下游道路或耕地，影響工程生產(chǎn)及農(nóng)民生活安全。料場(chǎng)占用大量林地，如不及時(shí)恢復(fù)植被，則會(huì)減少區(qū)域林草覆蓋率，增加區(qū)域水土流失。

4.6 棄渣場(chǎng)區(qū)

棄渣場(chǎng)水土流失的主要原因是工程建設(shè)廢棄的土石堆存在該區(qū)，堆放的土石無(wú)水土保持功能，改變了原地形地貌，破壞原地表土壤間的組織結(jié)構(gòu)，土石方在外營(yíng)力作用下極易發(fā)生加速侵蝕現(xiàn)象，若不采取攔擋防護(hù)及排水措施，土石將會(huì)被降雨和地表徑流沖刷，可能加劇洪水災(zāi)害、泥石流等情況的發(fā)生，引起嚴(yán)重的水土流失，損壞下游耕地并影響河道行洪安全。本區(qū)臨時(shí)占用部分灌草地和耕地，如不對(duì)其用地類(lèi)型進(jìn)行恢復(fù)，則會(huì)降低區(qū)域耕地指標(biāo)及林草覆蓋率，增加區(qū)域水土流失，影響農(nóng)民生產(chǎn)安全。

5 預(yù)測(cè)結(jié)果與指導(dǎo)性意見(jiàn)

5.1 預(yù)測(cè)結(jié)果

本研究對(duì)工程項(xiàng)目水土流失強(qiáng)度、水土流失量進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。經(jīng)調(diào)查，項(xiàng)目建設(shè)期擾動(dòng)地表面積為29.42 hm2。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)水土流失量的調(diào)查可知，本項(xiàng)目可能造成的水土流失總量為2 444.98 t，新增水土流失總量為1 762.35 t。

5.2 指導(dǎo)性意見(jiàn)

5.2.1 對(duì)施工進(jìn)度安排的指導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，施工準(zhǔn)備期、施工期是新增水土流失較嚴(yán)重的時(shí)期，建議在施工中優(yōu)化主體工程施工進(jìn)度安排，有效縮短產(chǎn)生水土流失的時(shí)段。對(duì)于難以避開(kāi)雨季施工的區(qū)域，應(yīng)完善此時(shí)段水土流失的防護(hù)措施。

5.2.2 防治措施布置的指導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，從水土流失可能發(fā)生的時(shí)間來(lái)看，項(xiàng)目建設(shè)可能造成的水土流失主要集中在施工準(zhǔn)備期及施工期;從水土流失發(fā)生的區(qū)域來(lái)看，樞紐工程區(qū)、輸水工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、道路區(qū)和棄渣場(chǎng)區(qū)是水土流失的重點(diǎn)區(qū)域。因此，要根據(jù)這些建設(shè)區(qū)的施工布置、施工時(shí)段以及主體工程的分析結(jié)果布置切實(shí)可行的防治措施，與主體建設(shè)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成綜合防治體系，最大限度地減少人為造成的水土流失、降低項(xiàng)目建設(shè)給區(qū)域環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響。

5.2.3 水土保持監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果，針對(duì)各建設(shè)區(qū)水土流失形式、發(fā)生時(shí)段、發(fā)生區(qū)域等，要采用適宜的監(jiān)測(cè)方法，及時(shí)掌握項(xiàng)目區(qū)水土流失發(fā)生的強(qiáng)度、空間分布等情況，了解水土保持措施防護(hù)效果，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果科學(xué)地指導(dǎo)防治措施的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)措施不足或防治效益達(dá)不到要求時(shí)及時(shí)要求建設(shè)單位采取補(bǔ)救措施，確保各項(xiàng)水土保持措施正常發(fā)揮作用，最大限度地減少水土流失。樞紐工程區(qū)、輸水工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、道路區(qū)、料場(chǎng)區(qū)和棄渣場(chǎng)區(qū)為水土流失重點(diǎn)區(qū)域，水土流失重點(diǎn)時(shí)段為施工準(zhǔn)備期和施工期。

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