關(guān)于《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量測算導(dǎo)則》應(yīng)用的思考
——以大唐溧水電廠工程為例

王 鵬，蔣丹丹

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán) 江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102；2.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 南京 210029)

水土流失預(yù)測是水土保持方案編制的難點(diǎn)之一[1]，其難度在于編制人員需要在最不利的條件下估算土壤流失量，即在不采取任何水土保持措施、水土流失時(shí)間加長的情況下進(jìn)行計(jì)算。在《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量測算導(dǎo)則》(SL 773—2018)(以下簡稱《導(dǎo)則》)發(fā)布之前，土壤流失量預(yù)測往往采用類比法，即選定一個(gè)在自然條件、施工工藝上較為類似的工程，參照其水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，測算對應(yīng)工程的土壤侵蝕模數(shù)，再根據(jù)換算的侵蝕時(shí)間預(yù)測土壤流失量。這種方法存在明顯的缺點(diǎn)：①類比工程土壤侵蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)可信度存疑。部分監(jiān)測單位責(zé)任心不強(qiáng)、編造數(shù)據(jù)，在水土保持設(shè)施驗(yàn)收中又往往重結(jié)果、輕過程，忽視對水保監(jiān)測過程數(shù)據(jù)的合理性復(fù)核，使得土壤侵蝕數(shù)據(jù)難以追溯。②修正系數(shù)取值隨意性大。對于數(shù)據(jù)可信度較高的類比工程，方案編制中需確定修正系數(shù)，而該系數(shù)的確定有較大的隨意性。系數(shù)取值不同，則最終土壤流失量數(shù)據(jù)差異性大。③不同侵蝕時(shí)間侵蝕量相同?！渡a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50433—2018)(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)要求達(dá)到或者超過一個(gè)雨季的按照一年進(jìn)行預(yù)測，因此存在擾動時(shí)間超過一個(gè)雨季的年土壤流失量均為同一數(shù)值的情況，與實(shí)際情況差別較大。

2019年1月，《導(dǎo)則》正式實(shí)施。《導(dǎo)則》基于大量現(xiàn)場試驗(yàn)，總結(jié)出了水力和風(fēng)力作用下土壤侵蝕量的計(jì)算公式和相關(guān)參數(shù)取值辦法，為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測提供了相對可靠的途徑。《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定擾動后的土壤侵蝕模數(shù)采用數(shù)學(xué)模型、試驗(yàn)觀測等方法確定；《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)審查要點(diǎn)》(水保監(jiān)〔2020〕63號)要求水土流失預(yù)測依照《導(dǎo)則》和《標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算?！秾?dǎo)則》內(nèi)容全面豐富，包括水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕，采用一般擾動地表、工程開挖面和工程堆積體等不同擾動條件分別測算，基本可以滿足常規(guī)工程的預(yù)測需要。本研究以大唐溧水電廠工程為例，基于工程施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，利用《導(dǎo)則》規(guī)定進(jìn)行土壤侵蝕量的測算，與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比，分析論證《導(dǎo)則》在應(yīng)用中的可行性，同時(shí)針對目前水土保持方案編制中《導(dǎo)則》應(yīng)用存在的若干問題提出相應(yīng)的解決辦法。

1 水土流失預(yù)測分區(qū)

大唐溧水電廠工程位于江蘇省南京市溧水經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，要在原秦源熱電廠區(qū)內(nèi)建設(shè)2×100 MW級燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。工程水土保持方案編制于2016年6月，采用類比法進(jìn)行土壤流失量預(yù)測，估算工程占地面積6.9 hm2，挖填方總量5.75萬m3，臨時(shí)堆土方量300 m3。實(shí)際工程于2019年10月開工，2021年3月完工，工程建設(shè)期間，先進(jìn)行全場清表，隨后基坑開挖，進(jìn)行建構(gòu)筑物施工，主體工程完建后進(jìn)行場地平整綠化。該工程水土流失外營力以水力為主。一般地表擾動貫穿工程始終，兼有堆土場存在。

本研究通過無人機(jī)對工程現(xiàn)場進(jìn)行航拍，獲取現(xiàn)場高清正射影像，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場踏勘，獲取不同擾動模塊的面積、坡長因子、坡度因子等參數(shù)。項(xiàng)目正射影像及預(yù)測單元分區(qū)見圖1、2(圖2中空白區(qū)域?yàn)閺S區(qū)和施工區(qū)裸露部分)。

圖1 項(xiàng)目區(qū)正射影像

圖2 項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測分區(qū)

從工程現(xiàn)場實(shí)際情況看，在工程建設(shè)期間，各建構(gòu)筑物、道路等在不同時(shí)間段形成對擾動面的硬化占壓，因此在主要建構(gòu)筑物投影占壓面下不產(chǎn)生土壤侵蝕；由于在施工前對場地進(jìn)行了清表，因此工程主要侵蝕方式為地表翻擾型一般擾動地表；工程建設(shè)期間存在5處臨時(shí)堆土場，會產(chǎn)生堆積體土壤侵蝕。根據(jù)工程建設(shè)進(jìn)度，將各預(yù)測單元劃分見表1。

表1 溧水電廠水土流失預(yù)測分區(qū)

2 結(jié)果及分析

根據(jù)堆土場堆積形態(tài)，實(shí)測坡長、坡度，并現(xiàn)場分析土質(zhì)，采用《導(dǎo)則》中推薦參數(shù)計(jì)算5處臨時(shí)堆土場土壤侵蝕量，見表2。

表2 工程堆積體土壤流失量估算

綜合考慮工程各建構(gòu)筑物施工時(shí)間(形成硬化面則不考慮土壤侵蝕)，根據(jù)《導(dǎo)則》中推薦參數(shù)得出各個(gè)區(qū)塊土壤流失量，形成工程土壤流失量估算匯總表，見表3。

該工程水土保持方案(類比法)在水土流失預(yù)測單元有重大漏項(xiàng)(遺漏堆土場)的情況下得出結(jié)論為：建設(shè)期預(yù)測水土流失量284.8 t，其中水土流失背景值41.4 t，新增水土流失量243.4 t，土壤侵蝕模數(shù)約4 900 t/(hm2·a)。利用《導(dǎo)則》預(yù)測土壤流失量182.240 t，其中水土流失背景值0.485 t，新增水土流失量181.755 t，與類比法測算出的數(shù)據(jù)差距很大。其中，《導(dǎo)則》預(yù)測背景流失量幾乎可以忽略不計(jì)，這與現(xiàn)場實(shí)測值較為吻合，即在植被覆蓋良好、地勢較為平坦的地表，一般不會出現(xiàn)動輒幾十、上百噸的流失量。我們利用水文泥沙法對項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在實(shí)施了臨時(shí)苫蓋、碎石壓蓋、截排水措施的情況下，2020年侵蝕模數(shù)僅約為400 t/(km2·a)；如果根據(jù)表3結(jié)果反推侵蝕模數(shù)，在不采取任何水土保持措施的前提下，2020年項(xiàng)目區(qū)侵蝕模數(shù)約800 t/(km2·a)。兩項(xiàng)結(jié)果均遠(yuǎn)低于原方案確定的侵蝕模數(shù)4 900 t/(km2·a)。上述結(jié)果表明，利用《導(dǎo)則》預(yù)測結(jié)果要遠(yuǎn)比類比法可信度高。

表3 工程土壤侵蝕量估算匯總

3 討 論

3.1 利用《導(dǎo)則》預(yù)測常見的錯(cuò)誤

目前已經(jīng)有部分單位嘗試?yán)谩秾?dǎo)則》進(jìn)行水土流失預(yù)測。筆者借助網(wǎng)絡(luò)查閱了部分項(xiàng)目的水土保持方案，發(fā)現(xiàn)有以下幾類常見錯(cuò)誤。

(3)不注意擾動方式問題。部分報(bào)告簡單參照水土流失分區(qū)劃分水土流失預(yù)測分區(qū)，如在預(yù)測章節(jié)將電廠工程劃為廠區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、進(jìn)廠道路區(qū)等。而根據(jù)電廠各部分的施工工藝，以大唐溧水電廠工程為例，除了有一般擾動地表，還有臨時(shí)堆土場，不同擾動形式應(yīng)對應(yīng)不同的計(jì)算方法。某些大型工程還有長時(shí)間的邊坡開挖，甚至兼有風(fēng)力侵蝕。應(yīng)在水土保持分區(qū)基礎(chǔ)上根據(jù)不同施工工藝?yán)^續(xù)劃分水土流失單元，選取合理計(jì)算方法，不能以簡單的一個(gè)分區(qū)籠統(tǒng)得出侵蝕總量。

3.2 建 議

(1)延后水土保持方案編制的介入時(shí)間。目前，水土保持方案編制在工程開工前完成即可。因此，建議委托單位在有條件的前提下，可在工程布置基本確定、施工組織基本明確等設(shè)計(jì)深化后再組織編制水土保持方案。例如，火力發(fā)電工程在初步設(shè)計(jì)之后、輸變電工程在終勘定位階段、風(fēng)電工程在微觀選址階段開展水土保持方案的實(shí)質(zhì)性工作。在此階段，編制人員才有條件了解施工場地的布置、堆土場的位置和面積、塔位、風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的具體地形數(shù)據(jù)，并且有可能了解工程施工工藝，從而選擇合理的預(yù)測方法，降低水土保持方案的重大變更風(fēng)險(xiǎn)。

(2)界定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤侵蝕量概念。長久以來，業(yè)界認(rèn)為流出項(xiàng)目擾動區(qū)域的土壤數(shù)量為工程造成的土壤侵蝕量。這種定義面臨一個(gè)邏輯上的難點(diǎn)，比如某工程在工程邊界完全截留住流失的土壤，即使工程現(xiàn)場內(nèi)部泥水橫流，也可以認(rèn)為侵蝕量為零。這與開展水土保持監(jiān)測的初衷不相符，同時(shí)也與《導(dǎo)則》里明確的各類擾動模型土壤流失量測算方法不相適應(yīng)。

(3)加強(qiáng)水土流失預(yù)測章節(jié)的審查。水土流失預(yù)測是水土保持方案中重要的一個(gè)章節(jié)，是保障水土保持措施合理性的重要一環(huán)。長久以來，由于類比法的缺陷，方案評審中往往對預(yù)測章節(jié)做弱化處理。隨著《導(dǎo)則》的發(fā)布，編制人員已經(jīng)有條件相對精確地進(jìn)行水土流失預(yù)測。從本研究工程實(shí)例可以看出，這種方法的難點(diǎn)在于如何根據(jù)施工工藝合理獲取相關(guān)參數(shù)。以水土流失分區(qū)為單元進(jìn)行的侵蝕模數(shù)確定及流失量估算已經(jīng)不具備太多的參考價(jià)值，而根據(jù)施工工藝，更為精確地確定流失單元和相關(guān)參數(shù)應(yīng)在未來方案評審中給予重點(diǎn)關(guān)注。

(4)做好《標(biāo)準(zhǔn)》和《導(dǎo)則》的銜接?！稑?biāo)準(zhǔn)》中要求利用侵蝕模數(shù)計(jì)算水土流失量，而《導(dǎo)則》則是直接根據(jù)各參數(shù)計(jì)算侵蝕量，兩種計(jì)算方法存在矛盾，急需標(biāo)準(zhǔn)制定部門給出解釋說明，做好兩份文件的銜接工作。

4 結(jié) 語

相比類比法，利用《導(dǎo)則》進(jìn)行預(yù)測較為復(fù)雜，應(yīng)用難點(diǎn)在于需根據(jù)施工工藝確定擾動方式，需對現(xiàn)場進(jìn)行更為細(xì)致的踏勘，但其結(jié)果相對更貼近實(shí)際。

本研究利用《導(dǎo)則》以大唐溧水電廠為例進(jìn)行了“無防護(hù)措施”下的水土流失預(yù)測計(jì)算。必須指出的是，雖然該項(xiàng)目擾動面積較小，侵蝕外營力和擾動方式較為單一，但計(jì)算中依然對項(xiàng)目情況進(jìn)行了一定的概化，如：考慮到基坑邊坡存在時(shí)間較短，未進(jìn)行工程開挖面土壤侵蝕計(jì)算；坡長因子Ly取值時(shí)不考慮區(qū)塊內(nèi)建構(gòu)筑物和道路的切割；R和K因子直接采用規(guī)范推薦值；坡度因子Sy取值時(shí)考慮將各個(gè)區(qū)塊的坡度全部取2°等。以該工程為例，利用《導(dǎo)則》計(jì)算土壤侵蝕量雖然方法較為明確，但前提是方案編制人員需對工程施工工藝、施工進(jìn)度具有相當(dāng)?shù)牧私?。因此，如按照以往可研階段進(jìn)行方案編制，則各建構(gòu)筑物施工時(shí)間、施工方法、堆土方式無法確定，即便按照《導(dǎo)則》進(jìn)行計(jì)算，仍不可避免地進(jìn)行“拍腦袋”，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果依然不可靠。