黃河大橋水土流失監(jiān)測技術(shù)與結(jié)果分析

李欣卓

（榆林市水土保持生態(tài)工程建設(shè)中心,陜西 榆林 719000 ）

黃河大橋?qū)偎η治g類型中的西北黃土高原區(qū),為準(zhǔn)確掌握工程建設(shè)中對原地貌擾動引起的水土流失,水土保持方案中水土保持措施的實(shí)施效果,需對土壤流失情況進(jìn)行水保監(jiān)測分析。

1 概況

黃河大橋位于府谷縣與河曲縣之間,橫跨黃河,全長1060 m,采用 6 車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)速度 80 km/h,橋?qū)?32 m,設(shè)計(jì)荷載采用公路—I 級。項(xiàng)目所經(jīng)區(qū)段地貌受黃河流域控制,兩岸的流水向黃河匯集,在漫長的內(nèi)外動力地質(zhì)作用下,形成陡峭的黃土崖坡地貌,黃土崖下為寬緩平坦的河床和漫灘等地貌,崖上主要為地勢稍有起伏的Ⅱ級階地。橋址區(qū)地貌單元屬黃河河谷區(qū),微地貌單元主要有河床、河漫灘、Ⅰ～Ⅱ級階地、黃土陡坎及斜坡。項(xiàng)目區(qū)屬大陸性半干旱半濕潤季風(fēng)氣候,多年平均降水量 504.3 mm,平均風(fēng)速為 2.7 m/s。項(xiàng)目沿線地表植被稀少,以農(nóng)作物及灌草叢為主,土壤流失容許量為 1000 t/（km2·a）。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)實(shí)際占地面積 9.75 hm2,擾動土地面積 9.75 hm2,擾動土地整治面積9.61 hm2,水土流失面積4.82 hm2,治理水土流失面積4.79 hm2,綠化面積4.59 hm2。

2 監(jiān)測內(nèi)容與方法

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

本項(xiàng)目建設(shè)期監(jiān)測方式為定期和不定期的巡視、監(jiān)測,并做好監(jiān)測記錄及數(shù)據(jù)分析；試運(yùn)行期以監(jiān)測水保措施的保存情況、完好性和植物措施的完整性為主。監(jiān)測內(nèi)容主要為：根據(jù)工程現(xiàn)狀,收集和調(diào)查項(xiàng)目區(qū)水土流失數(shù)據(jù)資料,綜合分析影響項(xiàng)目區(qū)水土流失主要因子；充分利用布設(shè)的相應(yīng)水土保持監(jiān)測樣點(diǎn),適時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理,綜合分析項(xiàng)目區(qū)水土流失形式、面積、強(qiáng)度、水土流失量及變化情況；主要采取宏觀調(diào)查的方式,對工程區(qū)水土保持設(shè)施類型、數(shù)量及工程質(zhì)量狀況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),分析區(qū)域水土保持設(shè)施結(jié)構(gòu)變化情況。結(jié)合水土保持措施實(shí)施情況及工程質(zhì)量狀況,對工程水土保持措施效果進(jìn)行綜合分析。

2.2 監(jiān)測方法

結(jié)合實(shí)際,本工程水土保持監(jiān)測以定位觀測為主,實(shí)地調(diào)查為輔,定期和不定期的巡視、監(jiān)測相結(jié)合,并做好監(jiān)測記錄。

2.2.1 定位觀測

①溝槽（重量）法

主要是在重點(diǎn)監(jiān)測地區(qū)用坡面溝槽法,對降雨造成的水蝕體積以及坡面的坡度、坡長、地面組成物質(zhì)、容重等變化情況進(jìn)行量測、量算,同時測量坡面的面蝕,通過邊坡溝蝕量結(jié)合面蝕量,確定邊坡的水土流失量。

②沉沙池法

為了解工程排水系統(tǒng)及沉淀系統(tǒng)的攔渣效果,收集和調(diào)查各個末端沉沙池（包括集排水溝）每月清理泥沙的次數(shù)、清泥厚度、清泥量等資料,并定期采樣和分析泥沙的容重,計(jì)算整個工程區(qū)的水土流失攔截效果。

2.2.2 實(shí)地調(diào)查

①雨量觀測：通過當(dāng)?shù)貧庀笳臼占@得項(xiàng)目區(qū)降雨量及氣象動態(tài)資料。

②調(diào)查、記錄各施工單元在施工過程中的地形地貌變化、土地利用變化、擾 動土地面積、損壞水土保持設(shè)施數(shù)量、水土流失面積等因子的變化情況。

③調(diào)查和實(shí)地丈量施工過程中土石方開挖與回填量、棄渣量。

④調(diào)查各項(xiàng)水土流失防治措施的數(shù)量、質(zhì)量,工程措施的穩(wěn)定性、完好性和運(yùn)行情況。編制調(diào)查表,采取宏觀調(diào)查的方式,對工程區(qū)水土保持設(shè)施類型、數(shù)量及工程質(zhì)量狀況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),結(jié)合相關(guān)歷史資料,分析區(qū)域水土保持設(shè)施結(jié)構(gòu)變化情況；核實(shí)水土保持設(shè)施數(shù)量,評價水土保持方案落實(shí)情況。

⑤汛期開始和每次暴雨過后,對工程區(qū)域重力侵蝕情況進(jìn)行巡查,查清發(fā)生重力侵蝕的地點(diǎn)、類型、原因和面積。

⑥調(diào)查林草措施的成活率、保存率、覆蓋度、密度等生長情況及植物措施面積變化情況,每年春、秋季著重調(diào)查樹高、胸徑、地徑、郁閉度及密度等植被生長發(fā)育狀況。

⑦調(diào)查臨時占地跡地恢復(fù)情況,包括土地整治面積、植被恢復(fù)面積、土地利用情況等。

2.3 監(jiān)測時段和頻次

根據(jù)工程實(shí)際情況,水土保持監(jiān)測時段為 2015 年 9 月～2019 年 5 月。監(jiān)測頻次：正在使用的棄渣場的棄渣量,正在實(shí)施的水土保持措施建設(shè)情況等每 10 天監(jiān)測記錄 1 次；擾動地表面積、水土保持工程措施攔擋效果等每 1 月監(jiān)測記錄1 次；橋梁工程建設(shè)進(jìn)度、水土流失影響因子、水土保持植物措施生長情況等每 3 個月監(jiān)測記錄 1 次。遇暴雨情況及時加測。水土流失災(zāi)害事件發(fā)生后 1周內(nèi)完成監(jiān)測。監(jiān)測時段內(nèi),調(diào)查監(jiān)測非汛期每季度巡查 1～2 次,汛期每月巡查 1 次。

3 土壤流失情況監(jiān)測

黃河大橋建設(shè)區(qū)水土流失以水力侵蝕為主,土壤流失量主要來源于降雨沖刷產(chǎn)生的水土流失。

3.1 水土流失面積

工程于2015 年9 月開工建設(shè),2018 年 11 月通車試運(yùn)營。根據(jù)工程征占地、青苗補(bǔ)償協(xié)議,結(jié)合查閱施工和監(jiān)理資料,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測,本項(xiàng)目擾動地表面積為 9.75 hm2,建設(shè)期擾動土地動態(tài)監(jiān)測結(jié)果見表 1。

表1 建設(shè)期擾動土地動態(tài)監(jiān)測結(jié)果表 單位：hm2

3.2 土壤流失量

3.2.1 各階段侵蝕模數(shù)的分析確定

侵蝕模數(shù)的確定主要是通過參考工程特點(diǎn)和環(huán)境概況相似的類比項(xiàng)目的水土保持監(jiān)測的相關(guān)侵蝕模數(shù)和收集現(xiàn)場觀測結(jié)果相結(jié)合的方式進(jìn)行。經(jīng)過一系列的調(diào)查和資料收集整理,確定該工程項(xiàng)目區(qū)內(nèi)各 階段土壤侵蝕模數(shù),見表 2。

表2 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)土壤侵蝕模數(shù) 單位：t/（km2·a）

3.2.2 各階段土壤流失量計(jì)算土壤流失量計(jì)算公式為：

原地貌土壤流失量=項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積×原地貌侵蝕模數(shù)×?xí)r段

擾動后土壤流失量=（∑擾動面積×擾動后侵蝕模數(shù)+∑未擾動面積×原地貌侵蝕模數(shù)）×施工時段

治理后土壤流失量=項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積×治理后侵蝕模數(shù)×恢復(fù)時段

式中相關(guān)參數(shù)見表1、表2,根據(jù)土壤侵蝕模數(shù)監(jiān)測結(jié)果,計(jì)算得到原地貌、擾動土地土壤流失量和治理后土壤流失量,計(jì)算結(jié)果見表3、表4。

表3 各分區(qū)原地貌土壤流失量監(jiān)測結(jié)果表

表4 各分區(qū)擾動后土壤流失量監(jiān)測結(jié)果表

監(jiān)測結(jié)果表明,本項(xiàng)目原地貌土壤流失量為 371.61 t,其中橋梁工程區(qū) 135.12 t,沿線設(shè)施 26.4 t,施工便道 175.12 t,棄渣場區(qū) 34.97 t。擾動后土壤流失量為 2957.66 t,其中橋梁工程區(qū) 1013.4 t,沿線設(shè)施 193.6 t,施 工便道 1400.96 t,棄渣場區(qū)349.7 t。治理后土壤流失量為 95.16 t,其中橋梁工程區(qū) 37.67 t,沿線設(shè)施 10.45 t,施工 便道 39.01 t,棄渣場區(qū) 7.91 t。

3.3 各擾動土地類型土壤流失量分析

3.3.1 各監(jiān)測分區(qū)擾動方式及侵蝕類型分析

黃河大橋建設(shè)均為水力侵蝕,其中橋梁工程、沿線設(shè)施和施工便道等工程區(qū)以開挖、回填、臨時堆放占壓擾動為主,侵蝕形式為面蝕、片蝕、溝蝕,永久占地；施工便道區(qū)、棄渣場以臨時堆放占壓擾 動為主,侵蝕形式為面蝕、溝蝕。

3.3.2 各監(jiān)測分區(qū)擾動后土壤流失量分析

擾動后侵蝕總量中,橋梁工程區(qū)占侵蝕總量的 34%,施工便道占 47%,棄渣場占 44%；新增水土流失量中,橋梁工程區(qū)占侵蝕總量的 34%,施工便道 47%,棄渣場占 13%,以上數(shù)據(jù)說明橋梁工程區(qū)為主要水土流失區(qū),其次為施工便道和棄渣場。各監(jiān)測分區(qū)水土流失量見表 5。

表5 各監(jiān)測分區(qū)水土流失量統(tǒng)計(jì)表

4 水土流失防治效果監(jiān)測

水土流失防治效果,主要從擾動土地面積、建筑物面積、水土流失面積、水保措施面積、治理面積的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化來反映,通過計(jì)算擾動整治率、水土流失整治率、林草植被覆蓋率等,反映防治效果。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,本項(xiàng)目六項(xiàng)防治目標(biāo)的實(shí)際情況為：擾動土地整治率達(dá)到 98.63%,水土流失總治理度達(dá)到 99.37%,攔渣率為 100%,土壤流失控制比 1.02,林草植被恢復(fù)率為 98.98%,林草植被覆蓋率為 48.10%,六項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了方案批復(fù)的水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)的要求。見表6。

表6 各監(jiān)測分區(qū)擾動土地整治率計(jì)算結(jié)果 單位：hm2

經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測,本工程全線棄渣量7.2 萬 m3,棄渣結(jié)束后進(jìn)行對渣場設(shè)置擋墻、排水設(shè)施,土地整治,覆土綠化,實(shí)際攔擋的渣量為7.2 萬 m3,攔渣率為100%,符合水土保持方案確定的90%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

土壤流失監(jiān)測是檢驗(yàn)和衡量項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)造成的水土流失和水保治理的重要依據(jù),通過對黃河大橋建設(shè)土壤流失量監(jiān)測數(shù)據(jù)和項(xiàng)目水保監(jiān)測數(shù)據(jù)分析討論可知,水土保持措施實(shí)施后,土壤流失量為 95.16 t,小于原地貌土壤流失量 371.61 t和擾動后土壤流失量 2957.66 t,土壤侵蝕量已降至原地貌侵蝕強(qiáng)度以下,水土流失得到有效治理,隨著現(xiàn)有的水保措施效益的逐步發(fā)揮,水土保持治理將進(jìn)一步鞏固提高。