城市長(zhǎng)管線工程水土保持監(jiān)測(cè)探析

龍 拿

(上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061)

隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)不斷推進(jìn)，水土保持的重要性日益突出，而水土保持監(jiān)測(cè)是監(jiān)督建設(shè)項(xiàng)目落實(shí)水土保持工作的重要手段，能為生態(tài)安全預(yù)警、水土流失預(yù)防及治理和生態(tài)文明建設(shè)等提供資料及技術(shù)支持[1]。

長(zhǎng)管線工程作為線性工程，具有擾動(dòng)范圍大，擾動(dòng)距離長(zhǎng)、擾動(dòng)因素復(fù)雜的特點(diǎn)，且城市地區(qū)的水土流失具有人為性、隱蔽性的特點(diǎn)，這又加大了水土保持監(jiān)測(cè)的難度。要想推動(dòng)城市地區(qū)長(zhǎng)管線工程的順利開(kāi)展，減少項(xiàng)目建設(shè)造成的水土流失，對(duì)城市地區(qū)長(zhǎng)管線工程開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)工作是十分重要的。

因此水利部門(mén)相繼印發(fā)了《水利部關(guān)于加強(qiáng)水土保持監(jiān)測(cè)工作的通知》(水保〔2017〕36號(hào))、《全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)劃(2018—2022年)》等一系列文件，要求落實(shí)和開(kāi)展全國(guó)縣級(jí)及以上行政區(qū)、全國(guó)水土保持重點(diǎn)區(qū)域的水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，掌握其水土流失動(dòng)態(tài)變化，大力推進(jìn)水土保持信息化監(jiān)管工作[1]。本文結(jié)合南干線改造工程水土保持監(jiān)測(cè)實(shí)例，對(duì)城市地區(qū)長(zhǎng)管線工程建設(shè)項(xiàng)目水土流失產(chǎn)生的施工環(huán)節(jié)、造成水土流失的原因、對(duì)周邊環(huán)境可能造成的危害、水土流失的強(qiáng)度、水土流失特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)難點(diǎn)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)方法等進(jìn)行了探析，旨在為今后城市地區(qū)長(zhǎng)管線工程建設(shè)期間的水保監(jiān)測(cè)提供參考。

1 長(zhǎng)管線工程水土保持監(jiān)測(cè)特點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目概況

南區(qū)污水輸送干線(以下簡(jiǎn)稱為“南干線”)于20世紀(jì)70年代初期建成通水，是上海市中心城區(qū)建設(shè)的首條污水輸送干線，南干線建設(shè)總長(zhǎng)度約32.2km，沿污水管線設(shè)1—6號(hào)共6座污水泵站。南干線改造工程服務(wù)面積約89.2km2，南干線的服務(wù)范圍為：浦西的魯班，浦東的周家渡、云蓮、由由、六里、張江、川沙、唐鎮(zhèn)等地區(qū)。

本次南干線改造工程范圍為1—6號(hào)泵站，主要建設(shè)內(nèi)容有：改建南干線污水管線，管徑為DN2700～DN3500mm，長(zhǎng)度約22.52km；新建沿線45座頂管井、13座透氣井、4座閘門(mén)井等；箱涵修復(fù)、改建4號(hào)泵站、遷建5號(hào)泵站；頂管穿越王家浜、顧家浜、呂家浜、中心河、隨塘河5條河道等建設(shè)內(nèi)容。

南干線改造工程水土保持防治責(zé)任范圍為14.45hm2，除去泵站及井位等區(qū)域永久占地面積1.06hm2，其余全為臨時(shí)占地。泵站、井位及管線等區(qū)域的土石方開(kāi)挖總量為34.75萬(wàn)m3，后期施工回填土石方總量10.14萬(wàn)m3。項(xiàng)目監(jiān)測(cè)時(shí)間為2019年11月—2022年5月，共31個(gè)月。

1.2 項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)

南干線改造工程呈點(diǎn)線狀分布，線性為主，點(diǎn)狀為輔。“線”主要為污水管線，“點(diǎn)”主要為泵站、臨時(shí)堆土場(chǎng)、井位及大臨等容易發(fā)生水土流失的地點(diǎn)。線性項(xiàng)目施工所造成的水土流失，因施工區(qū)域不同可分為不同的侵蝕類型，不同的侵蝕類型區(qū)侵蝕方式也有很大差異[6- 10]。

(1)管線、泵站、井位及大臨施工：工程施工一般先清基、后進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖，除去后期自身回填的部分土方臨時(shí)堆置在建設(shè)區(qū)周邊，其余全部及時(shí)外運(yùn)。工程建設(shè)期間，開(kāi)挖會(huì)擾動(dòng)、損壞原場(chǎng)地的地貌和植被。

在施工期間，管線及大臨施工開(kāi)挖臨時(shí)堆置的土方及裸露面，由于其表面結(jié)構(gòu)脆弱，在大雨及大風(fēng)日，很容易受到水力侵蝕及風(fēng)力侵蝕；

泵站和井位開(kāi)挖施工期間，由于開(kāi)挖深度深，開(kāi)挖斷面大，需及時(shí)做好支護(hù)，如未做好支護(hù)，雨水沖刷開(kāi)挖的裸露斷面，極易發(fā)生重力侵蝕，引發(fā)壁坑崩塌現(xiàn)象。

(2)涉河施工：涉河工程施工是造成水土流失的重要區(qū)域。河道兩側(cè)的井位及頂管施工產(chǎn)生的土方及泥漿都可能被水沖蝕，極易產(chǎn)生水力侵蝕，造成重大的水土流失。

(3)臨時(shí)堆土施工：施工期間，因場(chǎng)地回填需要，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)需臨時(shí)設(shè)置堆土場(chǎng)，在臨時(shí)堆土期間，如遇暴雨及大風(fēng)，因其表面結(jié)構(gòu)脆弱，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水力侵蝕(面蝕和細(xì)溝侵蝕)和風(fēng)力侵蝕，如不及時(shí)處理還可能產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象。

1.3 線性項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)難點(diǎn)

(1)項(xiàng)目跨度大，依托項(xiàng)目多

南干線改造工程沿線穿越軌交3處、各類管道8處、高壓鐵塔1處、加油站3處、立交橋4處、涉及河道5條，涉及其他項(xiàng)目多，交叉點(diǎn)多，后期監(jiān)測(cè)難度大。

(2)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域分散，后期監(jiān)測(cè)難度大

項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括頂管工程、開(kāi)槽埋管工程、箱涵修復(fù)、明挖箱涵等，方案評(píng)估過(guò)程中，全面掌握工程的建設(shè)內(nèi)容較為困難。項(xiàng)目中新建頂管井、騎馬井、檢查井、透氣井、閥門(mén)井、閘門(mén)井、新建泵站、河道工程、明挖管線建設(shè)區(qū)域分散，均涉及占地，后期防治責(zé)任范圍面積統(tǒng)計(jì)、監(jiān)管難度大。

(3)項(xiàng)目實(shí)施涉及標(biāo)段多

項(xiàng)目施工過(guò)程中，將南干線改造工程劃分為NGX1.1標(biāo)段—NGX1.8標(biāo)段，通常涉及多個(gè)施工標(biāo)段同時(shí)施工，因每個(gè)標(biāo)段分屬不同建設(shè)單位，不同標(biāo)段的不同工程施工時(shí)序不一致，不同標(biāo)段水土保持措施的具體布設(shè)時(shí)間不一致，后續(xù)水土保持監(jiān)測(cè)難度大。

(4)施工時(shí)序不一，監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)

根據(jù)水土保持監(jiān)測(cè)要求，需要統(tǒng)一規(guī)劃布設(shè)建設(shè)區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)建設(shè)區(qū)域內(nèi)水土流失的類型，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)目標(biāo)，來(lái)合理規(guī)劃布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；線型工程施工跨度大，施工時(shí)序不一致，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位實(shí)際施工時(shí)間不一致，需根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)行調(diào)整。

(5)方案調(diào)整收集資料難度大

項(xiàng)目建設(shè)期間，建設(shè)單位會(huì)根據(jù)具體施工條件進(jìn)行施工方案調(diào)整，水土保持監(jiān)測(cè)因主體調(diào)整而調(diào)整。因分為多標(biāo)段同時(shí)施工，方案調(diào)整及時(shí)收集資料的難度大。

2 長(zhǎng)管線工程水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)及監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的選取主要考慮以下原則：

(1)代表性的區(qū)域原則：布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)得出的結(jié)果，必須具備能夠反映工程水土流失的狀況共性。

(2)全面性原則：監(jiān)測(cè)點(diǎn)不僅能反映本工程的水土流失特點(diǎn)，還能具備其它工程的共性，具備可參考性。

(3)危害大地段重點(diǎn)監(jiān)測(cè)原則：監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在水土流失危害可能較大的施工單元。

(4)可行性原則：在布設(shè)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，還需考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)位實(shí)施的可行性。

2.2 監(jiān)測(cè)方法

在南干線改造工程監(jiān)測(cè)過(guò)程中主要采用以下方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)：

(1)DGPS監(jiān)測(cè)法

在監(jiān)測(cè)南干線改造工程泵站工程區(qū)、箱涵修復(fù)工程區(qū)及施工生產(chǎn)生活區(qū)等點(diǎn)狀區(qū)域采用DGPS監(jiān)測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，主要為監(jiān)測(cè)人員手持儀器，圍繞監(jiān)測(cè)區(qū)域的邊界移動(dòng)，并通過(guò)儀器記錄邊界數(shù)據(jù)；室內(nèi)導(dǎo)出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將含監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的CAD圖紙與原防治責(zé)任范圍圖進(jìn)行疊加，從而計(jì)算出原地表擾動(dòng)面積變化情況、項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的水土流失面積增減量、土石方挖填方量變化值等數(shù)據(jù)。

(2)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)法

在監(jiān)測(cè)南干線改造工程線狀區(qū)域時(shí)，采用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)操控?zé)o人機(jī)在Pix4D Capture設(shè)定的飛行軌跡飛行，并拍攝收集地面影像數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感技術(shù)傳輸拍攝的影像數(shù)據(jù)，通過(guò)Pix4D Mapper軟件進(jìn)行影像拼接處理，完成數(shù)據(jù)處理，并建立模型，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比。通過(guò)分析處理后的數(shù)據(jù)，可以提取工程的施工進(jìn)展、建設(shè)區(qū)域擾動(dòng)的長(zhǎng)度及面積數(shù)據(jù)、水土保持措施的實(shí)施情況。通過(guò)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)可以記錄不同施工階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，間接計(jì)算監(jiān)測(cè)所需的體積數(shù)據(jù)[2- 5]。

(3)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)

城市地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線通信方式覆蓋較廣，利用這一點(diǎn)，本次水保監(jiān)測(cè)在泵站及井位施工區(qū)域擾動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，水土流失較易發(fā)生的區(qū)域布設(shè)了無(wú)線視頻監(jiān)控點(diǎn)，同時(shí)配備了遠(yuǎn)程儲(chǔ)存裝置，方便對(duì)已發(fā)生的水土流失現(xiàn)象進(jìn)行回看追溯。除此之外，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄覆蓋了從區(qū)域擾動(dòng)前至綠化排水設(shè)施布設(shè)完畢后的整個(gè)階段，方便了水保驗(yàn)收工作時(shí)的回顧查看，并且為后續(xù)類似項(xiàng)目的水土流失防治工作提供了較為全面的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)城市地區(qū)長(zhǎng)管線建設(shè)項(xiàng)目結(jié)合DGPS監(jiān)測(cè)法、無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)法和實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)，既符合國(guó)家推行水土保持監(jiān)測(cè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)，也能極大地提高對(duì)水土流失產(chǎn)生的環(huán)節(jié)、水土流失的原因、對(duì)周邊環(huán)境可能造成的危害、防治責(zé)任范圍變化、水保措施實(shí)施進(jìn)度等方面監(jiān)測(cè)工作的精度及效率。

(2)水利部及地方水務(wù)部門(mén)發(fā)布了一系列文件，要求加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)工作。在城市地區(qū)長(zhǎng)管線建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)時(shí)，利用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)原地表的擾動(dòng)變化情況，并同步通知建設(shè)單位規(guī)避項(xiàng)目施工擾動(dòng)范圍超出防治責(zé)任范圍，或提出相應(yīng)整改建議，為城市地區(qū)長(zhǎng)管線建設(shè)的合規(guī)合法性提供了有力保障。

(3)本文對(duì)城市地區(qū)長(zhǎng)管線建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)做了初步探索，并利用實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)建立了項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息庫(kù)。利用貯存的監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù)，可以為類似項(xiàng)目提供水土流失監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)及防治水土流失經(jīng)驗(yàn)，為水土流失監(jiān)測(cè)工作做出貢獻(xiàn)。