南方紅壤區(qū)水電項目土壤流失量預測方法分析

陶純葦，王靜，牛振華

［關鍵詞］ 《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》；類比分析法；土壤流失；永嘉抽水蓄能電站；南方紅壤區(qū)

［摘要］ 為比較類比分析法和《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》（SL 773— 2018）（以下簡稱《導則》）測算法土壤流失量預測結果的準確性，以浙江省永嘉抽水蓄能電站為例，分別采用類比分析法和《導則》測算法對工程土壤流失量進行預測，并對預測結果進行對比。結果表明，《導則》測算法得到的土壤流失量遠小于類比分析法的；《導則》測算法雖不如類比分析法方便快捷，但可根據(jù)下墊面擾動形態(tài)、擾動程度及上方有無來水等多重因素區(qū)別考慮各計算單元的流失量，計算結果相對更加準確，更接近工程實際情況。同時，基于水電工程可行性研究報告的深度，建議水電工程水土流失分析與預測可在可研階段根據(jù)《導則》開展。

［中圖分類號］ S157［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）06－0024－05

水土流失分析與預測章節(jié)是生產(chǎn)建設項目水土保持方案報告書中重要的一節(jié)，即在不采取任何水土保持措施的情況下，按最不利時段對工程土壤流失量進行預測，為合理布設水土保持措施、形成完整的水土流失防治體系提供重要依據(jù)。自2019年1月《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》（SL 773—2018）（以下簡稱《導則》）實施以來，已有許多水土保持方案編制單位應用《導則》測算法編寫水土流失分析與預測章節(jié)，但仍有部分單位使用類比分析法進行水土流失預測分析，還有部分單位采用《導則》測算法和類比分析法相結合的方式。針對這兩種目前常用的水土流失預測方法，以浙江省永嘉抽水蓄能電站為例，分別采用類比分析法和《導則》測算法預測工程土壤流失量，并對結果進行比較分析，以期為南方紅壤區(qū)水電項目水土保持方案中水土流失分析與預測章節(jié)編寫提供參考。

1項目概況

浙江省永嘉抽水蓄能電站工程位于浙江省溫州市永嘉縣境內，為Ⅰ等大（1）型工程，電站上水庫總庫容682萬m3，下水庫總庫容863萬m3。工程征占地總面積173.38 hm2，其中永久征地126.82 hm2、臨時占地46.56 hm2。工程土石方挖填總量1 082.08萬m3。

永嘉抽水蓄能電站工程項目區(qū)位于中低山丘陵地貌區(qū)，屬甌江支流樟岙溪流域；位于亞熱帶季風氣候區(qū)，年均氣溫18.7 ℃，年均降水量1 734.5 mm，年均蒸發(fā)量1 317.4 mm，年均風速1.5 m/s，汛期為每年4—10月；土壤類型主要為紅壤、黃壤；屬亞熱帶東部濕潤常綠闊葉林帶，森林覆蓋率約為70%；項目區(qū)不涉及國家級和省級水土流失重點防治區(qū)，屬于縣級水土流失重點治理區(qū)——永嘉縣中部山區(qū)水土流失重點治理區(qū)，土壤侵蝕以微度水蝕為主，根據(jù)全國水土保持區(qū)劃成果，項目區(qū)屬于南方紅壤區(qū)（南方山地丘陵區(qū)）-浙閩山地丘陵區(qū)-浙西南山地保土生態(tài)維護區(qū)，容許土壤流失量500 t/（km2·a）。

2預測方法

類比分析法選擇同樣位于南方紅壤區(qū)的桐柏抽水蓄能電站作為類比工程。桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣，距離永嘉抽水蓄能電站工程直線距離約115 km，裝機容量1 200 MW，為Ⅰ等大（1）型工程。該工程于2000年12月開工，2006年12月投入商業(yè)運行，2008年12月通過水行政主管部門的水土保持設施行政驗收。永嘉抽水蓄能電站和桐柏抽水蓄能電站在項目區(qū)地理位置、氣候、年降水量、地形條件、土壤特性、植被、水土流失類型區(qū)等方面有較高的相似性，且桐柏抽水蓄能電站相關資料較為完備。

《導則》測算法是根據(jù)《導則》，依據(jù)工程實際情況，先劃分擾動單元、確定典型擾動單元、劃分計算單元，再根據(jù)各計算單元所屬的土壤流失類型計算公式計算各計算單元土壤流失量，最終得出工程總土壤流失量。

3結果與分析

3.1類比分析法

根據(jù)年降水量、背景土壤侵蝕模數(shù)、監(jiān)測時段及措施因子等因素，綜合確定永嘉抽水蓄能電站各預測單元土壤侵蝕模數(shù)修正系數(shù)為0.99。永嘉抽水蓄能電站工程擾動后各預測單元類比地段和各預測時段土壤侵蝕模數(shù)見表1。

3.2《導則》測算法

根據(jù)《導則》，永嘉抽水蓄能電站工程施工期土壤流失主要為地表翻擾型一般擾動地表、上方無來水工程開挖面、上方有來水工程開挖面、上方無來水工程 堆積體和上方有來水工程堆積體等5類，自然恢復期土壤流失主要為地表翻擾型一般擾動地表。以土壤流失量較大的中轉料場及表土堆存場區(qū)為例，籌建期（含施工準備期）及施工期土壤流失量測算結果見表3，自然恢復期土壤流失量測算結果見表4。

工程建設造成的土壤流失量（當預測單元土壤侵蝕模數(shù)恢復到原地貌土壤侵蝕模數(shù)以下時， 陶純葦?shù)龋耗戏郊t壤區(qū)水電項目土壤流失量預測方法分析不再計算）計算公式為W=∑3j=1∑ni=1Fji×Mji×Tji（1）式中：W為土壤流失量，t；j為預測時段，j=1，2，3，分別代表籌建期（含施工準備期）、施工期和自然恢復期；i為預測單元，i=1，2，…n；Fji為第j預測時段、第i預測單元的面積，km2；Mji為第j預測時段、第i預測單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；Tji為第j預測時段、第i預測單元的預測時段長，a。

根據(jù)以上預測方法和采用的參數(shù)，永嘉抽水蓄能電站工程籌建期（含施工準備期）、施工期至自然恢復期土壤流失量預測結果見表2。

3.3分析及討論

3.3.1土壤流失量比較分析

根據(jù)預測結果，通過類比分析法預測得到浙江永嘉抽水蓄能電站工程建設期可能造成的土壤流失總量為127 884 t，其中背景土壤流失量1 385 t、新增土壤流失量126 499 t。通過《導則》測算法得到的工程建設期可能造成的土壤流失總量為26 657 t，其中背景土壤流失量970 t、新增土壤流失量25 687 t。兩種預測方法結果相差甚大，甚至不在一個數(shù)量級。

表5為兩種預測方法的新增土壤流失量差值百分比和土壤侵蝕模數(shù)差值百分比分析結果。由表5可知，《導則》測算法預測得到的各三級分區(qū)的新增土壤流失量均小于類比分析法預測結果，且除了施工生產(chǎn)生活區(qū)和下庫外運料中轉料場，其余各區(qū)域新增土壤流失量差值百分比的絕對值均大于70%。

3.3.2土壤侵蝕模數(shù)比較分析

（1）背景土壤侵蝕模數(shù)值。由表5可知，21個三級分區(qū)中有15個分區(qū)《導則》測算法預測得到的背景土壤侵蝕模數(shù)值小于類比分析法預測結果。采用類比分析法確定的各區(qū)域背景土壤侵蝕模數(shù)值均為300 t/（km2·a），取值根據(jù)經(jīng)驗獲得，相對隨意。采用《導則》測算法確定的背景土壤侵蝕模數(shù)值為0～725 t/（km2·a），多數(shù)為100～400 t/（km2·a），平均值為166 t/（km2·a）。相比于類比分析法，《導則》測算法根據(jù)各個場地實際情況，結合場地占地類型及植被覆蓋度計算得出各區(qū)域背景土壤侵蝕模數(shù)，如：上庫外運料中轉料場現(xiàn)狀為林地，背景流失量幾乎可以忽略不計，背景土壤侵蝕模數(shù)值為個位數(shù)；前方建設管理營地現(xiàn)狀為耕地，根據(jù)《導則》，當一般擾動地表單元為農地時，植被覆蓋因子值取1，耕作措施因子值按整地及種植方式因子與輪作制度因子相乘得到，綜合計算下來營地土壤侵蝕模數(shù)背景值為379 t/（km2·a）。因此，相比于類比分析法的一概而論，《導則》測算法根據(jù)各個場地現(xiàn)場情況分別求取各計算單元的背景土壤侵蝕模數(shù)值，更符合實際情況。

（2）施工期土壤侵蝕模數(shù)值。由表5可知，21個三級分區(qū)中有20個分區(qū)《導則》測算法預測得到的施工期土壤侵蝕模數(shù)值小于類比分析法預測結果，且除了施工生產(chǎn)生活區(qū)和下庫外運料中轉料場，其余各區(qū)土壤侵蝕模數(shù)差值百分比的絕對值均大于70%，由此可見類比分析法得到的施工期土壤侵蝕模數(shù)值顯著高于《導則》測算法。類比分析法預測得到的各預測區(qū)域施工期土壤侵蝕模數(shù)值均相同，如樞紐工程區(qū)施工期均為19 404 t/（km2·a），中轉料場及表土堆存場區(qū)均為52 173 t/（km2·a）。而實際情況是，樞紐工程區(qū)中樞紐區(qū)和水庫淹沒區(qū)在施工期間侵蝕模數(shù)值肯定大不相同，樞紐區(qū)需要大范圍的開挖填筑，而淹沒區(qū)僅是清庫，為一般性擾動。再比如，中轉料場及表土堆存場區(qū)中表土堆存場堆置的全是表土，而中轉料場則以砂石料為主，且下庫外運料中轉料場和下庫中轉料場的上游匯水面積均較大，因此在同一時間段內各中轉料場及表土堆存場的土壤流失量必然不同。針對這一問題，《導則》測算法可根據(jù)下墊面擾動形態(tài)、擾動程度及上方有無來水等因素，區(qū)別考慮各個計算單元的流失量，因此從這一點上看《導則》測算法更加精準和符合實際。

（3）自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)值。對比兩種預測方法下各三級分區(qū)自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)值，由表5可知，除去水庫淹沒區(qū)及位于其范圍內的場地土壤侵蝕模數(shù)值為0外，其余16個三級分區(qū)中有8個分區(qū)《導則》測算法得到的土壤侵蝕模數(shù)值大于類比分析法預測結果，尤以施工生產(chǎn)生活區(qū)中永久場地最為顯著。類比分析法得到的各區(qū)域自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)值范圍為325～528 t/（km2·a），《導則》測算法得到的為350～934 t/（km2·a）。計算整個工程自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)值，類比分析法[327 t/（km2·a）]比導則測算法[396 t/（km2·a）]略低。根據(jù)《浙江省生產(chǎn)建設項目水土保持方案技術審查要點》，浙江省內自然恢復期取1 a。類比分析法中，施工期土壤侵蝕模數(shù)動輒超過10 000 t/（km2·a），在短短的1 a恢復期內侵蝕模數(shù)值就要下降到接近300 t/（km2·a），這不太符合實際情況。

4結語

土壤流失量預測時類比分析法的優(yōu)點在于使用方便和快捷，能夠快速地類比出土壤侵蝕模數(shù)，從而求得土壤流失量，但其缺點也很明顯：首先，難以找到各方面因素都相似的類比工程；其次，有些工程雖然類比度較高，但水土保持監(jiān)測工作介入較晚，類比工程的土壤侵蝕模數(shù)資料不全，從而導致擬建工程類比得到的土壤流失量有偏差；再次，有些類比工程監(jiān)測成果不一定準確，因此擬建工程類比得出的預測結果也會有偏差。與類比分析法相比，《導則》測算法更為復雜，但結果也相對更為準確?！秾t》測算法預測的重點及難點在于各因子的取值，這對方案編制單位要求較高，需要技術人員對工程和現(xiàn)場非常熟悉。基于上述情況，王鵬等[1]建議在有條件的前提下，可在工程布置基本確定、施工組織基本明確等設計深化后再組織編制水土保持方案。但是，對于水電工程來說，可行性研究報告較其他類型的工程更詳細，施工場地、堆渣（料、土）場的位置、面積及堆置方式，以及工程的施工方法、施工工藝、施工時序等已基本確定并較為詳盡，因此水電工程的水土保持方案報告可在工程可研報告基礎上開展編制工作，水土流失分析與預測章節(jié)可根據(jù)《導則》測算法預測土壤流失量。

[參考文獻]

[1] 王鵬，蔣丹丹.關于《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》應用的思考：以大唐溧水電廠工程為例[J].中國水土保持，2022（2）：43-46.

［作者簡介］ 陶純葦（1990—），女，江蘇連云港人，工程師，碩士，主要從事生產(chǎn)建設項目水土保持工程咨詢工作。

［收稿日期］ 2023-04-25

（責任編輯李楊楊）