林晓渝，李 健，周永峰

(中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

水土保持监测在我国人为水土流失防治和水土保持强监管中发挥了积极作用。《生产建设项目水土保持监测规程(试行)》规定，征占地面积在5 hm2以上或者挖填土石方总量在5万m3以上的生产建设项目应开展水土保持监测。水利水电工程土石方量一般在千万立方米级别，因此水土保持监测是必须开展的水土保持重点工作之一，特别是施工期的弃土弃渣场，更是水利水电工程水土保持监测的重点，应采用相对固定的观测设施进行地面观测。

径流小区观测位置固定、持续观测周期较长，已有规程对其选址布设、规格和观测方法都有明确的规定[1]，因此在国内常规水电工程水土保持监测中应用广泛。比如：浙江华光潭水电站采用简易坡面径流小区和草皮防护坡面对比监测水土流失[2]；福建后垄溪水电站采用5 m×2 m的径流小区对主体工程进行监测[3]；锦屏二级水电站使用标准径流小区监测项目区土壤流失背景值[4-5]；白鹤滩、官地水电站通过布设8个以上的径流小区获取土壤侵蚀数据[6-7]；大岗山水电站通过改造标准径流小区提高弃渣场水土流失监测数据代表性[8]；乌江思林水电站采用含简易径流小区法在内的单点多方法综合分析获得土壤侵蚀强度数据[9-11]；新疆錾高水电站综合布置风蚀和径流小区，同时完成风蚀和水蚀量的监测[12]。但是目前有关径流小区在抽水蓄能电站监测中的应用的文献案例极少。广东惠州抽水蓄能电站在2004—2007年运用径流小区法监测土壤侵蚀量，结果表明土壤侵蚀量与雨强、地表覆盖、坡度等有一定的相关性，说明径流小区法在流失强度较低的平台部位具有较好的适用性，并具有可模拟、易管理、能印证等优点[13-16]。借鉴国内常规水电工程和广东惠州抽水蓄能电站利用径流小区开展水土保持监测的经验，我们以浙西南山地保土生态维护区某抽水蓄能电站弃渣场水土保持监测为例，对抽水蓄能电站水土保持监测径流小区建设、监测实施、监测结果进行了分析。

1 项目概况

某抽水蓄能电站(以下简称“电站”)位于浙西南山地保土生态维护区，属大(1)型一等工程，总装机容量1 500 MW。电站主要包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房、永久道路、业主营地等永久工程，导流工程、施工支洞、施工临时设施、弃渣场、料场和临时道路等临时工程。电站设弃渣场5处，其中上库2处、上下库公路2处、下库1处，各弃渣场堆渣量及占地面积详见表1。

表1 弃渣场堆渣量及占地面积

工程区属浙江省中部低山丘陵和盆地、侵蚀-剥蚀中低山地貌类型区，属亚热带季风气候区，多年平均降水量1 591.75 mm，土壤类型主要有红壤、黄壤、岩性土、潮土和水稻土等，森林覆盖率77.2%。水土流失类型以水力侵蚀为主，容许土壤流失量500 t/(km2·a)，属于浙江省括苍山水土流失重点预防区。

2 监测设施建设

2.1 监测设施选址

经现场查勘，监测项目部于2011年2月按批复的水土保持方案报告书和水土保持监测实施方案，确定了6处地面观测点和1处调查监测点(表2)。考虑下库弃渣场具有海拔低、交通便利、地质条件良好、造价相对低廉等优点，并在堆渣量和占地面积方面具有典型代表性，因此将径流小区布设于下库弃渣场东侧的渣场内部道路旁。下库弃渣场径流小区位置示意见图1。

表2 水土保持监测点布置

图1 下库弃渣场径流小区位置示意

2.2 监测小区建设

下库弃渣场共建设4个标准径流小区，其中：3个坡度分别为5°、10°、15°的径流小区，集水区填料为工程弃渣，用以监测施工期间弃渣场不同坡度产生的土壤侵蚀；还有1个为坡度5°的原状坡面径流小区，用以监测工程区水土流失背景值。

每个径流小区包含集水区和蓄水池。集水区垂直投影为20 m×5 m(长×宽)，边界由浆砌石边墙围成矩形，高出地面20 cm，埋入地下30 cm。集水区内填料与蓄水池内侧墙高度齐平。蓄水池为浆砌石结构，尺寸为5 m×2 m×1 m(长×宽×深)，外侧墙高100 cm，内侧墙高80 cm。蓄水池在外侧墙高于地面10 cm处水平布设2根直径10 cm的PVC排水管，排水管在蓄水池外侧墙的内侧伸出5 cm，管端进口包裹土工布，在蓄水池外侧墙的外侧伸出10 cm，出水口用球阀控制出水。径流小区平面示意见图2。

图2 径流小区平面设计示意(单位：cm)

径流小区土建由经验丰富的施工队伍施工，砖块、砂石、水泥等建材质量符合国家标准要求，集水区整体结构稳定，蓄水池防渗闭水效果良好，阀门管道排水正常，于2011年3月施工并通过验收，并持续使用至2017年9月。径流小区建成后的面貌见图3。

图3 径流小区建成面貌

3 监测实施

经监测，上库弃渣场及公路弃渣场沉沙池监测的土壤侵蚀模数数据与下库弃渣场标准径流小区监测数据相近，故以下库弃渣场标准径流小区监测数据推算弃渣场料场监测区土壤侵蚀量。

为保证监测数据的准确性，按照《水土保持监测技术规程》(SL 277—2002)要求，考虑了悬移质和推移质的量测。监测人员每月定期打开蓄水池阀门，排除池内积水。排水期间，用离心管取阀门开启后5～10 s时排出的浑浊液，计算悬移质土壤侵蚀量；用环刀取蓄水池底部淤积的泥沙，计算推移质土壤侵蚀量；将水样和泥沙样品带回实验室利用烘干法测定泥沙含量；测量放干水后蓄水池内多处淤积泥沙的厚度取平均值，并计算当月土壤侵蚀量。每月监测完毕，及时清理蓄水池内淤积的泥沙、杂物。月土壤侵蚀量计算公式为

T=[(g2-g1)÷v×(1-L)+

(G2-G1)÷V×L]×A2÷A1×S×10-6

(1)

式中：T为监测的月土壤侵蚀量，t；g2为过滤浑浊液并烘干后滤纸的质量，g；g1为烘干后滤纸的质量，g；v为取样浑浊液的体积，mL；L为蓄水池底部淤积泥沙厚度平均值，m；G2为烘干后的环刀及泥沙的质量，g；G1为烘干后环刀的质量，g；V为环刀的容积，cm3；A2为蓄水池的面积，m2；A1为集水区的面积，m2；S为监测分区土壤侵蚀的面积，km2。

土壤侵蚀面积通过现场调查和在地形图中量测得到。年土壤侵蚀量计算公式为

(2)

式中：T′为年土壤侵蚀量，t；Tn为月土壤侵蚀量，t。

土壤侵蚀模数计算公式为

M=T′/S

(3)

式中：M为土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；其余符号意义同上。

4 监测结果与分析

电站土壤侵蚀量监测时段为2011年3月至2017年9月。监测期内，电站土壤侵蚀总量为27 860 t，其中枢纽工程监测区、道路工程监测区、弃渣场料场监测区、施工临时设施监测区土壤侵蚀量分别为13 738、5 057、5 879、3 186 t。弃渣场料场监测区的土壤侵蚀量占监测期内工程土壤侵蚀总量的21%，是除枢纽工程监测区外土壤侵蚀最严重的监测分区。弃渣场料场监测区土壤侵蚀监测结果见表3。

表3 弃渣场料场监测区土壤侵蚀年度监测数据

整个监测期内，土壤侵蚀量大致先增加后减少，总体变化趋势与土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数变化趋势相近。受施工扰动强度影响，弃渣场料场监测区的土壤侵蚀模数为1 495～3 989 t/(km2·a)，属于轻度至中度侵蚀，整体大致呈现先增强后减弱趋势，仅在施工高峰期极少数月份发生极端强降水时，才出现强烈或以上的侵蚀情况。由表3知，2012年土壤侵蚀模数为1 495 t/(km2·a)，明显低于其他年份，这主要是因为当年无大规模集中强降水。根据监测数据，同比第三季度(雨季)，2012年降水量只有2011年的55%，现场监测未发现明显坡面径流，土壤侵蚀较弱。2015年土壤侵蚀模数仅为2 223 t/(km2·a)，低于2016年的土壤侵蚀模数2 984 t/(km2·a)，主要原因为在第二季度受工程弃渣影响，蓄水池局部出现破损，影响了土壤侵蚀数据的监测。此外，现场水土保持措施的不断实施，其水土保持功能逐步发挥，也是弃渣场水土流失逐渐减少的原因之一。

通过工程建设全过程现场监测发现，建设单位在开工之初即在弃渣场落实挡渣墙、盲沟等水土保持工程措施；在施工过程中，用重型装载货运卡车在弃渣场道路及平台往复运渣、不断碾压，渣料较为密实；堆料至设计高程后立即实施排洪渠，导流汇水。在完工阶段，建设单位招标水土保持专项工程对弃渣场进行整治，修缮已实施的水土保持工程措施，并进一步强化植物措施。随着水土保持措施不断完善，弃渣场水土流失状况得到有效控制，现场生态环境得到逐步改善。

5 结 语

电站所用径流小区质量优良，从2011年3月至2017年9月持续运行78个月，为获得弃渣场料场监测区水土保持监测数据提供了长久持续可靠的支撑，为工程最终顺利自主验收提供了有益帮助，也为后续其他近地域、同类型项目水土保持监测提供了借鉴参考的示例。

径流小区法是《生产建设项目水土保持监测与评价标准》(GB/T 51240—2018)规定水力侵蚀区采用的监测方法之一，具有较好的准确性和时效性。在无人机、卫星遥感影像等新技术广泛应用于水土保持监测工作的今天，径流小区法能够有效弥补遥感监测精度方面的缺陷，填补遥感监测可能会遇到的时间和空间覆盖的空白。当然，在水土保持监测工作中运用径流小区法也会遇到不少问题。一是选址问题。水土保持监测设施的布设需要建设单位的积极支持，恰当的选址是水土保持监测地面观测开展的重要前提，是监测数据准确性和代表性的重要保障。二是布点问题。项目建设用地日趋紧张，布置标准径流小区难度更大；1个标准径流小区需要花费数万元，中小型项目或合同额较低的项目可以通过调整径流小区规格节约监测费用，但如何利用小型或微型径流小区来获取更精确的土壤侵蚀数据是后续需要进一步研究的课题；对于监测周期较长或地质条件不良的工程区，可以考虑采用钢筋混凝土结构径流小区，以提高其耐久性；径流小区的施工质量也是影响监测数据质量的关键，建议在土建完工后进行闭水试验并进行验收，确保其使用功能正常。三是维护问题。要设置警示标志和安防措施，避免径流小区遭人为破坏，还要定期清理集水池，避免滋生蛇虫，带来安全风险。