长距离引水工程的水土保持分析评价

2020-06-03王琳

黑龙江水利科技 2020年4期

王琳

(辽宁省海城市水利事务服务中心，辽宁海城 114200)

0 引言

水土流失对农业经济和生态环境的破坏极其严重，据统计中国属于水土流失最为严重的地区之一，每年因水土流失造成的土地资源浪费和经济损失巨大，对区域生态文明建设和经济持续发展造成严重威胁[1]。为解决干旱地区持续紧张的水资源供给矛盾，长距离引水工程成为当前最为有效的方法之一，但此类工程具有挖方量大、跨越地形种类多及输送距离远等特征，加之管路周围土场多等条件限制，对水保工作的开展产生严重不利影响，科学评价工程区水土保持状况具有重要意义[2-3]。

长距离引水工程水土保持评价是指考虑各类自然因子潜在作用和水土流失区条件限制，在人类生产活动下而产生的水土流失危害，可为其它类似工程的科学管理和水土保持能力评价提供指导。项目区水土流失的发生、发展与原地貌条件之间存在密切的关联，同时也存在较大的异。除重力、水力等常规侵蚀外，土壤侵蚀区还将产生特殊的工程侵蚀和水资源系统的破坏等，例如以堆垫或人为开挖的土石边坡替代天然的地形地貌、以土壤和破碎岩石组成的岩土混合物替代单纯的地表土壤等，其中项目建设过程为发生侵蚀的主要时段。通过分析确定能够显著影响水土流失的参数，结合项目实际情况和评价结果提出有效的对策和建议，对于指导工程区水土流失治理具有重要意义[4-8]。当前，AHP法、关键性要素分析法、专家咨询法、仿真综合评价法等为应用较为成熟的理论方法。

为确保评价结果的可靠性和精确度，将关键绩效因素分析法和专家咨询法相结合开展综合研究。首先，对每个要素的重要性依据专家经验和知识水平给予分析，从而确定各因子初始权重，经运算处理将数据反馈至专家，以此往复开展多轮反复论证，直至各专家意见较为接近为止；然后利用获取的权重构造数学模型，在诸多评价要素中筛选区关键性因子，考虑了权重计算的数学模型能够较为准确、可靠的定量表征水土流失受各因子的影响程度；最后，结合评价结果和长距离引水工程实际情况提出有效的建议措施，为水保方案的编制和治理项目投资提供指导。

1 工程概况

辽宁省某引水工程输水隧洞长150km，洞室主体埋深为120-340m，洞室最大和最小埋深分别为570、12m，属于无压水隧洞工程，主要由引水和水源工程构成。工程建设投资约72亿元，设计年供水量1.8亿m3。建设项目的实施为解决区域性整体缺水问题、促进当地农业发展和构建多水源保障体系等具有重要意义[9]，同时有利于改善生态环境和解决地下水超采问题，项目概况见表1。

表1 长距离引水工程概况

项目区人多地少、丘多坡陡、地形复杂且植被覆盖率较高，开发建设项目具有弃渣量大，对地表扰动强度高，涉及范围广等特点，部分农田和生态植被在建设过程中被破坏，原本脆弱的生态系统很容易产生水土流失。另外，考虑到项目区特殊的地形条件，对于弃渣的处理存在的难度较大，因此合理的评价水土保持现状可为治理方案的编制和优化设计提供科学的依据。

2 水土保持评价分析

受项目区降水条件、土壤类型、地形地貌和地质等因素影响，加之不合理的开发利用，使得当地土壤保持能力差且生态环境脆弱，水土流失灾害影响范围广、面积大且农林牧副业生产发展极不平衡。根据该工程的复杂性影响因素，结合水土保持验收资料和现场实地勘查结果，采用关键绩效因子分析法和专家咨询法构建综合评价数学模型，将建设项目水土流失影响从“水利工程”的角度开展分析，为判别建设项目是否满足同类工程水土保持标准引入SWII水土流失影响指数，对比分析了各评价因子的影响程度[10]。

2.1 评价过程

选择的长距离引水工程影响要素较多，不利于实际工程的推广和数学方法的测算；若选择的指标数量过少，则无法系统、客观的反映项目区水土流失治理情况。综上分析，文章结合水土保持的特性和建设项目特征，结合专家意见和项目水土保持目标要求选取6个代表性因子，即恢复度、流失水土量、弃渣量、土石方挖填、工程面积和影响时限因子。

根据各评价因子具体内涵和专家咨询法，合理确定各指标权重见图1。结合专家意见和工程实践经验，流失水土量和可恢复程度明显高于其它因子的重要度，这两个要素与项目区的生态承载力相关，工程建设实施时具有较高的不可控性。因此，为合理控制这两项要素应选择对环境有益，且恢复程度较高的工程地质；另外，弃渣量、土石方挖填、工程面积和影响时限因子具有一定的可调节、可控制性，建设项目施工时应注重对这几项因子的调控。

图1 项目区水土流失影响因子权重

SWII水土流失影响指数利用考虑因子权重的数学模型求解，其表达式为：

(1)

式中：ai、xi为评价因子i及其比重；

根据各因子内涵利用下式对各项初始数据进行归一化处理，从而获取各因子标准值，其数学计算式为：

(2)

根据长距离引水工程建设项目实际情况获取各要素初始值、最小和最大值，然后采用上述归一化公式对各评价因子实际值、最小和最大值进行处理，由此确定各要素标准值，各因子初始值和标准值见表2。

表2 水土保持各评价因子实际值及其标准值

根据图2可知，水土保持各评价因子标准值、权重并未存在明显的同减、同增的特征，依据专家咨询法确定的权重较高的评价指标，其对工程建设水土保持的影响程度并不一定较大，为准确评判各因子的贡献程度必须进行标准化处理。比较分析权值的大小可知，权重最小的土石方挖填量经归一化处理后，其标准值最大，对工程建设水土保持的影响最高，因此各要素对评价结果的影响不能仅仅从权重的角度评判。

图2 因子权重及标准化值

2.2 结果分析

按照SWII值越小则建设项目水土保持越优的原则，评价分析长距离引水工程的水土流失治理情况。SWII值越低，则建设项目的影响时间和地表扰动强度越低，覆盖面积和影响范围越小，工程建设产生的水土流失量就越小，对于水土保持的治理越有利；反之，SWII值越大，则工程建设造成的土壤侵蚀量越大，引起的水土流失和地表扰动就越强。

通常情况下，大型水利枢纽、水库大坝等工程的施工周期较长、弃渣量和占地面积较大，因此这些项目的SWII值一般>0.5；供水管线工程、长距离堤防工程等的SWII值较小，一般为0.1。经过计算分析，该长距离引水工程的SWII影响指数为0.058，小于工程建设影响的平均值0.2668和长距离工程的0.1，相对于理论值评价值较小。由此可认为该建设项目具有良好的水土保持成效，工程建设对当地水土流失的影响较低，评价结果与建设项目实际情况基本一致。

另外，结合各评价因子的标准化值确定影响时限、土石方挖填为6项指标中数值最小和最高值。根据各因子标准化值，能够确定工程建设过程中哪些因子对水土流失影响最为严重，通过科学管理和统一调控这些因子及时调整相应的施工方案、技术措施，从而避免某项因子值过高而引起的SWII值偏大，对地方生态环境造成不利影响，给建设项目带来经济损失。

2.3 建议措施

长距离引水工程水土保持方案应明确工程治理的目标要求和重点防治对象，依据工程区区自然概况和项目建设特点，充分考虑工程建设造成土壤侵蚀的形式、水土流失量、扰动面积和侵蚀强度的变化特征，提出优化设计主体工程的要求。然后从水土资源高效利用和水土流失科学防治的角度，基于生态学原理确定项目区不同水保措施的分布状况、建设规模、施工进度、措施数量等，由此建立综合防治措施体系，结合工程治理目标估算水土保持投资[11]。项目实施过程中为确保水土流失治理成效，应采取的措施如下：

1)土石方开挖和填埋方案的合理设计。为尽可能的减少工程建设扰动范围、缩短引水管道的间距，项目施工时尽量在征地覆盖区堆放表土，严格控制开采方式和料场开采方式，优化设计管道走向；另外，采用沉管法、顶管法和盾构法等优化设计穿越大桥大河的管道，从而避免不必要的土石方挖填。为减少土石方的挖填量，将边坡开挖等利用钢板桩支护开挖替代，采取巡视、点检和旁站等措施严格控制土石方挖填数量；采取不稳定边坡防护、开挖弃渣及时清理以及尽可能缩减路基开挖等措施，尽可能的在地形平坦、场地平整少的地区布设施工附企，在符合建设要求的条件下最大程度的选用居民用房作为施工营地。

2)影响时限的科学控制。根据各评价要素标准化数值可知，影响指数SWII在一定程度上受到控制时限的影响，结合现有研究资料确定引水工程的影响时间一般为24-60个月，该工程为36个月，处于中间水平，因此影响时限的控制较为合理。虽然时间对SWII的影响程度较低，但将其控制在一定的时限内有利于保证项目的顺利完成，若超过该界限值将产生不利影响，对建设项目影响时间的动态合理调控具有重要的意义。

3)严格监管。政府部门应严格监管长距离引水工程的水土保持治理情况，通过设立预警红线确保水土流失的有效治理，发出限时整改通知书严格监控超出有关指标的建设项目，结合区域实际建立水利工程水土保持防治体系。