龙 拿

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061)

随着国家生态文明建设不断推进，水土保持的重要性日益突出，而水土保持监测是监督建设项目落实水土保持工作的重要手段，能为生态安全预警、水土流失预防及治理和生态文明建设等提供资料及技术支持[1]。

长管线工程作为线性工程，具有扰动范围大，扰动距离长、扰动因素复杂的特点，且城市地区的水土流失具有人为性、隐蔽性的特点，这又加大了水土保持监测的难度。要想推动城市地区长管线工程的顺利开展，减少项目建设造成的水土流失，对城市地区长管线工程开展水土保持监测工作是十分重要的。

因此水利部门相继印发了《水利部关于加强水土保持监测工作的通知》(水保〔2017〕36号)、《全国水土流失动态监测规划(2018—2022年)》等一系列文件，要求落实和开展全国县级及以上行政区、全国水土保持重点区域的水土流失动态监测工作，掌握其水土流失动态变化，大力推进水土保持信息化监管工作[1]。本文结合南干线改造工程水土保持监测实例，对城市地区长管线工程建设项目水土流失产生的施工环节、造成水土流失的原因、对周边环境可能造成的危害、水土流失的强度、水土流失特点、监测难点、监测内容及监测方法等进行了探析，旨在为今后城市地区长管线工程建设期间的水保监测提供参考。

1 长管线工程水土保持监测特点

1.1 项目概况

南区污水输送干线(以下简称为“南干线”)于20世纪70年代初期建成通水，是上海市中心城区建设的首条污水输送干线，南干线建设总长度约32.2km，沿污水管线设1—6号共6座污水泵站。南干线改造工程服务面积约89.2km2，南干线的服务范围为：浦西的鲁班，浦东的周家渡、云莲、由由、六里、张江、川沙、唐镇等地区。

本次南干线改造工程范围为1—6号泵站，主要建设内容有：改建南干线污水管线，管径为DN2700～DN3500mm，长度约22.52km；新建沿线45座顶管井、13座透气井、4座闸门井等；箱涵修复、改建4号泵站、迁建5号泵站；顶管穿越王家浜、顾家浜、吕家浜、中心河、随塘河5条河道等建设内容。

南干线改造工程水土保持防治责任范围为14.45hm2，除去泵站及井位等区域永久占地面积1.06hm2，其余全为临时占地。泵站、井位及管线等区域的土石方开挖总量为34.75万m3，后期施工回填土石方总量10.14万m3。项目监测时间为2019年11月—2022年5月，共31个月。

1.2 项目水土流失特点

南干线改造工程呈点线状分布，线性为主，点状为辅。“线”主要为污水管线，“点”主要为泵站、临时堆土场、井位及大临等容易发生水土流失的地点。线性项目施工所造成的水土流失，因施工区域不同可分为不同的侵蚀类型，不同的侵蚀类型区侵蚀方式也有很大差异[6- 10]。

(1)管线、泵站、井位及大临施工：工程施工一般先清基、后进行基础开挖，除去后期自身回填的部分土方临时堆置在建设区周边，其余全部及时外运。工程建设期间，开挖会扰动、损坏原场地的地貌和植被。

在施工期间，管线及大临施工开挖临时堆置的土方及裸露面，由于其表面结构脆弱，在大雨及大风日，很容易受到水力侵蚀及风力侵蚀；

泵站和井位开挖施工期间，由于开挖深度深，开挖断面大，需及时做好支护，如未做好支护，雨水冲刷开挖的裸露断面，极易发生重力侵蚀，引发壁坑崩塌现象。

(2)涉河施工：涉河工程施工是造成水土流失的重要区域。河道两侧的井位及顶管施工产生的土方及泥浆都可能被水冲蚀，极易产生水力侵蚀，造成重大的水土流失。

(3)临时堆土施工：施工期间，因场地回填需要，项目建设区域内需临时设置堆土场，在临时堆土期间，如遇暴雨及大风，因其表面结构脆弱，会产生严重的水力侵蚀(面蚀和细沟侵蚀)和风力侵蚀，如不及时处理还可能产生严重的水土流失现象。

1.3 线性项目水土保持监测难点

(1)项目跨度大，依托项目多

南干线改造工程沿线穿越轨交3处、各类管道8处、高压铁塔1处、加油站3处、立交桥4处、涉及河道5条，涉及其他项目多，交叉点多，后期监测难度大。

(2)项目建设区域分散，后期监测难度大

项目建设内容包括顶管工程、开槽埋管工程、箱涵修复、明挖箱涵等，方案评估过程中，全面掌握工程的建设内容较为困难。项目中新建顶管井、骑马井、检查井、透气井、阀门井、闸门井、新建泵站、河道工程、明挖管线建设区域分散，均涉及占地，后期防治责任范围面积统计、监管难度大。

(3)项目实施涉及标段多

项目施工过程中，将南干线改造工程划分为NGX1.1标段—NGX1.8标段，通常涉及多个施工标段同时施工，因每个标段分属不同建设单位，不同标段的不同工程施工时序不一致，不同标段水土保持措施的具体布设时间不一致，后续水土保持监测难度大。

(4)施工时序不一，监测周期长

根据水土保持监测要求，需要统一规划布设建设区域内的监测点，根据建设区域内水土流失的类型，监测重点目标，来合理规划布设监测点；线型工程施工跨度大，施工时序不一致，监测点位实际施工时间不一致，需根据实际施工进行调整。

(5)方案调整收集资料难度大

项目建设期间，建设单位会根据具体施工条件进行施工方案调整，水土保持监测因主体调整而调整。因分为多标段同时施工，方案调整及时收集资料的难度大。

2 长管线工程水土保持监测点位布设及监测方法

2.1 监测点位

监测点位的选取主要考虑以下原则：

(1)代表性的区域原则：布设的监测点位和监测得出的结果，必须具备能够反映工程水土流失的状况共性。

(2)全面性原则：监测点不仅能反映本工程的水土流失特点，还能具备其它工程的共性，具备可参考性。

(3)危害大地段重点监测原则：监测点布设在水土流失危害可能较大的施工单元。

(4)可行性原则：在布设水土保持监测点时，还需考虑监测点位实施的可行性。

2.2 监测方法

在南干线改造工程监测过程中主要采用以下方式进行监测：

(1)DGPS监测法

在监测南干线改造工程泵站工程区、箱涵修复工程区及施工生产生活区等点状区域采用DGPS监测法进行监测。在现场监测时，主要为监测人员手持仪器，围绕监测区域的边界移动，并通过仪器记录边界数据；室内导出监测数据进行处理，将含监测数据的CAD图纸与原防治责任范围图进行叠加，从而计算出原地表扰动面积变化情况、项目建设区域的水土流失面积增减量、土石方挖填方量变化值等数据。

(2)无人机低空遥感技术监测法

在监测南干线改造工程线状区域时，采用无人机低空遥感技术监测法进行监测，主要通过操控无人机在Pix4D Capture设定的飞行轨迹飞行，并拍摄收集地面影像数据，通过遥感技术传输拍摄的影像数据，通过Pix4D Mapper软件进行影像拼接处理，完成数据处理，并建立模型，然后进行数据分析对比。通过分析处理后的数据，可以提取工程的施工进展、建设区域扰动的长度及面积数据、水土保持措施的实施情况。通过无人机低空遥感技术可以记录不同施工阶段监测数据，间接计算监测所需的体积数据[2- 5]。

(3)实时远程视频监测

城市地区5G网络等无线通信方式覆盖较广，利用这一点，本次水保监测在泵站及井位施工区域扰动时间较长，水土流失较易发生的区域布设了无线视频监控点，同时配备了远程储存装置，方便对已发生的水土流失现象进行回看追溯。除此之外，视频监测系统记录覆盖了从区域扰动前至绿化排水设施布设完毕后的整个阶段，方便了水保验收工作时的回顾查看，并且为后续类似项目的水土流失防治工作提供了较为全面的数据库系统。

3 结语

(1)城市地区长管线建设项目结合DGPS监测法、无人机低空遥感技术监测法和实时远程视频监测，既符合国家推行水土保持监测信息化的发展趋势，也能极大地提高对水土流失产生的环节、水土流失的原因、对周边环境可能造成的危害、防治责任范围变化、水保措施实施进度等方面监测工作的精度及效率。

(2)水利部及地方水务部门发布了一系列文件，要求加强生产建设项目监测工作。在城市地区长管线建设项目水土保持监测时，利用无人机低空遥感技术监测，可以及时发现原地表的扰动变化情况，并同步通知建设单位规避项目施工扰动范围超出防治责任范围，或提出相应整改建议，为城市地区长管线建设的合规合法性提供了有力保障。

(3)本文对城市地区长管线建设项目监测做了初步探索，并利用实时远程视频监测建立了项目水土流失监测数据信息库。利用贮存的监测视频数据，可以为类似项目提供水土流失监测相关数据及防治水土流失经验，为水土流失监测工作做出贡献。