川渝油氣田建設水土流失影響因子分析

馮 迪，銀小兵，高大明

（中國石油安全環保與技術監督研究院，成都610041）

油氣田建設過程中由于管道開挖、閥室建設等一系列施工作業，引發了水土資源的流失［1－2］。為治理水土流失問題，油氣田建設部門相繼采取了一些水土保持措施，并取得了一定成效［3－4］。但由于實施的措施針對性欠缺，造成治理效果不明顯。因此，要合理制訂治理措施，還需要分析區域內關鍵影響因子。然而，目前有關施工過程中重要因子影響程度的相關研究［5－8］較少，導致制定治理策略時缺乏重點。為進一步深入分析目前川渝地區油氣田建設造成的水土流失問題，以改進水土保持方案設計和實施過程中的不足，本研究結合川渝地區獨特的地貌特點以及在油氣田建設過程中管道開挖的特殊性，采用目前油氣田建設過程中常用的通用土壤流失方程對水土保持流失量進行預測，結合實地監測點的監測數據進行擬合，旨在確保通用土壤流失方程在川渝地區的適用性，并確定油氣田建設過程中影響因子的優先度順序，以期能為川渝油氣田建設制定合理水土保持措施提供科學依據。

1 研究區概況

本研究選取的典型管線主要位于川渝4個區域，分別位于川東、川西南漸變型盆山結構區，川北、川西突變型盆山結構區，川中原地隆起型盆地區，重慶地區。區域內水力侵蝕為主。通過對該區1957—2006年的降雨情況分析，降雨主要集中在每年5—9月份，其中8月降雨量最大，達到289．9mm，年平均降雨量約為900～1 300mm。10a一遇1h降雨強度為71．3mm，20a一遇1h降雨強度為74．8mm。亞熱帶季風性濕潤氣候，9月至翌年3月受北方冷空氣入侵，為偏北風；4至8月受西南暖濕季風和亞熱帶高氣壓影響，為偏南風。歷年最高氣溫43℃（1951年），極端最低氣溫－3．1℃（1975年）。本研究采取5—10月雨季進行現場監測。研究區為農耕區域、低山區及丘陵區，以次生植被為主。

2 研究方法

2．1 預測模型選取

通用水土流失方程是預測水土流失量的主要手段［9－10］，表達式如下：

式中：A——水土流失量（t）；R——降雨侵蝕因子；K——土壤可蝕性因子；L——坡長因子；S——坡度因子；C——植物覆蓋因子；P——土壤保持措施因子。

2．2 侵蝕因子的提取方法

（1）降雨侵蝕因子R。采用魏斯經驗公式計算獲得，能較準確地反映一個地區的降雨侵蝕能力［11］，公式如下：

式中：P——年降雨量（mm）；Pi——月降雨量（mm）。

（2）土壤可蝕性因子K。土壤可蝕性因子主要與土壤本身的顆粒結構、有機質含量等有關［12－13］，參照《環境影響評價技術導則地面水環境》HJ／T 2．3－93，采用查表法進行確定，本文K值取值范圍見表1。

表1 土壤可蝕性因子

（3）地形因子LS采用表達式如下：

LS＝（3．25L）0．5［0．0076＋0．006S＋0．00076（1．11S）2］

式中：L——坡長（m）；S——坡度（°）。

（4）植物覆蓋因子C。參照《環境影響評價技術導則地面水環境》HJ／T 2．3－93，采用查表法進行確定，采取就近原則進行取值。具體取值方法為：如果工程破壞的是林地、牧草地取值采用表2；如果破壞的是耕地取值采用表3。

表2 不同植被類型的覆蓋因子值

表3 農田不同作物的覆蓋因子值

（5）土壤保持措施因子P。根據措施類型，選取土壤保持措施因子P值，取值范圍見表4。

2．3 監測點位確定及數據采集

本研究選取9條典型管線進行因子矩陣分析，其中挑取地形、工程類型以及地域范圍最有代表性的4項工程進行標準小區實地監測，以監測通用土壤流失方程的準確性。監測過程中采用簡易水土流失觀測場法［14－15］，小區規格為3m×3m，同時結合坡面溝蝕測量法，設置0°，5°，10°，15°，20°，25°共6個標準坡度點位，進行水土流失量測量，監測選取項目分別為輸氣管線工程、天然氣管網工程、集輸管道工程、輸氣干線工程。實地監測數據見表5；9條典型管線的具體監測數據見表6。

表4 侵蝕控制措施因子

表5 監測點水土流失狀況統計

表6 土壤特性統計

3 數據分析

3．1 通用方程精確度

表7為影響因子及預測出的水土流失總量。影響因子取值根據工程項目地形特點、土壤類型、降雨量等工程特點對應侵蝕因子的提取標準進行。預測總水土流失量利用通用水土流失方程計算得出。

對水土流失量的數值進行變化趨勢的分析結果見圖1。通過對實地氣候、土壤、地形條件的調查，選取不同的降雨量因子、地形因子和水土保持措施因子（表7）表明，實際和預測的水土流失量之間具有很好的一致性，說明水土流失量的預測模型在川渝地區可以使用。

表7 典型監測樣地數據統計

圖1 預測和實際水土流失量變化曲線

3．2 相關性分析

通用土壤流失方程中的：K為土壤可蝕性因子，C為植物覆蓋因子，P為土壤保持措施因子需要根據現場勘查及上文提供的資料調查表取得，R為降雨侵蝕因子，LS為地形因子需要計算取得，現將各個參數的取值及影響因子的數值進行統計，結果見表8。

為了分析R，K，L，S，C，P這6個影響因子對水土流失量的作用，在SPSS軟件中對它們之間的相關關系和優先度進行排序，結果見表9。

表8 項目區水土流失量影響因子統計

表9 各變量之間相關性

由表9可知，水土流失總量與水土流失面積呈極顯著的正相關關系，相關系數為0．911，即在油氣田工程建設過程中，擾動面積的變化會直接影響水土流失量的變化，擾動面積越大，水土流失量越大。因此在油氣田建設項目施工過程中，應在規劃時就嚴格控制擾動面積，盡量減少地面的擾動和植被的破壞。與水土流失總量的密切程度從大到小的排列順序依次為：土壤可蝕性因子＞植物覆蓋因子＞降雨侵蝕因子＞土壤保持措施因子＞坡度因子。

土壤類型對于水土流失量的影響較大［16］，土壤物理結構、沙石含量、土壤中有機質含量的不同都會對水土流失量產生較大的影響。所以在工程建設過程中，應當重點考慮土壤的治理，可以通過改變土壤的結構，往土壤里加入石子，沙礫等顆粒物較大的材料來阻擋水土的流失，也可通過硬化土壤表面的方法使土壤的孔隙度變小，減少水土流失，還可以通過往土壤中加入有機物等改變土壤化學性質，并在表面植樹種草等，有效地防止水土流失。林草覆蓋率對水土流失量的影響也較為明顯，在工程建設期以及建設完工后，應當重視林草的恢復和護理。

降雨量和地形因子對水土流失量的影響稍小，這是因為在工程建設過程中采取了有效的攔擋措施和排水設施，說明只要做好水土保持措施，可以將降雨和地形的不利影響降到最低。坡度對水土流失量的影響最小，是因為工程建設都在國家規定的低于25°坡度進行，也說明在小于25°的地方進行生產建設活動，在做好水土保護措施的情況下，一般不會產生較大的水土流失。

4 結 論

（1）通過對水土流失量的預測和實際流失量的比較分析，得出預測水土流失量與實際監測到的流失量擬合程度較高，具有較好的一致性，表明使用通用土壤流失方程來預測川渝地區的水土流失量是可行的。

（2）USLE方程中各因子與水土流失總量的密切程度從大到小的排列順序依次為：土壤可蝕性因子＞植物覆蓋因子＞降雨侵蝕因子＞土壤保持措施因子＞坡度因子。

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