金沙江白鶴灘水電站水土流失量預測方法初探

林靚靚，杜運領，吳 偉

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014

金沙江白鶴灘水電站水土流失量預測方法初探

林靚靚，杜運領，吳 偉

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014

本文以金沙江白鶴灘水電站為例，探索大型水電建設項目水土流失量預測方法，以期為其他大型水電建設項目合理、準確的預測水土流失量提供參考。

水土流失；預測；水電站

1 工程概況

白鶴灘水電站壩址位于四川省涼山州寧南縣白鶴灘鎮(zhèn)與云南省昭通市巧家縣大寨鄉(xiāng)交界處，庫區(qū)涉及四川省寧南縣、會東縣和云南省巧家縣、會澤縣、昆明市東川區(qū)、倘甸產(chǎn)業(yè)園區(qū)和祿勸縣等7個縣（區(qū)）。工程等級為I等，屬大型工程，電站裝機容量16000MW，是我國繼三峽、溪洛渡之后的又一座千萬千瓦級的巨型水電站，是金沙江下游河段規(guī)劃的4個梯級電站中的第2級，上接烏東德，下鄰溪洛渡。電站具有裝機容量大、工程量少、水庫淹沒損失小、技術經(jīng)濟指標優(yōu)越、效益十分明顯等特點，是“世界上不可多得的極其優(yōu)越的能源點”。

2 水土流失預測

2.1水土流失預測范圍

白鶴灘水電站屬建設類項目，水土流失預測范圍為工程建設過程中擾動地表的范圍，劃分為樞紐及導流工程區(qū)、場內(nèi)交通工程區(qū)、棄渣場區(qū)、料場區(qū)、表層土堆場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、移民安置區(qū)、水庫淹沒區(qū)等8個預測分區(qū)進行水土流失預測。

2.2水土流失預測時段

依據(jù)《開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范》（GB 50433-2008）的要求和各分項工程水土流失過程及特點，工程各個預測分區(qū)預測時段分為施工準備期、施工期和自然恢復期三個時段，其中施工期針對單項工程劃分為施工過程中（單項工程的施工建設期間）和施工結(jié)束后（單項工程施工建設完成至工程完工）。

2.3水土流失量預測方法

工程水土流失量預測采用《水電建設項目水土保持方案技術規(guī)范》（DL/T5419-2009）給出的公式預測：

式中：W —新增水土流失量，t；Ws—擾動地表水土流失量，t；Wi—背景水土流失量，t；Fi—第i個預測單元的面積，km2；—各預測單元擾動后土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；—各預測單元擾動前背景土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；Ti—預測時段，a。

分析預測公式可知，工程水土流失量預測的精度主要取決于各預測單元土壤侵蝕模數(shù)背景值及擾動后土壤侵蝕模數(shù)的確定。

2.3.1土壤侵蝕模數(shù)背景值的確定

各預測單元土壤侵蝕模數(shù)背景值采用遙感調(diào)查法和137Cs放射性核素示蹤法確定。在土壤侵蝕背景值調(diào)查中，根據(jù)遙感調(diào)查結(jié)果，選取典型地塊，進行137Cs侵蝕示蹤樣品采樣，獲取典型地塊1963年以來的年均侵蝕量，再通過實地觀測、分析地塊內(nèi)影響因子來驗證計算結(jié)果的可靠性。在此基礎上，通過雨季前后（4月份和11月份）兩次實地調(diào)查，對關鍵施工地塊的水土流失現(xiàn)狀進行進一步的勘測，分析和驗證求算結(jié)果的合理性和準確性，進而獲取不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù)背景值。

根據(jù)不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù)調(diào)查、測試結(jié)果，結(jié)合每個預測分區(qū)和預測單元的地形、地貌、土地類型、地表覆蓋物等因素，采用加權(quán)平均法測算各預測單元的土壤侵蝕模數(shù)背景值。

2.3.2擾動后的土壤侵蝕模數(shù)的確定

擾動后的土壤侵蝕模數(shù)采用現(xiàn)場試驗實測法和類比法對比、分析后確定。

1）現(xiàn)場試驗實測法。考慮工程區(qū)特殊的氣候、土壤、水土流失等特點，在工程區(qū)采用地面觀測法和7Be核素示蹤法模擬測定不同施工區(qū)域施工擾動時的土壤侵蝕模數(shù)。①地面觀測法。在工程區(qū)針對工程施工中的擾動地表的特點對裸露擾動土、浮渣、棄渣道路、開挖邊坡和裸露坡耕地布設簡易觀測場和徑流小區(qū)進行觀測，以模擬樞紐及導流工程區(qū)、場內(nèi)交通工程區(qū)、棄渣場區(qū)、料場區(qū)、表層土堆場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、移民安置區(qū)（生產(chǎn)、生活安置）施工擾動時的土壤侵蝕模數(shù)。②7Be核素示蹤法。7Be作為水土流失的示蹤劑具有不受場地限制、簡便快捷、省時省力等特點，重要的是7Be能提供短時期季節(jié)性或單次降水事件的水土流失信息。工程選擇合適的取樣點對樞紐及導流工程、場內(nèi)交通、棄渣場、施工生產(chǎn)生活區(qū)的水土流失進行監(jiān)測。

2）類比法。類比法的類比工程選取溪洛渡水電站，溪洛渡水電站是金沙江下游河段規(guī)劃的4個梯級電站中的第3級，位于工程區(qū)下游，兩個電站在水土流失現(xiàn)狀及影響因素、施工擾動特點、自然狀況（地形地貌、地質(zhì)條件、植被、水文、氣象、土壤等）等土壤侵蝕有關的因素基本相同或相似，且溪洛渡水電站已開工建設，在前期進行了水土保持監(jiān)測，并取得初步成果，可比性較好。

3）現(xiàn)場試驗實測法和類比法對比分析。根據(jù)主要水土流失影響因子（氣候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失現(xiàn)狀）調(diào)整溪洛渡水電站各區(qū)域擾動后土壤侵蝕模數(shù)，對比分析現(xiàn)場試驗實測法和類比法獲取的擾動后的模數(shù)。

表1　現(xiàn)場試驗實測法和類比法擾動后土壤侵蝕模數(shù)對比表

氣候因子主要綜合比較兩個工程多年平均蒸發(fā)量和多年平均濕度，調(diào)整系數(shù)取0.99；多年平均降水量因子根據(jù)多年平均降水量的不同調(diào)整系數(shù)取1.03；地形坡度根據(jù)對比區(qū)域的地形坡度不同而定；土壤因子因土壤類型基本相同，修正系數(shù)取1.00；植被因子考慮對比區(qū)域基本全部裸露，修正系數(shù)取1.00；水土流失現(xiàn)狀因子考慮對比區(qū)域土壤侵蝕類型及擾動后土壤侵蝕程度亦基本相差不多，修正系數(shù)取1.00。

經(jīng)對比，類比工程中的右岸有用料備料場Ⅰ坡面、施工營地附近裸露坡耕地土壤侵蝕模數(shù)與本工程現(xiàn)場試驗實測的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地基本相同，印證了類比工程及實測數(shù)據(jù)的合理性。現(xiàn)場試驗區(qū)位于本工程建設范圍內(nèi)，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預測區(qū)域基本相同，其數(shù)據(jù)參考性更高。因此，料場區(qū)與表層土堆場區(qū)、移民安置區(qū)（生產(chǎn)、生活安置）擾動后的土壤侵蝕模數(shù)參照現(xiàn)場試驗實測的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地的實測值確定。

現(xiàn)場試驗實測值中，開挖邊坡實測值接近于項目區(qū)坡耕地的土壤侵蝕背景值，棄渣場實測最大值僅為9793t/km2·a，遠小于類比工程中的場內(nèi)施工道路開挖邊坡、楊家溝棄渣場侵蝕模數(shù)。分析2組數(shù)據(jù)來源的差異，現(xiàn)場試驗實測方法中開挖邊坡、棄渣堆置均為人工模擬的擾動區(qū)域，而實際施工中，開挖邊坡擾動更加強烈，裸露面除降水等自然因素造成水土流失外，人為擾動也加劇了水土流失；實際棄渣場的堆渣量、集水面積等也遠大于徑流小區(qū)模擬的棄渣場，水土流失的物質(zhì)源更豐富、侵蝕力更強。因此，樞紐及導流工程、場內(nèi)交通工程、棄渣場擾動后的土壤侵蝕模數(shù)參照類比工程的場內(nèi)施工道路開挖邊坡、楊家溝棄渣場的土壤侵蝕模數(shù)確定。

類比工程中的施工臨時設施與現(xiàn)場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ土壤侵蝕模數(shù)基本相同，大于裸露擾動土Ⅰ、裸露擾動土Ⅱ的實測值。對數(shù)據(jù)進行分析，裸露擾動土Ⅰ、裸露擾動土Ⅱ的實測值與工程區(qū)坡耕地和疏林地的土壤侵蝕模數(shù)背景值相近，數(shù)值偏小，與實際不符，其原因應為施工臨時設施區(qū)實際施工中的擾動遠大于徑流小區(qū)內(nèi)模擬的擾動；而現(xiàn)場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ與類比工程中的施工臨時設施土壤侵蝕模數(shù)相近，印證了2個數(shù)據(jù)的合理性，可參考性強。同理，考慮現(xiàn)場試驗區(qū)位于工程建設范圍內(nèi)，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預測區(qū)域基本相同，其數(shù)據(jù)參考性更高，施工生產(chǎn)生活區(qū)擾動后的土壤侵蝕模數(shù)參照現(xiàn)場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ的實測值確定。

經(jīng)分析比選，獲取工程擾動后土壤侵蝕模數(shù)類比區(qū)域的情況，詳見表2。

表2　工程擾動后土壤侵蝕模數(shù)類比區(qū)域情況表

4）工程擾動后的土壤侵蝕模數(shù)。工程各預測分區(qū)擾動后土壤侵蝕模數(shù)類比表2中的土壤侵蝕模數(shù)獲取，其中溪洛渡水電站各小區(qū)的侵蝕模數(shù)根據(jù)氣候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失現(xiàn)狀等水土流失影響因子進行修正后類比，現(xiàn)場試驗實測侵蝕模數(shù)根據(jù)地形坡度進行修正后類比，獲取工程擾動后土壤侵蝕模數(shù)。

2.4水土流失量預測結(jié)果

根據(jù)前述水土流失量預測方法白鶴灘水電站可能造成的水土流失總量約1375.33萬t，背景水土流失量652.52萬t，新增水土流失總量812.54萬t，水土流失最為嚴重的區(qū)域為棄渣場、移民安置區(qū)、水庫淹沒影響區(qū)、樞紐及導流。

3 結(jié)論

大型水電建設項目施工期地表擾動強烈、土石方量大，合理預測其水土流失量有利于水土保持防護措施布局、設計和監(jiān)測的實施。本文在白鶴灘水電站水土流失預測中，除重視理論方法的運用，又考慮了項目區(qū)實際生態(tài)環(huán)境和施工特點對水土流失的影響，望能為其他大型水電建設項目合理、準確的預測水土流失量提供參考。

［1］高旭彪.淺探開發(fā)建設項目水土流失預測存在的問題及建議［J］.水力發(fā)電，2008，34（1）：9-10.

TM6

A

1674-6708（2015）147-0059-02