不同防護措施下臨時堆土區土壤侵蝕情況監測研究

劉 平，翟汝偉

(寧夏水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

生產建設過程中的臨時堆土區是最容易產生水土流失的區域，同時臨時堆土區的水土流失也是最難控制和最容易被忽視的。為探索生產建設項目臨時堆土區水土流失的防治方法，結合寧夏石嘴山風電場中瑞一期49.5 MW工程水土保持監測實踐，對臨時堆土區在不同防護措施下的土壤侵蝕情況進行了監測和研究。

1 監測區域基本情況

寧夏石嘴山風電場中瑞一期49.5 MW工程項目區位于賀蘭山北段、寧夏石嘴山市惠農區，風電場總面積約15 km2，平均海拔1 150 m，建設內容包括220 kV升壓變電站1座、1 500 kW風力發電機組33臺、進場道路1 km、檢修道路16 km、集電線路18.9 km、輸電線路6.8 km。工程于2013年7月開工，2014年12月竣工。項目區地貌類型為山前洪積扇，場地開闊；氣候類型為溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫9.3 ℃、降水量170.2 mm、蒸發量1 583 mm、風速3.0 m/s；土壤主要為灰鈣土，成土母質為山前洪積沖積物，土層多含礫砂、角礫、塊石等；植被類型為荒漠草原植被，覆蓋率僅為15%左右；水土流失形式以中度風力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數為3 100 t/(km2·a)。

2 臨時堆土區監測方案設置及監測方法

模擬工程建設過程中的臨時堆土，取一定質量的擾動土，分別按照2種堆放方式(自然堆放和攤平后堆放)、3種防護措施(無處理、拍實堆放、灑水堆放)共6種處理方案堆放，即：①自然堆放無處理(ZW)，開挖土方自然堆放，不進行任何處理；②自然堆放拍實(ZP)， 開挖土方自然堆放后，用鐵锨將表面拍實后堆放；③自然堆放灑水(ZS)， 開挖土方自然堆放后，進行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放；④ 攤平堆放(TW)，對開挖土方頂部進行適當平整后堆放；⑤攤平拍實堆放(TP)，對開挖土方頂部進行適當平整，同時用鐵锨將表面拍實后堆放；⑥攤平灑水堆放(TS)，對開挖土方頂部進行適當平整，同時進行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放。

監測方案分為一次性稱量和連續稱量2種。一次性稱量試驗是每種處理方案(6種)按3個堆放時間(2個月、4個月、6個月)和2個堆放地點(平地、山地)進行布置，共設置6個監測點位，試驗設計見表1。連續稱量試驗每種處理方案按2個堆放地點(平地、山地)進行布置，共設置2個監測點位，試驗設計見表2。

表1 臨時堆土侵蝕量監測一次性稱量試驗設計

注：監測樣點中數字表示堆放時間(月)，下同。

表2 臨時堆土侵蝕量監測連續稱量試驗設計

監測方法采用稱量法。一次性稱量試驗是稱取一定質量的擾動土作為臨時堆土，分別在臨時堆土區堆放2、4、6個月后一次性稱量，分析其侵蝕情況。連續稱量試驗是稱取一定質量的擾動土作為臨時堆土，大致每15天稱量1次，但不破壞臨時堆土的土壤結構，連續監測6個月共12次，分析其侵蝕情況。

3 監測結果分析

3.1 影響水土流失的氣象要素監測結果

影響水土流失的氣象要素主要為降水和風。根據石嘴山市惠農區氣象站資料，2013—2015年項目區年降水量分別為157.2、161.4和217.7 mm，降水日數分別為36、73和48 d。最大降水量出現在2013年8月22日，日降水量為57.3 mm。2013—2015年項目區年均風速分別為2.02、2.23和2.27 m/s，最大風速分別為14.6、14.5和14.9 m/s，大于起沙風速(5.5 m/s)的天數分別為146、153和148 d。相比多年平均值，項目建設期間降水量和風速沒有發生明顯變化。

3.2 臨時堆土區侵蝕情況監測結果

臨時堆土區土壤侵蝕一次性稱量試驗監測結果見表3，連續稱量試驗監測結果見表4。

3.3 臨時堆土區侵蝕情況監測結果分析

根據臨時堆土區土壤侵蝕監測數據，計算侵蝕系數。侵蝕系數(%)=(初始質量-侵蝕后質量)/初始質量×100%。

3.3.1 臨時堆土土壤侵蝕一次性稱量試驗監測結果

(1)一次性稱量試驗監測結果顯示，在不考慮臨時堆土防護措施和堆放時間，只考慮堆放方式的情況下，自然堆放平均侵蝕系數為2.76%，攤平堆放平均侵蝕系數為1.88%，攤平堆放侵蝕量明顯低于自然堆放，侵蝕量減少了31.76%。

(2)在不考慮臨時堆土堆放方式和堆放時間，只考慮防護措施的情況下，無處理平均侵蝕系數為3.13%，拍實處理平均侵蝕系數為2.89%，灑水處理平均侵蝕系數為0.95%。不同防護措施下，侵蝕量為灑水處理<拍實處理<無處理措施，灑水處理侵蝕量明顯低于拍實處理和無處理。

表3 臨時堆土區土壤侵蝕一次性稱量試驗監測結果

表4 臨時堆土區土壤侵蝕連續稱量試驗監測結果

注：2013-11-07為試驗布設日期，以當日監測數據為基礎值。

(3)在只考慮堆放時間的情況下，侵蝕量為6個月<2個月<4個月，侵蝕量與堆放時間之間沒有明顯規律。主要原因：一是臨時堆土長時間堆放，表面會形成結皮，導致侵蝕量下降；二是堆放4個月時正處于3—4月的風季，侵蝕量較大符合實際。

(4)在只考慮防護措施和堆放方式的情況下，臨時堆土在攤平堆放并進行灑水處理后，侵蝕系數為0.84%，侵蝕量最小，抗侵蝕效果最佳；自然堆放無處理侵蝕系數為3.85%，侵蝕量最大，抗侵蝕效果最差。

3.3.2 臨時堆土土壤侵蝕連續稱量試驗監測結果

(1)連續稱量試驗監測結果顯示，在不考慮堆放時間和防護措施，只考慮堆放方式條件下，臨時堆土在自然堆放形式下平均土壤侵蝕系數為7.07%，在攤平堆放形式下平均土壤侵蝕系數為6.83%，攤平堆放侵蝕量比自然堆放低3.39%。方差分析結果顯示，不同堆放方式下，臨時堆土的土壤侵蝕系數無顯著差異。

(2)在不考慮堆放時間和堆放方式，只考慮防護措施情況下，臨時堆土在無防護措施情況下平均土壤侵蝕系數為8.44%，拍實措施下平均土壤侵蝕系數為7.52%，灑水措施下平均土壤侵蝕系數為4.89%。對監測結果進行方差分析，結果顯示，灑水處理的土壤侵蝕系數與無處理、拍實處理均有極顯著差異，拍實處理的土壤侵蝕系數和無處理無顯著差異(表5)。

表5 臨時堆土不同防護措施土壤侵蝕系數多重比較結果

注：**表示在0.01 水平(雙側)上顯著相關。

4 結 論

(1)臨時堆土攤平堆放的土壤侵蝕系數較自然堆放平均減少3.39%～31.76%。

(2)臨時堆土灑水處理后，土壤侵蝕系數要明顯低于拍實處理和無處理。

(3)風蝕地區建設項目的臨時堆土，建議對開挖土方頂部進行適當平整，同時對開挖土方進行人工灑水，使其表面均勻濕潤后堆放，可有效降低風蝕量。