某水庫供水工程水土保持監(jiān)測技術(shù)初探

高宇婷，李狄嘉

(1.惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計有限公司，廣東 惠州 516001;2.廣東立行環(huán)境設(shè)計有限公司，廣東 惠州 516001)

1 項(xiàng)目背景

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化對原有地表破壞的程度正在加劇。水土保持監(jiān)測可以準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目過程中的水土流失狀況，在水土保持監(jiān)測中運(yùn)用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)及時發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程中重大的水土流失隱患，在主體工程建設(shè)中協(xié)調(diào)監(jiān)測水土保持工程落實(shí)情況，在我國提倡最小程度擾動生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展策略方針下顯得尤為重要。

某水庫位于韶關(guān)市乳源瑤族自治縣，水庫供水工程通過輸水管道將水資源引到乳源縣城和韶關(guān)市區(qū)，為乳源縣和韶關(guān)市區(qū)提供生活和生產(chǎn)等用水。該工程于2017年11月開工，主體工程已于2021年12月完工，現(xiàn)在正在進(jìn)行綠化及復(fù)墾工程。原水管道工程線路長度為37.15km，根據(jù)線路長度分為5個標(biāo)段同步施工，項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括輸水管道工程及其修復(fù)工程等。工程總占地137.43hm2，分為永久占地0.33hm2，臨時占地137.10hm2。工程占地類型主要有耕地、園地、林地、公共設(shè)施用地、水域及水利設(shè)施用地、其它土地等。本工程施工期總挖方量為266.82萬m3，填方286.74萬m3，借方2.01萬m3，主要為級配砂石料，棄方量為33.57萬m3，均為拆除建筑垃圾，擬運(yùn)往政府指定的受納場堆填。

2 監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

本項(xiàng)目水土保持工程根據(jù)初步設(shè)計及項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行水土流失防治分區(qū)，并采取相應(yīng)的水土保持措施減少人為水土流失。本項(xiàng)目水土流失防治分區(qū)見表1。

表1 水土流失防治分區(qū) 單位：hm2

水土保持措施包括工程措施、植物措施和臨時措施，提前確定水土保持方案中水土保持措施的設(shè)計，可為后續(xù)水土保持監(jiān)測提供參考依據(jù)。由于本項(xiàng)目使用的沙石均為外購，因此本項(xiàng)目沒有設(shè)置專門的土料場。本項(xiàng)目棄渣均運(yùn)往政府指定的受納場，棄渣防護(hù)措施由受納場統(tǒng)一實(shí)施。本項(xiàng)目實(shí)施的水土保持措施見表2。

表2 水土保持措施統(tǒng)計

本項(xiàng)目水土保持監(jiān)測的重點(diǎn)是管道區(qū)和臨時堆土區(qū)等區(qū)域，擬在以下區(qū)域布置22個監(jiān)測點(diǎn)。政府指定受納場可采取現(xiàn)場巡查方法監(jiān)測棄渣現(xiàn)場水土流失情況。

表3 監(jiān)測點(diǎn)位布置一覽表

本項(xiàng)目水土保持監(jiān)測的主要內(nèi)容包括主體工程進(jìn)度、施工擾動土地面積、水土流失隱患、水土流失危害、水土流失防治效果等。

2.2 監(jiān)測指標(biāo)

2.2.1施工準(zhǔn)備期

通過項(xiàng)目實(shí)地調(diào)查，項(xiàng)目所在區(qū)域原始地貌單元為中低山、丘陵。項(xiàng)目區(qū)場地上覆巖土層主要有人工填土層、沖積層、坡積層、全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、弱風(fēng)化帶。本工程有80m沉管管道穿越南水河，南水河全長104km，集雨面積為1489km2。項(xiàng)目區(qū)處于韶關(guān)盆地西部，屬亞熱帶、中亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為19.6～20.3℃，多年平均降雨量為1682.3mm，每年4—9月為降水盛期，冬季盛行東北季風(fēng)，夏季盛行西南和東南季風(fēng)。主要土壤類型為紅壤、赤紅壤，粘結(jié)力差。項(xiàng)目區(qū)主要植被為人工種植果園及經(jīng)濟(jì)林，植被覆蓋度約為60%。根據(jù)上述環(huán)境本底狀況，確定本項(xiàng)目施工前水土流失背景值為500t/km2.a。

2.2.2工程建設(shè)期

(1)擾動土地情況。首先需監(jiān)測項(xiàng)目在實(shí)際生產(chǎn)過程中的永久和臨時占地以及擾動地表植被的面積。水土保持監(jiān)測過程中常采用實(shí)地測量和資料分析的方法來監(jiān)測項(xiàng)目擾動土地情況。根據(jù)工程建設(shè)過程中的施工組織設(shè)計和施工平面布置圖，確定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的防治責(zé)任范圍。在建設(shè)項(xiàng)目過程中，按照既定的各防治分區(qū)擾動面積監(jiān)測的頻次進(jìn)行監(jiān)測并填寫現(xiàn)場監(jiān)測記錄表。分析匯總擾動土地監(jiān)測結(jié)果，提出水土保持監(jiān)測建議，形成水土保持監(jiān)測季度報告。本項(xiàng)目在監(jiān)測調(diào)查時監(jiān)測到項(xiàng)目管道區(qū)擾動土地面積為57hm2，施工道路區(qū)擾動土地面積為1.76hm2，施工營造區(qū)擾動土地面積為1.49hm2，臨時堆土區(qū)擾動土地面積為2.50hm2，項(xiàng)目擾動土地面積合計為62.75hm2。

(2)棄土棄渣情況。主要包括施工過程中專門設(shè)置棄土場情況及棄土量、臨時堆土的位置、臨時堆土量、表土剝離及其防治措施的落實(shí)情況，包括土石方挖方、填方、借方來源和棄方量及棄方去向等。本項(xiàng)目在施工過程中借方來源為購買的級配石料，棄方均棄至政府指定的受納場，臨時堆土區(qū)設(shè)置于沿主體路線預(yù)先規(guī)劃的寬闊平坦的征地區(qū)域。

(3)水土流失情況。主要包括水土流失面積、土壤流失量、潛在土壤流失量和水土流失危害等。水土保持監(jiān)測土壤流失量數(shù)據(jù)可以為水土保持監(jiān)督及公眾監(jiān)督管理提供技術(shù)依據(jù)，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)和及時恢復(fù)。本項(xiàng)目水土保持方案設(shè)計土壤流失量為16783t，在項(xiàng)目監(jiān)測過程中采用現(xiàn)場勘察及公式法，實(shí)際監(jiān)測到項(xiàng)目施工過程中土壤流失量為2732t。具體監(jiān)測的土壤流失量見表4。

表4 水土保持監(jiān)測土壤流失量統(tǒng)計 單位：t

(4)水土保持措施實(shí)施情況。包括各類型水土保持措施的數(shù)量、位置和施工進(jìn)度。在批復(fù)的水土保持方案和施工組織設(shè)計的基礎(chǔ)上編制水土保持措施清單。開展水土保持措施驗(yàn)收，開展工程措施、植物措施和臨時措施全面監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括措施類型、施工時間、場地規(guī)模、體積、林草覆蓋度(郁閉度)、防護(hù)效果和實(shí)施情況，重點(diǎn)監(jiān)測水土保持措施的工程措施、植物措施和臨時措施的工程量，包括水土保持措施實(shí)施效果前后對比。本項(xiàng)目的監(jiān)測過程根據(jù)水土保持分區(qū)措施及布設(shè)位置的全面監(jiān)測和記錄，形成監(jiān)測報告。

3 監(jiān)測方法

水土保持監(jiān)測時需對監(jiān)測方法、頻次進(jìn)行規(guī)劃，本項(xiàng)目水土保持監(jiān)測規(guī)劃見表5。

表5 水土保持監(jiān)測規(guī)劃一覽表

監(jiān)控設(shè)備和設(shè)施包括數(shù)碼相機(jī)、無人機(jī)、鋼卷尺和辦公記錄用具。監(jiān)測設(shè)施應(yīng)適當(dāng)集中布設(shè)，不同監(jiān)測項(xiàng)目宜相互結(jié)合。監(jiān)測設(shè)施應(yīng)避免人為活動的干擾，并布設(shè)于交通便利的區(qū)域以方便監(jiān)測管理。

水土保持監(jiān)測應(yīng)采取調(diào)查監(jiān)測與定位觀測相結(jié)合的方法，大面積、長距離的項(xiàng)目應(yīng)增加遙感監(jiān)測。

3.1 調(diào)查監(jiān)測

調(diào)查監(jiān)測包括在規(guī)定的時間段內(nèi)進(jìn)行勘察和巡查，通過地形圖、無人機(jī)、標(biāo)桿和尺子等工具測量不同地表擾動的區(qū)域面積。填寫表格記錄各個擾動類型區(qū)的基本特征和水土保持措施的實(shí)施情況。

3.1.1面積監(jiān)測

使用手持GPS工具進(jìn)行面積監(jiān)測，首先根據(jù)臨時堆土擾動類型進(jìn)行劃分區(qū)域，記錄項(xiàng)目名稱、擾動類型和監(jiān)測編號等數(shù)據(jù)。然后根據(jù)不同分區(qū)的邊界，將該區(qū)域的形狀記錄在GPS影像圖中，然后將監(jiān)測結(jié)果導(dǎo)入計算機(jī)，通過計算機(jī)軟件圖形化顯示監(jiān)測區(qū)域的面積。通過測量各個特征點(diǎn)的坐標(biāo)再模擬原始地面形態(tài)即可求出臨時堆土的占地面積。

3.1.2植被監(jiān)測

選擇有代表性的地塊作為標(biāo)準(zhǔn)地，取1m×1m或2m×2m的投影面積觀測并計算林地郁閉度、林草植被覆蓋度、草地覆蓋度等指標(biāo)。計算公式為：

D=fe/fd

(1)

C=f/F

(2)

式中，D—林地的郁閉度(或草地的蓋度)；C—林(或草)植被覆蓋度，%；fd—樣方面積，m2；fe——樣方內(nèi)樹冠(草冠)垂直投影面積，m2；f——林地(或草地)面積，hm2；F——類型區(qū)總面積，hm2。

需要注意使用國際標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)方法驗(yàn)證草本覆蓋率時，以封閉林地或草地覆蓋率計算的草地面積應(yīng)大于20%。

3.2 定位觀測

3.2.1侵蝕溝量測

對于已經(jīng)發(fā)生侵蝕的區(qū)域，選擇長度為5～10m的典型樣方，通過測量樣方中侵蝕溝的體積來計算侵蝕量。樣方內(nèi)侵蝕溝按大(溝寬>100cm)、中(溝寬30～100cm)、小(溝寬<30cm)分組統(tǒng)計，測定每條侵蝕溝長、上、中、下侵蝕溝的面積，加權(quán)計算后求得整條侵蝕溝的體積，最后通過土壤容重、侵蝕時間來計算土壤侵蝕強(qiáng)度。計算公式為：

(3)

3.2.2巡查

針對建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行不定期巡查，如雨季水土流失、新出現(xiàn)新堆渣或堆渣消失、擴(kuò)大開挖面等可能造成的破壞，及時進(jìn)行監(jiān)測記錄。

3.2.3遙感監(jiān)測

大面積、遠(yuǎn)距離的項(xiàng)目可以使用無人機(jī)低空遙感來進(jìn)行水土保持監(jiān)測，無人機(jī)遙感通過正射投影影像的外業(yè)數(shù)據(jù)采集和處理，縮短外業(yè)測量時間，完成遠(yuǎn)距離監(jiān)測復(fù)雜地形影像數(shù)據(jù)信息的采集，通過高精度、廣域控制的監(jiān)測手段可以采集到更為豐富的水土流失情況信息。

擾動土地面積、棄土棄渣量、水土保持措施實(shí)施情況等監(jiān)測指標(biāo)以實(shí)地量測為主要手段。本項(xiàng)目屬于有大量棄土棄渣的長管道工程，結(jié)合遙感影像可以準(zhǔn)確監(jiān)測到管道工程典型節(jié)點(diǎn)處監(jiān)測樣區(qū)侵蝕溝擾動土地面積和水土保持措施實(shí)施情況。

4 水土保持監(jiān)測三色評價結(jié)果

水土保持監(jiān)測三色評價以擾動土地情況、水土流失影響調(diào)查、防治成效、水土流失危害等監(jiān)測結(jié)果為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治情況進(jìn)行評價，滿分為100分，綠色為得分80分以上，黃色為得分60～80分。本項(xiàng)目部分區(qū)域沒有進(jìn)行表土剝離保護(hù)措施，扣5分。施工過程中的臨時堆土及綠化復(fù)墾存在裸露區(qū)域，有9處苫蓋措施不到位，扣9分；部分區(qū)域未實(shí)施植物措施，覆蓋率不達(dá)標(biāo)面積達(dá)到8000m2，扣8分，最終得分為78分，水土保持監(jiān)測三色評價結(jié)果為黃色。

5 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了某水庫供水工程的水土保持監(jiān)測技術(shù)，其中監(jiān)測指標(biāo)從時間維度記錄項(xiàng)目建設(shè)過程的水土流失情況，監(jiān)測方法從空間維度為項(xiàng)目水土流失監(jiān)測提供具體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。線型管道工程水土保持監(jiān)測的難點(diǎn)在于項(xiàng)目建設(shè)中臨時堆土區(qū)的定位定量監(jiān)測、建設(shè)后期綠化和復(fù)墾區(qū)域的水土保持措施實(shí)施情況的量化。本文介紹的水土保持監(jiān)測技術(shù)對于以無人機(jī)為載體的遙感定位定量水土保持監(jiān)測技術(shù)有所欠缺，后期隨著全面建設(shè)“天地一體化”監(jiān)管系統(tǒng)以及解譯圖斑技術(shù)的完善等監(jiān)測現(xiàn)代化水平的提高，我國的水土保持監(jiān)測必將邁入“無人化智能精準(zhǔn)”的新階段。