宁波市周公宅水库工程水土保持监测与评价

崔 丹,聂国辉

(1.浙江省水利河口究院,浙江 杭州 310020;2.浙江省水土保持监测中心,浙江 杭州 310009)

1 工程及工程区概况

宁波市周公宅水库工程位于甬江流域奉化江支流大皎溪上。坝址以上控制流域面积132 km2,水库总库容1.12亿m3。主要任务为供水、防洪结合发电。工程主要建筑物包括拦河坝、二道坝、发电引水系统、发电厂房等。拦河坝为双曲混凝土拱坝,最大坝高125.50 m,引水隧洞全长约1.63 km;发电厂房为引水式地面厂房,装机容量1.26MW。工程开挖土石方107.09万m3,弃渣50.39万m3,设弃渣场3处,开采料场1处,开采石方37万m3。大坝主体工程于2003年2月18日正式开工建设,2006年4月底水库正式下闸蓄水,同年12月,大坝土建工程基本完成。

工程所在的甬江流域年均降水量1829 mm,多年平均气温16.3℃。工程区地质情况良好,土壤以山地黄泥土和黄泥土为主,森林覆盖率达65%。工程区属于国家级水土流失重点防治区中的东南沿海开发监督区和浙江省省级水土流失重点监督区范围。水土流失类型以地表径流冲刷引起的水力侵蚀为主,土壤侵蚀强度为微度至中度。

2 监测时间及内容

2.1 监测时间和频次

水土流失量的定点监测在每年的4—10月基本每月1次,日降雨量大于50 mm的雨后加测1次,10月至次年4月,每2月1次,植被生长情况、拦挡设施完好率每年4月、10月各监测1次,水土流失危害情况普查每年进行1次,雨量的观测利用坝址下游皎口水库雨量站常年进行。

2.2 主要监测内容

该工程水土保持监测内容主要包括以下几个方面:

(1)水土流失防治责任范围、扰动地表面积监测。

(2)土石方挖填及弃渣量监测。

(3)水土流失量监测。

(4)水土流失防治措施数量与质量监测。包括水土保持工程措施、植物措施、临时防护措施的实施数量、质量,防护工程稳定性、完好程度、运行情况;林草种植面积、成活率、生长情况及覆盖度变化等。

(5)水土流失危害监测。主要监测工程建设期水土流失程度的发展和水土流失对周边河道、沿线村庄以及农田的影响。

2.3 监测的重点地段选择

根据工程建设特点,结合施工进度和扰动地貌情况,选择石料场、弃渣场、施工区、道路、水土流失背景值和水土流失危害等重点地段进行水土保持监测,全面了解工程建设产生的水土流失等情况及对区域的影响。

(1)石料场。在坝址上游0.8 km的楼梯弄石料场处设置监测点。

(2)弃渣场。分别在厂区弃渣场、坝区弃渣场和库区弃渣场各设置1处监测点。

(3)施工区。在坝区下游左岸施工布置区设置监测点。

(4)道路。在上坝公路设置2处监测点,在大坝上游施工道路和通往弃渣场的施工道路各设置1处监测点。

(5)水土流失背景值监测。共设置2处,一处径流小区,设置在管理区下游未扰动的自然坡面上;另一处为(Cs-137)采样点,设置在水库上游的毛竹林处。

(6)水土流失危害监测。主要监测工程建设期水土流失程度的发展和水土流失对周边区域的影响。

3 主要监测方法

3.1 调查监测[1]

包括扰动面积及措施实施情况监测、植被覆盖度监测、拦挡设施完好率及效果监测等。

(1)扰动面积及措施实施情况监测。通过实地调查和现场实地勘测,采用GPS定位仪结合1∶5000地形图、照相机、标杆、尺子等工具,按标段测定不同工程和标段的地表扰动类型和不同类型的面积。对于水土保持措施实施情况,除现场巡查外,还可通过查阅有关的施工和监理资料的方式了解有关情况。

(2)植被覆盖度监测。选有代表性的地块作为标准地,乔木林10 m×10 m(根据情况或选5m×5m)、灌木5 m×5 m、草地2 m×2 m,分别观测并计算林地郁闭度、草地盖度和各类型区林草覆盖率。标准地共设置3处,分别为厂区弃渣场、石料场和施工区。此外,对各植被恢复区进行全面的巡查,全面了解工程区的植被恢复情况,及时向建设单位或监理单位反映,及时做好管护和补植等措施。

(3)拦挡设施完好率及效果监测。对拦挡设施完好和拦护效果的监测主要采用巡查法,发现问题及时向建设单位或监理单位反映,及时采取补救措施。

3.2 地面定位监测

对不同地表扰动类型侵蚀强度的监测采用地面观测方法。主要采用简易水土流失观测场、侵蚀沟 (或细沟状面蚀)样方测量法、沉砂池法、简易径流小区法、示踪元素(Cs-137)法,并以简易水土流失观测场和侵蚀沟 (或细沟状面蚀)样方测量法为主。同时观测降雨量和降雨强度等情况。

(1)简易水土流失观测场。将钢钎分上中下、左中右纵横各3排 (共9根)沿坡面垂直方向打入坡面,留有10 cm的长度,在钉帽上涂上红漆,编号登记入册。每次监测时,通过观测钉帽出露地面高度来计算土壤侵蚀深度和土壤侵蚀量。同时需在观测场旁边设立警示牌,一方面起到宣传水土保持监测的作用,另一方面标示观测场的位置,以便其它人员也能顺利找到。

在应用过程中,共设置简易水土流失观测场4处,全部为上坝公路的填方边坡,由于弃渣场在施工过程中扰动频繁,故此方法不适合弃渣场监测。

(2)侵蚀沟 (或细沟状面蚀)样方测量法。在已经发生侵蚀的地方,通过选定样方,测定样方内侵蚀沟的数量和大小来确定侵蚀量。侵蚀沟样方设置1处,位于上坝公路K0+600～K1+000 m间堆土边坡,边坡平均坡度30°。

(3)沉砂池法。通过收集沉砂池中的沉积物来计算土壤流失量。该工程沉砂池布置在上坝公路的边沟上,控制坡面面积2500 m2,省去了修建配套的截排水沟、挡墙等设施。

(4)简易径流小区法。在管理区下游未扰动的自然坡面上布设垂直投影长20 m,宽5 m,用混凝土围成的矩形小区,在较低的一端安装收集槽和测量设备,测量径流量和土壤流失量。

(5)示踪元素 (Cs-137)法。选用水库上游30余年来基本未发生侵蚀或堆积的大面积平坦山顶作为基准点,通过取土样进行Cs-137活度检测,来监测水土流失背景值[2]。

(6)雨量观测。选择坝址下游皎口水库雨量站实测值作为参照雨量,不再单独设置雨量观测设施。

4 监测结果及评价

4.1 防治责任范围

经批复的水土流失防治责任范围为88.43 hm2,其中项目建设区63.81 hm2(主要是坝址区、厂址区、料场、道路、弃渣场等),直接影响区24.62 hm2(拆迁安置区、专项工程改建区、库岸及管理区等)。根据水土保持监测,工程实际发生的水土流失防治责任范围299.47hm2,包括项目建设区53.58 hm2(包括库区渣场占地面积3.6 hm2),直接影响区48.46 hm2,水库淹没区197.43 hm2。防治责任范围变化的原因主要有以下几个方面。

(1)水库淹没面积197.43 hm2纳入水土流失防治责任范围。

(2)二道坝至电站厂房尾水渠出口下游50 m的河道补充了2.2 km的河道整治、460 m的交通道路以及交通桥、停车场等项目。

(3)原设置在宁波市区的管理区从新建改为二手房收购的形式,不属于该工程的水土流失防治责任范围。

(4)工程取消了引水系统调压井的布置。

(5)坝区的施工临时设施布置区由大坝下游改为坝址上游、且部分占地位于水库淹没范围以下。

(6)施工时,工程所需骨料全部采用人工轧制,取消了设置在坝址下游的砂砾料场。而石料场改选为坝址上游的 “楼梯弄”石料场。

(7)弃渣场由6处核减为3处,且只有库区弃渣场的位置与原设计方案一致。

(8)该工程的移民安置交由地方政府负责,其安置区的施工不属于该工程的建设内容。

4.2 水土保持措施评价

将项目防治责任范围分为8个防治区分区进行防治,为位于大坝枢纽至二道坝之间坝址区、厂址区、施工辅助企业职工生活区、弃渣场区、场内外道路区、水库环库库岸区、料场区、其它工程区。根据对周公宅水库工程建设区域采取的防护措施 (包括边坡防护、拦挡、排水、植被恢复措施等)的监测,分区水土保持措施适宜,水土保持工程的总体布局合理,防护效果明显。工程的各项水土保持工程建成后,运行情况良好,起到了较好的水土保持作用,达到了水土流失防治预期的效果。

4.3 水土保持治理达标评价

监测结果表明:工程采取的拦挡、排水、植物措施等均能起到了很好的防护作用;挡渣墙、弃渣场的排水及植被恢复措施的拦渣效果也较好,总的拦渣率为98.75%;工程区可采取植物措施的区域基本采取了植被恢复措施,林草植被恢复率为99.23%,项目建设区林草覆盖率为53.90%,起到了保持水土的作用。根据监测,工程建设期间共计产生土壤流失13470 t,采取措施后的区域基本上没有明显的土壤流失,经治理后,设计水平年(2008年)整个项目区平均土壤侵蚀模数降至470 t/(km2◦a),土壤流失控制比1.06。工程各项水土保持措施的实施有效地减少了工程可能造成的水土流失及其危害。防治责任范围内扰动土地整治率为99.14%,水土流失总治理度为97.31%,均达到了水土保持方案及批复的水土流失防治目标要求。

4.4 水土流失危害

该工程建设过程中,未对河道、农田,以及包括搬迁住户在内的附近村庄和居民造成大的水土流失危害。

5 讨论和建议

5.1 开发建设项目的水土保持监测应以调查监测为主

周公宅水库工程水土保持监测主要采用了调查监测和地面定位监测的方法。在实际监测过程中,简易水土流失观测场仅用于公路边坡,不适用于弃渣场;沉砂池法仅能监测其控制坡面范围以内的水土流失量;径流小区法需新建观测设施,增加了对地表的扰动和破坏;示踪元素 (Cs-137)法仅用于监测水土流失背景值。总之,地面定位监测的方法适用的范围有限,限制条件多,由于新建观测设施容易造成破坏,产生新的水土流失。而通过调查监测就可以对工程建设过程中的水土流失、水土保持措施等情况进行全面和客观的评价。因此,水土保持监测应以调查监测为主。

5.2 应重视上坝公路边坡的监测和防护

边坡是水土流失产生的主要环节之一。在修建上坝公路的过程中,通常存在挖方路段和半挖半填路段。对于挖方路段来说,开挖量大,外运土石方数量多,道路没建成的情况下运输有一定困难。有的施工单位会直接在公路下边坡堆弃废渣,给防护和监测带来一定难度,建设单位应严格禁止这种行为发生。对于半挖半填路段来说,填方边坡的防护是重点,一般除了坡脚采用工程拦挡外,坡面需要采取植物措施增加地表覆盖。

5.3 可以采用示踪元素 (Cs-137)监测水土流失背景值[2]

开发建设项目水土流失背景值的测定多采用径流小区法,由于受开发建设项目附近地形条件的限制,常常找不到合适的位置布设径流小区。而利用示踪元素 (Cs-137)监测水土流失背景值,不需要建设监测设施,即节约了监测费用,也减少了对土壤的扰动,保护了环境,通过周公宅水库工程水土保持监测的实践,也证明了这一点。

[1]李世锋,朱晓莹,朱春波.浙江省华光潭梯级水电站水土保持监测实践 [J].中国水土保持,2008(9):48-50.

[2]聂国辉,许建新,叶永棋,等.Cs-137在浙江省水土流失背景值监测中的应用 [J].浙江水利科技,2008(3):22-23.