浅析浙江省平原河网区水利工程水土保持监测技术——以浙东引水萧山枢纽工程为例

赵聚国,陈国伟,陆芳春

(1.浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020；2.浙江省水土保持监测中心,浙江 杭州 310009；3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

浙江省地理特征丰富,山地和丘陵占70.4%,平原和盆地占23.2%,河流和湖泊占6.4%,耕地面积仅208.17万hm2,故有“七山一水二分田”之说。浙江省内分布有4大平原河网区,分别为杭嘉湖平原 (杭州、嘉兴、湖州)、宁绍平原(宁波、绍兴)、温黄平原(温岭、黄岩)和温瑞平原(温州、瑞安),平原河网区地势相对平坦,多有植物覆盖,水土流失现状较为轻微,水土保持的自然条件较为有利。但是平原河网地区,人为活动剧烈,特别是各类生产建设项目分布密度大,地表扰动剧烈,加之降水丰富,局部地区有各类坡度(低丘、河岸等),同时生产建设项目开发过程中极易产生水土流失,且易造成河网淤积、水质污染等次生问题。因此平原河网地区的人为水土流失的监督管理、监测是一个重要的水土流失问题。在平原河网区修建水利枢纽工程,一般具有土石方开挖方量大、自身利用量小,这就使得在该类型区域进行水土保持监测有其自身的特点。本文以浙东引水萧山枢纽工程为例,探讨了浙江省平原区水利枢纽工程的水土保持监测的范围、内容、方法和成果等。

1 工程概况

浙东引水萧山枢纽工程是浙东引水的龙头工程和浙东水资源优化配置格局中的关键性工程。项目的任务是在对钱塘江河口总体环境影响允许的条件下,通过引水闸、泵站建设,引钱塘江河口原水向萧绍宁平原及舟山市补充工业和农灌用水,并兼顾水环境改善。工程为Ⅰ等工程,建设内容主要由引水闸站、1.523km的新开输水河道和河道沿线新建的5座桥梁等内容组成。引水闸站具有自流引水和提水双重功能,设计引水流量50m3/s,多年平均引水量8.9亿m3,闸站下游沿东北方向新开的1.523km输水河道与杭甬运河航道相接,利用航道输水。

工程永久占地共计17.69hm2,临时占地6.67hm2,工程拆迁安置人口65户351人,企事业单位1家,拆迁各类房屋1.43万m2。开挖土石方76.12万m3,回填8.19万m3,弃渣67.91万m3,运往萧山万沿采石场矿坑进行综合利用。工程于2009年6月开工,主体工程于2012年7月完工,总投资为4.11亿元。

2 水土流失影响因素及水土流失现状

工程位于萧山区义桥镇,属亚热带季风气候区,多年平均气温16.22℃,多年平均降水量1322mm,降水时空分布不均,年内70%的降水集中在梅雨季和台风雨季。施工前沿线植被覆盖状况良好,土地利用类型以耕地为主。项目区属南方红壤丘陵区,水土流失类型主要是水力侵蚀,主要形式为面蚀,其次为沟蚀,无重力侵蚀,如崩塌、滑坡等。

工程建设过程中的河道及枢纽的开挖、填筑、弃渣的堆放及房屋的迁拆等工作,占压破坏地表植被、扰动表土结构,损坏了地表植被原有的水土保持功能。此外,桥梁基础采用钻孔灌注桩,钻渣若随意倾倒,将会对项目区周边的农田及原有的灌排设施造成水土流失危害。

3 水土保持监测范围

根据工程建设实际情况和水土保持监测要求,确定监测范围为工程水土流失防治责任范围,包括工程施工期和自然恢复期的建设区和直接影响区,尤其是施工开挖填筑扰动面、桥梁工程的泥浆池、河道开挖、施工临时场地等区域。

4 水土保持监测内容及方法

4.1 施工前期

施工前期主要监测内容有：工程地理位置、气候特征、气象因子、地貌类型、微地貌组成、地质构造、原地貌状态下不同土地利用类型的面积、土壤类型、土层厚度、植被类型和种类、植被覆盖度、项目区河流水系、水土流失类型区、水土流失形式、平均土壤侵蚀模数。上述内容的监测主要采取资料收集、判别与分析等方法。

4.2 施工期

施工期主要监测内容包括：气象因子、扰动地表面积及其强度、主体工程建设进展情况、损坏水土保持设施、土石方量、弃土、土壤流失量和水土流失强度变化情况,以及对周边地区生态环境的影响,造成的危害情况等,采取的监测方法包括：现场量测、桩钉法、细沟测量法、无人机航测法、典型调查法和定位观测法等综合手段。

4.2.1 简易观测场法

简易观测场法是将直径 0.5cm、长50cm的钢钎按1m×1m分上中下、左中右纵横各3排(共9根)沿输水河道 (K0+300m)开挖的土质坡面垂直方向打入,钉帽与坡面齐平,并在钉帽上涂上红漆,编号登记入册。坡面面积较大时,为提高精度,钢钎密度可加大。每次暴雨后和汛期期末,观测钉帽出露地面高度,计算土壤侵蚀厚度和土壤侵蚀量。计算公式为：

式中：A为土壤侵蚀量,m3；Z为侵蚀厚度,mm；S为水平投影面积,m2；θ为斜坡坡度,°。

选择在输水河道的土质开挖坡面布设桩钉,布设时间为2010年9月,后期对桩钉又进行了多次增加补充 (由于工程进展中监测部位坡面的破坏,部分桩钉随之消失)。

4.2.2 细沟测量法

细沟测量法是在扰动的输水河道(K0+620m)开挖坡面内从上到下布设若干施测断面,量测每一断面细沟的深度和宽度,测完每个断面后,绘制监测坡面内细沟分布图,再计算细沟侵蚀量。施测断面等距离布设,单个细沟的侵蚀量用下式计算：

ri容重,kg/m3；L为测定断面之间的距离,m；n为测定断面个数,个；ωi为测定的细沟宽度,m；hi为测定断面的细沟深度 ,m。

在测得单个细沟侵蚀量以后,将其累加即可得到监测坡面细沟侵蚀量,用下式计算：

式中：Sr为小区细沟侵蚀总量,kg；n为细沟条数,条。

4.2.3 无人机航测法

无人机航测法首先利用无人机低空飞行摄影获取高分辨率数字影像,再用GPS-RTK进行外业像片控制点测量,然后通过全数字摄影测量工作站进行内业判绘及采集地物,经外业补绘后,输出数字线划图的矢量数据,最后在ArcGIS系统中进行编辑和整理,为水土保持监测提供数字地形图。2006、2011年枢纽监测区及监测区植被情况见图1～4。

图1 2006年枢纽监测区图

图2 2011年枢纽监测区图

图3 2006年枢纽监测区植被情况图

图4 2011年枢纽监测区植被情况图

选择在枢纽区进行无人机航测,航测时间2009年12月、2011年6月,主要进行扰动面积的复核和植被损坏情况监测等。

4.3 恢复期

植被恢复期的主要监测内容包括：水土保持措施落实情况(措施的数量和质量)、水土保持工程措施的稳定性、完好程度和运行情况；水土保持生物措施的成活率、保存率、生长情况和覆盖度；各项防治措施的拦渣、保土效益等,采取的主要监测方法包括样地调查及巡查等方法。

5 项目监测成果

浙东引水萧山枢纽工程扰动土地面积25.015hm2,扰动土地治理面积24.965hm2,扰动土地整治率达99.8%,水土流失总治理度98.0%。土壤流失控制比为1.0。本工程产生弃渣67.91万m3,全部运至萧山万沿采石场矿坑进行处理,拦渣率约99.9%。工程建设范围内可恢复植被面积2.48hm2,实际完成植被恢复面积2.43hm2(已扣除局部植被长势较差区域),林草植被恢复率达97.98%,林草覆盖率达到37.95%(建设区面积扣除水面面积和拆迁安置区)。

6 结 语

(1)平原河网区水利枢纽工程土石方开挖量大、自身利用量小,造成工程建设弃方数量较大,加之周边合适的弃渣场选取较为困难,弃渣的处理是水土保持监测过程中的一个重点内容。本项目通过与废弃矿山签订土石方堆置协议,将本工程的弃方全部堆放于废弃的矿坑,即减少了弃渣的防治费用,也有效地增加了周边村庄的耕地,是较好的弃方处置方式。

(2)水土流失危害作为水土保持监测的一个重要内容,往往得不到建设单位、施工单位、监理单位等项目参建方的重视,甚至于部分监测单位也不重视该项内容。平原河网区经济相对较为发达,居民的法律意识较强,在施工过程中要加强水土流失危害监测,对可能出现的水土流失危害要提出相应的预防措施,协助建设单位积极落实,切实做好项目施工过程中的水土流失危害防治,为项目的顺利实施提供良好的技术服务。

(3)利用多种方法开展水土保持监测,即可对比不同监测方法的监测精度,也可有效发挥各监测方法的优点,为项目的水土保持监测质量提供有效保障。简易观测场法简便、易操作,能大致反映项目的水土流失状况,但精度较低；细沟量测法原理简单、易懂,但在现场操作具有一定的难度,受到监测人员的客观影响较大；无人机航测法对扰动地面的面积、植被的破坏面积等面积类统计值具有较高的精度等。