不同防护措施下临时堆土区土壤侵蚀情况监测研究

刘 平，翟汝伟

(宁夏水利科学研究院，宁夏 银川 750021)

生产建设过程中的临时堆土区是最容易产生水土流失的区域，同时临时堆土区的水土流失也是最难控制和最容易被忽视的。为探索生产建设项目临时堆土区水土流失的防治方法，结合宁夏石嘴山风电场中瑞一期49.5 MW工程水土保持监测实践，对临时堆土区在不同防护措施下的土壤侵蚀情况进行了监测和研究。

1 监测区域基本情况

宁夏石嘴山风电场中瑞一期49.5 MW工程项目区位于贺兰山北段、宁夏石嘴山市惠农区，风电场总面积约15 km2，平均海拔1 150 m，建设内容包括220 kV升压变电站1座、1 500 kW风力发电机组33台、进场道路1 km、检修道路16 km、集电线路18.9 km、输电线路6.8 km。工程于2013年7月开工，2014年12月竣工。项目区地貌类型为山前洪积扇，场地开阔；气候类型为温带大陆性气候，多年平均气温9.3 ℃、降水量170.2 mm、蒸发量1 583 mm、风速3.0 m/s；土壤主要为灰钙土，成土母质为山前洪积冲积物，土层多含砾砂、角砾、块石等；植被类型为荒漠草原植被，覆盖率仅为15%左右；水土流失形式以中度风力侵蚀为主，平均土壤侵蚀模数为3 100 t/(km2·a)。

2 临时堆土区监测方案设置及监测方法

模拟工程建设过程中的临时堆土，取一定质量的扰动土，分别按照2种堆放方式(自然堆放和摊平后堆放)、3种防护措施(无处理、拍实堆放、洒水堆放)共6种处理方案堆放，即：①自然堆放无处理(ZW)，开挖土方自然堆放，不进行任何处理；②自然堆放拍实(ZP)， 开挖土方自然堆放后，用铁锨将表面拍实后堆放；③自然堆放洒水(ZS)， 开挖土方自然堆放后，进行人工洒水，使其表面均匀湿润后堆放；④ 摊平堆放(TW)，对开挖土方顶部进行适当平整后堆放；⑤摊平拍实堆放(TP)，对开挖土方顶部进行适当平整，同时用铁锨将表面拍实后堆放；⑥摊平洒水堆放(TS)，对开挖土方顶部进行适当平整，同时进行人工洒水，使其表面均匀湿润后堆放。

监测方案分为一次性称量和连续称量2种。一次性称量试验是每种处理方案(6种)按3个堆放时间(2个月、4个月、6个月)和2个堆放地点(平地、山地)进行布置，共设置6个监测点位，试验设计见表1。连续称量试验每种处理方案按2个堆放地点(平地、山地)进行布置，共设置2个监测点位，试验设计见表2。

表1 临时堆土侵蚀量监测一次性称量试验设计

注：监测样点中数字表示堆放时间(月)，下同。

表2 临时堆土侵蚀量监测连续称量试验设计

监测方法采用称量法。一次性称量试验是称取一定质量的扰动土作为临时堆土，分别在临时堆土区堆放2、4、6个月后一次性称量，分析其侵蚀情况。连续称量试验是称取一定质量的扰动土作为临时堆土，大致每15天称量1次，但不破坏临时堆土的土壤结构，连续监测6个月共12次，分析其侵蚀情况。

3 监测结果分析

3.1 影响水土流失的气象要素监测结果

影响水土流失的气象要素主要为降水和风。根据石嘴山市惠农区气象站资料，2013—2015年项目区年降水量分别为157.2、161.4和217.7 mm，降水日数分别为36、73和48 d。最大降水量出现在2013年8月22日，日降水量为57.3 mm。2013—2015年项目区年均风速分别为2.02、2.23和2.27 m/s，最大风速分别为14.6、14.5和14.9 m/s，大于起沙风速(5.5 m/s)的天数分别为146、153和148 d。相比多年平均值，项目建设期间降水量和风速没有发生明显变化。

3.2 临时堆土区侵蚀情况监测结果

临时堆土区土壤侵蚀一次性称量试验监测结果见表3，连续称量试验监测结果见表4。

3.3 临时堆土区侵蚀情况监测结果分析

根据临时堆土区土壤侵蚀监测数据，计算侵蚀系数。侵蚀系数(%)=(初始质量-侵蚀后质量)/初始质量×100%。

3.3.1 临时堆土土壤侵蚀一次性称量试验监测结果

(1)一次性称量试验监测结果显示，在不考虑临时堆土防护措施和堆放时间，只考虑堆放方式的情况下，自然堆放平均侵蚀系数为2.76%，摊平堆放平均侵蚀系数为1.88%，摊平堆放侵蚀量明显低于自然堆放，侵蚀量减少了31.76%。

(2)在不考虑临时堆土堆放方式和堆放时间，只考虑防护措施的情况下，无处理平均侵蚀系数为3.13%，拍实处理平均侵蚀系数为2.89%，洒水处理平均侵蚀系数为0.95%。不同防护措施下，侵蚀量为洒水处理<拍实处理<无处理措施，洒水处理侵蚀量明显低于拍实处理和无处理。

表3 临时堆土区土壤侵蚀一次性称量试验监测结果

表4 临时堆土区土壤侵蚀连续称量试验监测结果

注：2013-11-07为试验布设日期，以当日监测数据为基础值。

(3)在只考虑堆放时间的情况下，侵蚀量为6个月<2个月<4个月，侵蚀量与堆放时间之间没有明显规律。主要原因：一是临时堆土长时间堆放，表面会形成结皮，导致侵蚀量下降；二是堆放4个月时正处于3—4月的风季，侵蚀量较大符合实际。

(4)在只考虑防护措施和堆放方式的情况下，临时堆土在摊平堆放并进行洒水处理后，侵蚀系数为0.84%，侵蚀量最小，抗侵蚀效果最佳；自然堆放无处理侵蚀系数为3.85%，侵蚀量最大，抗侵蚀效果最差。

3.3.2 临时堆土土壤侵蚀连续称量试验监测结果

(1)连续称量试验监测结果显示，在不考虑堆放时间和防护措施，只考虑堆放方式条件下，临时堆土在自然堆放形式下平均土壤侵蚀系数为7.07%，在摊平堆放形式下平均土壤侵蚀系数为6.83%，摊平堆放侵蚀量比自然堆放低3.39%。方差分析结果显示，不同堆放方式下，临时堆土的土壤侵蚀系数无显著差异。

(2)在不考虑堆放时间和堆放方式，只考虑防护措施情况下，临时堆土在无防护措施情况下平均土壤侵蚀系数为8.44%，拍实措施下平均土壤侵蚀系数为7.52%，洒水措施下平均土壤侵蚀系数为4.89%。对监测结果进行方差分析，结果显示，洒水处理的土壤侵蚀系数与无处理、拍实处理均有极显著差异，拍实处理的土壤侵蚀系数和无处理无显著差异(表5)。

表5 临时堆土不同防护措施土壤侵蚀系数多重比较结果

注：**表示在0.01 水平(双侧)上显著相关。

4 结 论

(1)临时堆土摊平堆放的土壤侵蚀系数较自然堆放平均减少3.39%～31.76%。

(2)临时堆土洒水处理后，土壤侵蚀系数要明显低于拍实处理和无处理。

(3)风蚀地区建设项目的临时堆土，建议对开挖土方顶部进行适当平整，同时对开挖土方进行人工洒水，使其表面均匀湿润后堆放，可有效降低风蚀量。