林靚靚，杜運(yùn)領(lǐng)，吳 偉

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310014

金沙江白鶴灘水電站水土流失量預(yù)測(cè)方法初探

林靚靚，杜運(yùn)領(lǐng)，吳 偉

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310014

本文以金沙江白鶴灘水電站為例，探索大型水電建設(shè)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測(cè)方法，以期為其他大型水電建設(shè)項(xiàng)目合理、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)水土流失量提供參考。

水土流失；預(yù)測(cè)；水電站

1 工程概況

白鶴灘水電站壩址位于四川省涼山州寧南縣白鶴灘鎮(zhèn)與云南省昭通市巧家縣大寨鄉(xiāng)交界處，庫(kù)區(qū)涉及四川省寧南縣、會(huì)東縣和云南省巧家縣、會(huì)澤縣、昆明市東川區(qū)、倘甸產(chǎn)業(yè)園區(qū)和祿勸縣等7個(gè)縣（區(qū)）。工程等級(jí)為I等，屬大型工程，電站裝機(jī)容量16000MW，是我國(guó)繼三峽、溪洛渡之后的又一座千萬(wàn)千瓦級(jí)的巨型水電站，是金沙江下游河段規(guī)劃的4個(gè)梯級(jí)電站中的第2級(jí)，上接烏東德，下鄰溪洛渡。電站具有裝機(jī)容量大、工程量少、水庫(kù)淹沒(méi)損失小、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越、效益十分明顯等特點(diǎn)，是“世界上不可多得的極其優(yōu)越的能源點(diǎn)”。

2 水土流失預(yù)測(cè)

2.1水土流失預(yù)測(cè)范圍

白鶴灘水電站屬建設(shè)類項(xiàng)目，水土流失預(yù)測(cè)范圍為工程建設(shè)過(guò)程中擾動(dòng)地表的范圍，劃分為樞紐及導(dǎo)流工程區(qū)、場(chǎng)內(nèi)交通工程區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、表層土堆場(chǎng)區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、移民安置區(qū)、水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)等8個(gè)預(yù)測(cè)分區(qū)進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)。

2.2水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段

依據(jù)《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50433-2008）的要求和各分項(xiàng)工程水土流失過(guò)程及特點(diǎn)，工程各個(gè)預(yù)測(cè)分區(qū)預(yù)測(cè)時(shí)段分為施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期三個(gè)時(shí)段，其中施工期針對(duì)單項(xiàng)工程劃分為施工過(guò)程中（單項(xiàng)工程的施工建設(shè)期間）和施工結(jié)束后（單項(xiàng)工程施工建設(shè)完成至工程完工）。

2.3水土流失量預(yù)測(cè)方法

工程水土流失量預(yù)測(cè)采用《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》（DL/T5419-2009）給出的公式預(yù)測(cè)：

式中：W —新增水土流失量，t；Ws—擾動(dòng)地表水土流失量，t；Wi—背景水土流失量，t；Fi—第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積，km2；—各預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；—各預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)前背景土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；Ti—預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

分析預(yù)測(cè)公式可知，工程水土流失量預(yù)測(cè)的精度主要取決于各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)背景值及擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)的確定。

2.3.1土壤侵蝕模數(shù)背景值的確定

各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)背景值采用遙感調(diào)查法和137Cs放射性核素示蹤法確定。在土壤侵蝕背景值調(diào)查中，根據(jù)遙感調(diào)查結(jié)果，選取典型地塊，進(jìn)行137Cs侵蝕示蹤樣品采樣，獲取典型地塊1963年以來(lái)的年均侵蝕量，再通過(guò)實(shí)地觀測(cè)、分析地塊內(nèi)影響因子來(lái)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的可靠性。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)雨季前后（4月份和11月份）兩次實(shí)地調(diào)查，對(duì)關(guān)鍵施工地塊的水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)一步的勘測(cè)，分析和驗(yàn)證求算結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而獲取不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù)背景值。

根據(jù)不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù)調(diào)查、測(cè)試結(jié)果，結(jié)合每個(gè)預(yù)測(cè)分區(qū)和預(yù)測(cè)單元的地形、地貌、土地類型、地表覆蓋物等因素，采用加權(quán)平均法測(cè)算各預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)背景值。

2.3.2擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)的確定

擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)法和類比法對(duì)比、分析后確定。

1）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)法。考慮工程區(qū)特殊的氣候、土壤、水土流失等特點(diǎn)，在工程區(qū)采用地面觀測(cè)法和7Be核素示蹤法模擬測(cè)定不同施工區(qū)域施工擾動(dòng)時(shí)的土壤侵蝕模數(shù)。①地面觀測(cè)法。在工程區(qū)針對(duì)工程施工中的擾動(dòng)地表的特點(diǎn)對(duì)裸露擾動(dòng)土、浮渣、棄渣道路、開(kāi)挖邊坡和裸露坡耕地布設(shè)簡(jiǎn)易觀測(cè)場(chǎng)和徑流小區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，以模擬樞紐及導(dǎo)流工程區(qū)、場(chǎng)內(nèi)交通工程區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、表層土堆場(chǎng)區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、移民安置區(qū)（生產(chǎn)、生活安置）施工擾動(dòng)時(shí)的土壤侵蝕模數(shù)。②7Be核素示蹤法。7Be作為水土流失的示蹤劑具有不受場(chǎng)地限制、簡(jiǎn)便快捷、省時(shí)省力等特點(diǎn)，重要的是7Be能提供短時(shí)期季節(jié)性或單次降水事件的水土流失信息。工程選擇合適的取樣點(diǎn)對(duì)樞紐及導(dǎo)流工程、場(chǎng)內(nèi)交通、棄渣場(chǎng)、施工生產(chǎn)生活區(qū)的水土流失進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）類比法。類比法的類比工程選取溪洛渡水電站，溪洛渡水電站是金沙江下游河段規(guī)劃的4個(gè)梯級(jí)電站中的第3級(jí)，位于工程區(qū)下游，兩個(gè)電站在水土流失現(xiàn)狀及影響因素、施工擾動(dòng)特點(diǎn)、自然狀況（地形地貌、地質(zhì)條件、植被、水文、氣象、土壤等）等土壤侵蝕有關(guān)的因素基本相同或相似，且溪洛渡水電站已開(kāi)工建設(shè)，在前期進(jìn)行了水土保持監(jiān)測(cè)，并取得初步成果，可比性較好。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)法和類比法對(duì)比分析。根據(jù)主要水土流失影響因子（氣候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失現(xiàn)狀）調(diào)整溪洛渡水電站各區(qū)域擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)，對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)法和類比法獲取的擾動(dòng)后的模數(shù)。

表1　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)法和類比法擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)對(duì)比表

氣候因子主要綜合比較兩個(gè)工程多年平均蒸發(fā)量和多年平均濕度，調(diào)整系數(shù)取0.99；多年平均降水量因子根據(jù)多年平均降水量的不同調(diào)整系數(shù)取1.03；地形坡度根據(jù)對(duì)比區(qū)域的地形坡度不同而定；土壤因子因土壤類型基本相同，修正系數(shù)取1.00；植被因子考慮對(duì)比區(qū)域基本全部裸露，修正系數(shù)取1.00；水土流失現(xiàn)狀因子考慮對(duì)比區(qū)域土壤侵蝕類型及擾動(dòng)后土壤侵蝕程度亦基本相差不多，修正系數(shù)取1.00。

經(jīng)對(duì)比，類比工程中的右岸有用料備料場(chǎng)Ⅰ坡面、施工營(yíng)地附近裸露坡耕地土壤侵蝕模數(shù)與本工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地基本相同，印證了類比工程及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)位于本工程建設(shè)范圍內(nèi)，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預(yù)測(cè)區(qū)域基本相同，其數(shù)據(jù)參考性更高。因此，料場(chǎng)區(qū)與表層土堆場(chǎng)區(qū)、移民安置區(qū)（生產(chǎn)、生活安置）擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地的實(shí)測(cè)值確定。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值中，開(kāi)挖邊坡實(shí)測(cè)值接近于項(xiàng)目區(qū)坡耕地的土壤侵蝕背景值，棄渣場(chǎng)實(shí)測(cè)最大值僅為9793t/km2·a，遠(yuǎn)小于類比工程中的場(chǎng)內(nèi)施工道路開(kāi)挖邊坡、楊家溝棄渣場(chǎng)侵蝕模數(shù)。分析2組數(shù)據(jù)來(lái)源的差異，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)方法中開(kāi)挖邊坡、棄渣堆置均為人工模擬的擾動(dòng)區(qū)域，而實(shí)際施工中，開(kāi)挖邊坡擾動(dòng)更加強(qiáng)烈，裸露面除降水等自然因素造成水土流失外，人為擾動(dòng)也加劇了水土流失；實(shí)際棄渣場(chǎng)的堆渣量、集水面積等也遠(yuǎn)大于徑流小區(qū)模擬的棄渣場(chǎng)，水土流失的物質(zhì)源更豐富、侵蝕力更強(qiáng)。因此，樞紐及導(dǎo)流工程、場(chǎng)內(nèi)交通工程、棄渣場(chǎng)擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)參照類比工程的場(chǎng)內(nèi)施工道路開(kāi)挖邊坡、楊家溝棄渣場(chǎng)的土壤侵蝕模數(shù)確定。

類比工程中的施工臨時(shí)設(shè)施與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的裸露擾動(dòng)土Ⅲ土壤侵蝕模數(shù)基本相同，大于裸露擾動(dòng)土Ⅰ、裸露擾動(dòng)土Ⅱ的實(shí)測(cè)值。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，裸露擾動(dòng)土Ⅰ、裸露擾動(dòng)土Ⅱ的實(shí)測(cè)值與工程區(qū)坡耕地和疏林地的土壤侵蝕模數(shù)背景值相近，數(shù)值偏小，與實(shí)際不符，其原因應(yīng)為施工臨時(shí)設(shè)施區(qū)實(shí)際施工中的擾動(dòng)遠(yuǎn)大于徑流小區(qū)內(nèi)模擬的擾動(dòng)；而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的裸露擾動(dòng)土Ⅲ與類比工程中的施工臨時(shí)設(shè)施土壤侵蝕模數(shù)相近，印證了2個(gè)數(shù)據(jù)的合理性，可參考性強(qiáng)。同理，考慮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)位于工程建設(shè)范圍內(nèi)，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預(yù)測(cè)區(qū)域基本相同，其數(shù)據(jù)參考性更高，施工生產(chǎn)生活區(qū)擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的裸露擾動(dòng)土Ⅲ的實(shí)測(cè)值確定。

經(jīng)分析比選，獲取工程擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)類比區(qū)域的情況，詳見(jiàn)表2。

表2　工程擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)類比區(qū)域情況表

4）工程擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)。工程各預(yù)測(cè)分區(qū)擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)類比表2中的土壤侵蝕模數(shù)獲取，其中溪洛渡水電站各小區(qū)的侵蝕模數(shù)根據(jù)氣候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失現(xiàn)狀等水土流失影響因子進(jìn)行修正后類比，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)侵蝕模數(shù)根據(jù)地形坡度進(jìn)行修正后類比，獲取工程擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)。

2.4水土流失量預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)前述水土流失量預(yù)測(cè)方法白鶴灘水電站可能造成的水土流失總量約1375.33萬(wàn)t，背景水土流失量652.52萬(wàn)t，新增水土流失總量812.54萬(wàn)t，水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)闂壴鼒?chǎng)、移民安置區(qū)、水庫(kù)淹沒(méi)影響區(qū)、樞紐及導(dǎo)流。

3 結(jié)論

大型水電建設(shè)項(xiàng)目施工期地表擾動(dòng)強(qiáng)烈、土石方量大，合理預(yù)測(cè)其水土流失量有利于水土保持防護(hù)措施布局、設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)的實(shí)施。本文在白鶴灘水電站水土流失預(yù)測(cè)中，除重視理論方法的運(yùn)用，又考慮了項(xiàng)目區(qū)實(shí)際生態(tài)環(huán)境和施工特點(diǎn)對(duì)水土流失的影響，望能為其他大型水電建設(shè)項(xiàng)目合理、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)水土流失量提供參考。

［1］高旭彪.淺探開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)存在的問(wèn)題及建議［J］.水力發(fā)電，2008，34（1）：9-10.

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1674-6708（2015）147-0059-02