龍 拿

(上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200061)

隨著國家生態(tài)文明建設(shè)不斷推進，水土保持的重要性日益突出，而水土保持監(jiān)測是監(jiān)督建設(shè)項目落實水土保持工作的重要手段，能為生態(tài)安全預(yù)警、水土流失預(yù)防及治理和生態(tài)文明建設(shè)等提供資料及技術(shù)支持[1]。

長管線工程作為線性工程，具有擾動范圍大，擾動距離長、擾動因素復(fù)雜的特點，且城市地區(qū)的水土流失具有人為性、隱蔽性的特點，這又加大了水土保持監(jiān)測的難度。要想推動城市地區(qū)長管線工程的順利開展，減少項目建設(shè)造成的水土流失，對城市地區(qū)長管線工程開展水土保持監(jiān)測工作是十分重要的。

因此水利部門相繼印發(fā)了《水利部關(guān)于加強水土保持監(jiān)測工作的通知》(水?！?017〕36號)、《全國水土流失動態(tài)監(jiān)測規(guī)劃(2018—2022年)》等一系列文件，要求落實和開展全國縣級及以上行政區(qū)、全國水土保持重點區(qū)域的水土流失動態(tài)監(jiān)測工作，掌握其水土流失動態(tài)變化，大力推進水土保持信息化監(jiān)管工作[1]。本文結(jié)合南干線改造工程水土保持監(jiān)測實例，對城市地區(qū)長管線工程建設(shè)項目水土流失產(chǎn)生的施工環(huán)節(jié)、造成水土流失的原因、對周邊環(huán)境可能造成的危害、水土流失的強度、水土流失特點、監(jiān)測難點、監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測方法等進行了探析，旨在為今后城市地區(qū)長管線工程建設(shè)期間的水保監(jiān)測提供參考。

1 長管線工程水土保持監(jiān)測特點

1.1 項目概況

南區(qū)污水輸送干線(以下簡稱為“南干線”)于20世紀70年代初期建成通水，是上海市中心城區(qū)建設(shè)的首條污水輸送干線，南干線建設(shè)總長度約32.2km，沿污水管線設(shè)1—6號共6座污水泵站。南干線改造工程服務(wù)面積約89.2km2，南干線的服務(wù)范圍為：浦西的魯班，浦東的周家渡、云蓮、由由、六里、張江、川沙、唐鎮(zhèn)等地區(qū)。

本次南干線改造工程范圍為1—6號泵站，主要建設(shè)內(nèi)容有：改建南干線污水管線，管徑為DN2700～DN3500mm，長度約22.52km；新建沿線45座頂管井、13座透氣井、4座閘門井等；箱涵修復(fù)、改建4號泵站、遷建5號泵站；頂管穿越王家浜、顧家浜、呂家浜、中心河、隨塘河5條河道等建設(shè)內(nèi)容。

南干線改造工程水土保持防治責(zé)任范圍為14.45hm2，除去泵站及井位等區(qū)域永久占地面積1.06hm2，其余全為臨時占地。泵站、井位及管線等區(qū)域的土石方開挖總量為34.75萬m3，后期施工回填土石方總量10.14萬m3。項目監(jiān)測時間為2019年11月—2022年5月，共31個月。

1.2 項目水土流失特點

南干線改造工程呈點線狀分布，線性為主，點狀為輔?！熬€”主要為污水管線，“點”主要為泵站、臨時堆土場、井位及大臨等容易發(fā)生水土流失的地點。線性項目施工所造成的水土流失，因施工區(qū)域不同可分為不同的侵蝕類型，不同的侵蝕類型區(qū)侵蝕方式也有很大差異[6- 10]。

(1)管線、泵站、井位及大臨施工：工程施工一般先清基、后進行基礎(chǔ)開挖，除去后期自身回填的部分土方臨時堆置在建設(shè)區(qū)周邊，其余全部及時外運。工程建設(shè)期間，開挖會擾動、損壞原場地的地貌和植被。

在施工期間，管線及大臨施工開挖臨時堆置的土方及裸露面，由于其表面結(jié)構(gòu)脆弱，在大雨及大風(fēng)日，很容易受到水力侵蝕及風(fēng)力侵蝕；

泵站和井位開挖施工期間，由于開挖深度深，開挖斷面大，需及時做好支護，如未做好支護，雨水沖刷開挖的裸露斷面，極易發(fā)生重力侵蝕，引發(fā)壁坑崩塌現(xiàn)象。

(2)涉河施工：涉河工程施工是造成水土流失的重要區(qū)域。河道兩側(cè)的井位及頂管施工產(chǎn)生的土方及泥漿都可能被水沖蝕，極易產(chǎn)生水力侵蝕，造成重大的水土流失。

(3)臨時堆土施工：施工期間，因場地回填需要，項目建設(shè)區(qū)域內(nèi)需臨時設(shè)置堆土場，在臨時堆土期間，如遇暴雨及大風(fēng)，因其表面結(jié)構(gòu)脆弱，會產(chǎn)生嚴重的水力侵蝕(面蝕和細溝侵蝕)和風(fēng)力侵蝕，如不及時處理還可能產(chǎn)生嚴重的水土流失現(xiàn)象。

1.3 線性項目水土保持監(jiān)測難點

(1)項目跨度大，依托項目多

南干線改造工程沿線穿越軌交3處、各類管道8處、高壓鐵塔1處、加油站3處、立交橋4處、涉及河道5條，涉及其他項目多，交叉點多，后期監(jiān)測難度大。

(2)項目建設(shè)區(qū)域分散，后期監(jiān)測難度大

項目建設(shè)內(nèi)容包括頂管工程、開槽埋管工程、箱涵修復(fù)、明挖箱涵等，方案評估過程中，全面掌握工程的建設(shè)內(nèi)容較為困難。項目中新建頂管井、騎馬井、檢查井、透氣井、閥門井、閘門井、新建泵站、河道工程、明挖管線建設(shè)區(qū)域分散，均涉及占地，后期防治責(zé)任范圍面積統(tǒng)計、監(jiān)管難度大。

(3)項目實施涉及標段多

項目施工過程中，將南干線改造工程劃分為NGX1.1標段—NGX1.8標段，通常涉及多個施工標段同時施工，因每個標段分屬不同建設(shè)單位，不同標段的不同工程施工時序不一致，不同標段水土保持措施的具體布設(shè)時間不一致，后續(xù)水土保持監(jiān)測難度大。

(4)施工時序不一，監(jiān)測周期長

根據(jù)水土保持監(jiān)測要求，需要統(tǒng)一規(guī)劃布設(shè)建設(shè)區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測點，根據(jù)建設(shè)區(qū)域內(nèi)水土流失的類型，監(jiān)測重點目標，來合理規(guī)劃布設(shè)監(jiān)測點；線型工程施工跨度大，施工時序不一致，監(jiān)測點位實際施工時間不一致，需根據(jù)實際施工進行調(diào)整。

(5)方案調(diào)整收集資料難度大

項目建設(shè)期間，建設(shè)單位會根據(jù)具體施工條件進行施工方案調(diào)整，水土保持監(jiān)測因主體調(diào)整而調(diào)整。因分為多標段同時施工，方案調(diào)整及時收集資料的難度大。

2 長管線工程水土保持監(jiān)測點位布設(shè)及監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測點位

監(jiān)測點位的選取主要考慮以下原則：

(1)代表性的區(qū)域原則：布設(shè)的監(jiān)測點位和監(jiān)測得出的結(jié)果，必須具備能夠反映工程水土流失的狀況共性。

(2)全面性原則：監(jiān)測點不僅能反映本工程的水土流失特點，還能具備其它工程的共性，具備可參考性。

(3)危害大地段重點監(jiān)測原則：監(jiān)測點布設(shè)在水土流失危害可能較大的施工單元。

(4)可行性原則：在布設(shè)水土保持監(jiān)測點時，還需考慮監(jiān)測點位實施的可行性。

2.2 監(jiān)測方法

在南干線改造工程監(jiān)測過程中主要采用以下方式進行監(jiān)測：

(1)DGPS監(jiān)測法

在監(jiān)測南干線改造工程泵站工程區(qū)、箱涵修復(fù)工程區(qū)及施工生產(chǎn)生活區(qū)等點狀區(qū)域采用DGPS監(jiān)測法進行監(jiān)測。在現(xiàn)場監(jiān)測時，主要為監(jiān)測人員手持儀器，圍繞監(jiān)測區(qū)域的邊界移動，并通過儀器記錄邊界數(shù)據(jù)；室內(nèi)導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，將含監(jiān)測數(shù)據(jù)的CAD圖紙與原防治責(zé)任范圍圖進行疊加，從而計算出原地表擾動面積變化情況、項目建設(shè)區(qū)域的水土流失面積增減量、土石方挖填方量變化值等數(shù)據(jù)。

(2)無人機低空遙感技術(shù)監(jiān)測法

在監(jiān)測南干線改造工程線狀區(qū)域時，采用無人機低空遙感技術(shù)監(jiān)測法進行監(jiān)測，主要通過操控?zé)o人機在Pix4D Capture設(shè)定的飛行軌跡飛行，并拍攝收集地面影像數(shù)據(jù)，通過遙感技術(shù)傳輸拍攝的影像數(shù)據(jù)，通過Pix4D Mapper軟件進行影像拼接處理，完成數(shù)據(jù)處理，并建立模型，然后進行數(shù)據(jù)分析對比。通過分析處理后的數(shù)據(jù)，可以提取工程的施工進展、建設(shè)區(qū)域擾動的長度及面積數(shù)據(jù)、水土保持措施的實施情況。通過無人機低空遙感技術(shù)可以記錄不同施工階段監(jiān)測數(shù)據(jù)，間接計算監(jiān)測所需的體積數(shù)據(jù)[2- 5]。

(3)實時遠程視頻監(jiān)測

城市地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)等無線通信方式覆蓋較廣，利用這一點，本次水保監(jiān)測在泵站及井位施工區(qū)域擾動時間較長，水土流失較易發(fā)生的區(qū)域布設(shè)了無線視頻監(jiān)控點，同時配備了遠程儲存裝置，方便對已發(fā)生的水土流失現(xiàn)象進行回看追溯。除此之外，視頻監(jiān)測系統(tǒng)記錄覆蓋了從區(qū)域擾動前至綠化排水設(shè)施布設(shè)完畢后的整個階段，方便了水保驗收工作時的回顧查看，并且為后續(xù)類似項目的水土流失防治工作提供了較為全面的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3 結(jié)語

(1)城市地區(qū)長管線建設(shè)項目結(jié)合DGPS監(jiān)測法、無人機低空遙感技術(shù)監(jiān)測法和實時遠程視頻監(jiān)測，既符合國家推行水土保持監(jiān)測信息化的發(fā)展趨勢，也能極大地提高對水土流失產(chǎn)生的環(huán)節(jié)、水土流失的原因、對周邊環(huán)境可能造成的危害、防治責(zé)任范圍變化、水保措施實施進度等方面監(jiān)測工作的精度及效率。

(2)水利部及地方水務(wù)部門發(fā)布了一系列文件，要求加強生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)測工作。在城市地區(qū)長管線建設(shè)項目水土保持監(jiān)測時，利用無人機低空遙感技術(shù)監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)原地表的擾動變化情況，并同步通知建設(shè)單位規(guī)避項目施工擾動范圍超出防治責(zé)任范圍，或提出相應(yīng)整改建議，為城市地區(qū)長管線建設(shè)的合規(guī)合法性提供了有力保障。

(3)本文對城市地區(qū)長管線建設(shè)項目監(jiān)測做了初步探索，并利用實時遠程視頻監(jiān)測建立了項目水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)信息庫。利用貯存的監(jiān)測視頻數(shù)據(jù)，可以為類似項目提供水土流失監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)及防治水土流失經(jīng)驗，為水土流失監(jiān)測工作做出貢獻。