郭百平,于亞文,王志軍
(內(nèi)蒙古自治區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)站,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)
內(nèi)蒙古資源豐富,特別是煤炭資源十分豐富,現(xiàn)已探明煤炭資源儲(chǔ)量7413.9億t,居全國(guó)第一位,已成為全國(guó)重要的能源保障基地。近幾年全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭的需求增長(zhǎng)在很大程度上拉動(dòng)了內(nèi)蒙古的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),2010年內(nèi)蒙古的GDP突破10000億元大關(guān)。除礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)外,其他開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)也很活躍,“十一五”末,全區(qū)公路總里程達(dá)到15.7萬(wàn)km,其中高速公路2365km,一級(jí)公路3387km。近年來(lái)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度加快,產(chǎn)業(yè)規(guī)??焖傩纬?,并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量870萬(wàn)kW,居全國(guó)首位。據(jù)統(tǒng)計(jì),“十一五”期間,全區(qū)各級(jí)水行政主管部門批復(fù)的各類開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案達(dá)2643個(gè),涉及水土流失防治責(zé)任范圍6614km2,設(shè)計(jì)棄土棄渣量33.9億t。大規(guī)模的開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)在支撐全區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大的壓力,人為水土流失呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。
近年來(lái)隨著開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作的不斷深入,特別是《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施驗(yàn)收管理辦法》(水利部16號(hào)令)頒布實(shí)施以來(lái),開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)工作已逐漸被社會(huì)所接受,得以快速推進(jìn)。但據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)資料,全區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)率還不到24%。
總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況,內(nèi)蒙古開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):
(1)水土流失范圍廣。內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)資源種類多、儲(chǔ)量大、分布廣,隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā),交通、水利、電力等相關(guān)建設(shè)活動(dòng)日趨增多增強(qiáng)。從呼倫貝爾草原到阿拉善荒漠從黃土丘陵溝壑區(qū)到大興安嶺山地,從農(nóng)村到城市,各類開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)遍地開(kāi)花。開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)不可避免地造成了大面積的土地開(kāi)挖和植被破壞,并產(chǎn)生了大量棄土、棄渣,加劇了區(qū)域水土流失。
(2)類型多樣。區(qū)內(nèi)地貌類型多樣,東西部氣候差異大,加之各類開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)的類型不同,生產(chǎn)工藝、施工工藝與施工時(shí)序安排存在較大差異,造成水土流失類型多樣、形式復(fù)雜,水力、風(fēng)力、重力侵蝕等多種侵蝕類型在空間上疊加,在時(shí)間上交替出現(xiàn)。
(3)危害大。開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目施工及生產(chǎn)過(guò)程中的場(chǎng)地平整、開(kāi)挖、堆填,客觀上造成地表裸露和大量松散堆積物的存在,重塑地貌甚至是改變水系,加劇了水土流失,特別是在雨季防護(hù)措施不到位的情況下,極易形成滑坡、崩塌、局部洪水泛濫,造成危害發(fā)生。主要危害有:淤積河道,降低水庫(kù)、灌溉渠道的使用壽命,埋壓農(nóng)田、草場(chǎng)、交通設(shè)施,威脅工程安全運(yùn)行,影響周邊居民的生產(chǎn)和生活,特別是火電廠的貯灰場(chǎng)、金屬礦的尾礦庫(kù)干灘受風(fēng)力侵蝕時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大,給周邊居民生活造成的不良影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、危害大。
(4)治理難度大。長(zhǎng)期以來(lái),開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)中的表土剝離和利用一直未能得到建設(shè)單位和施工單位的高度重視,也未得到有效監(jiān)控,致使十分寶貴的表土資源白白喪失,對(duì)后期的植被恢復(fù)造成了很大困難。另外,煤礦及非煤礦山的露天開(kāi)采一方面造成大面積的土地挖損和植被破壞,另一方面疏干水的排放造成水資源的浪費(fèi)和地下水位的降低,對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成不利影響,后期治理難度很大。
總體來(lái)講,人為活動(dòng)的影響加劇了區(qū)域水土流失。從近年來(lái)對(duì)全區(qū)大中型開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失調(diào)查和監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)看,內(nèi)蒙古自治區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的類型主要有水力、風(fēng)力和重力侵蝕3種。
幾乎所有的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目均會(huì)造成地表強(qiáng)烈擾動(dòng)和植被破壞,甚至是重塑地貌,進(jìn)而加劇水力侵蝕。最常見(jiàn)的水力侵蝕形式主要有面蝕和淺溝侵蝕,其中面蝕發(fā)生于各種地貌形態(tài)和擾動(dòng)單元,淺溝侵蝕主要發(fā)生在有一定匯水面積的斜坡上。開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目特有的現(xiàn)象是在未順接至自然溝道或低洼處的排水溝末端極易造成淺溝甚至是切溝侵蝕。切溝侵蝕多見(jiàn)于大型排土場(chǎng),排土場(chǎng)平臺(tái)徑流若不能有效攔蓄,常匯集到地形低洼處,在平臺(tái)與邊坡交接處形成切溝,一直發(fā)展到邊坡底部,造成嚴(yán)重的水力侵蝕。水力侵蝕從空間上講主要分布于內(nèi)蒙古中東部地區(qū),從時(shí)間上講主要分布于每年的6—8月份。
從空間分布上講,內(nèi)蒙古風(fēng)蝕主要發(fā)生在中西部及區(qū)內(nèi)幾大沙漠沙地風(fēng)蝕區(qū)、風(fēng)蝕水蝕復(fù)合侵蝕區(qū),區(qū)域自然條件特點(diǎn)是氣候干旱、年降水量不超過(guò)400mm,土壤類型以風(fēng)沙土為主。地面組成物質(zhì)以風(fēng)沙土為主的地區(qū),只要施工擾動(dòng)破壞了地面植被,風(fēng)蝕就會(huì)加劇;地面組成物質(zhì)為黃土狀物質(zhì)、黑鈣土的地區(qū),機(jī)械碾壓強(qiáng)度大的擾動(dòng)單元風(fēng)蝕也很強(qiáng)烈。從時(shí)間上講,由于全區(qū)大部分地區(qū)每年3—5月份的平均風(fēng)速最大,與風(fēng)速分布相對(duì)應(yīng),3—5月是風(fēng)蝕最為強(qiáng)烈的時(shí)間段。從擾動(dòng)形態(tài)上講,挖損、堆積均會(huì)造成風(fēng)蝕加劇,在堆積形態(tài)中,以火電廠貯灰場(chǎng)、金屬礦尾礦庫(kù)干灘風(fēng)蝕最為強(qiáng)烈。
重力侵蝕在開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)并不普遍,其形式主要有崩塌、滑坡和陷穴。滑坡主要發(fā)生在大的開(kāi)挖或堆土邊坡,如位于溝谷中的工業(yè)場(chǎng)地的開(kāi)挖邊坡、露天采掘場(chǎng)邊坡、排土場(chǎng)邊坡,發(fā)生滑坡的主要原因是基巖巖性軟弱、邊坡較陡、人工邊坡高差較大或堆土高度較高、截排水措施不到位等。崩塌主要發(fā)生在比較陡峭的人工開(kāi)挖邊坡,如非等級(jí)道路邊坡、取土場(chǎng)邊坡、工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)挖邊坡,一般規(guī)模較小。陷穴主要發(fā)生在黃土或黃土狀堆積物較深厚的堆土層中,如排土場(chǎng)平臺(tái)外側(cè)靠近邊坡處。
水土保持監(jiān)測(cè)實(shí)施方案是直接用于指導(dǎo)監(jiān)測(cè)工作的重要的技術(shù)文件,制定一個(gè)科學(xué)的、可操作的實(shí)施方案是保障開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)成果質(zhì)量的關(guān)鍵。監(jiān)測(cè)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模、建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)方式、項(xiàng)目區(qū)自然條件和水土流失特點(diǎn)、建設(shè)活動(dòng)對(duì)水土流失的影響等制定切實(shí)可行的水土流失監(jiān)測(cè)方案,并付諸實(shí)施。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中,還應(yīng)根據(jù)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的變更情況與監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,及時(shí)修正監(jiān)測(cè)方案,收集和分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),指導(dǎo)建設(shè)單位有效防治建設(shè)過(guò)程中的水土流失。具體的監(jiān)測(cè)技術(shù)路線如下:
(1)收集有關(guān)資料。包括項(xiàng)目區(qū)地形地貌、地質(zhì)、水文、氣象、土壤、植被、水土流失與水土保持、土地利用現(xiàn)狀等自然概況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況的資料,建設(shè)工程總體布局圖、進(jìn)度安排、施工工藝、棄土棄渣特點(diǎn)等主體工程設(shè)計(jì)資料,水土保持方案及其批復(fù)文件,掌握水土保持工程布局和要求。
(2)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。確定項(xiàng)目建設(shè)區(qū)、水土流失防治分區(qū)。
(3)制定監(jiān)測(cè)方案。根據(jù)收集的各方面資料和現(xiàn)場(chǎng)勘查情況,按照《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》和水利部《關(guān)于規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)工作的意見(jiàn)》,制定監(jiān)測(cè)方案,確定監(jiān)測(cè)范圍并分區(qū),確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容、指標(biāo)、時(shí)間和頻次,確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和觀測(cè)設(shè)施類型。
(4)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)設(shè)施。
(5)開(kāi)展調(diào)查和觀測(cè)工作,收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
(6)整理、分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),編制監(jiān)測(cè)報(bào)告。
由于目前設(shè)計(jì)階段水土保持方案中的水土保持監(jiān)測(cè)方案針對(duì)性不強(qiáng)、操作性差,實(shí)施階段監(jiān)測(cè)人員對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失特點(diǎn)把握不準(zhǔn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)不合理、代表性差;監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法不成熟,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不全面、不系統(tǒng);項(xiàng)目建設(shè)區(qū)在建設(shè)過(guò)程中處于持續(xù)的擾動(dòng)和變化中,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)受到種種限制;監(jiān)測(cè)單位片面地為建設(shè)單位過(guò)關(guān)服務(wù)[1],技術(shù)力量和設(shè)備投入嚴(yán)重不足,很少在數(shù)據(jù)的采集與分析方面下工夫等原因造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以真實(shí)反映開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失狀況水土流失監(jiān)測(cè)是開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)的核心,積極探索開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)的技術(shù)與方法,提高監(jiān)測(cè)技術(shù)水平和成果質(zhì)量,有效監(jiān)控開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失狀況,對(duì)指導(dǎo)水土流失防治具有重要意義。
根據(jù)《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》,開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)可采用徑流小區(qū)、控制站、簡(jiǎn)易觀測(cè)場(chǎng)(插釬法)、簡(jiǎn)易坡面量測(cè)法(體積法)等方法。具體采用什么方法,應(yīng)在充分了解區(qū)域自然概況、主體工程施工擾動(dòng)特點(diǎn)、預(yù)判可能發(fā)生的水土流失類型與形式的基礎(chǔ)上,合理選擇、組合上述監(jiān)測(cè)方法,布置監(jiān)測(cè)設(shè)施。
(1)徑流小區(qū)是一種有效的、可考慮首選的水力侵蝕監(jiān)測(cè)方法,適用于擾動(dòng)面、棄土棄渣等形成的水土流失坡面的監(jiān)測(cè),不適用于純棄石組成的堆積物的監(jiān)測(cè)。對(duì)大量開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)設(shè)施的調(diào)查發(fā)現(xiàn),實(shí)際工作中,徑流小區(qū)布設(shè)存在的問(wèn)題主要有:未充分考慮主體工程施工進(jìn)度與工序,與施工單位溝通不夠,小區(qū)布設(shè)于活動(dòng)的邊坡,受施工影響較大;未考慮地形條件和匯水情況,缺少截水措施;多數(shù)監(jiān)測(cè)小區(qū)面積過(guò)小,不具有代表性。開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目人工邊坡的坡長(zhǎng)、坡度因項(xiàng)目區(qū)地形地貌特點(diǎn)和工程特點(diǎn)差異很大,徑流小區(qū)規(guī)格受地形條件和下墊面的制約。在采用徑流小區(qū)觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意:選擇相對(duì)固定的邊坡;徑流小區(qū)的長(zhǎng)度最好選擇全坡長(zhǎng);在布設(shè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理,防止上游徑流匯入徑流小區(qū)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性;布設(shè)原地貌徑流小區(qū)。
(2)簡(jiǎn)易觀測(cè)場(chǎng)(插釬法)適用于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)類型復(fù)雜、分散、暫不受干擾或干擾少的棄土棄渣及不便于設(shè)置徑流小區(qū)或控制站的土狀堆積物的水土流失的監(jiān)測(cè)。采用簡(jiǎn)易觀測(cè)場(chǎng)(插釬法)應(yīng)注意:選擇棄土場(chǎng)固定坡面,最好在相應(yīng)坡度原地貌設(shè)置對(duì)照觀測(cè)場(chǎng);選址時(shí)應(yīng)盡量排除棄土場(chǎng)外圍來(lái)水的影響,建立必要的截水系統(tǒng);測(cè)釬間距不應(yīng)小于2 m,以避免觀測(cè)活動(dòng)的影響;應(yīng)考慮沉降對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。
(3)簡(jiǎn)易坡面量測(cè)法(體積法)適用于暫不擾動(dòng)的臨時(shí)土質(zhì)開(kāi)挖面或堆土坡面的水土流失量的測(cè)定。其方法是根據(jù)調(diào)查樣區(qū)內(nèi)侵蝕溝的形狀、尺寸計(jì)算出侵蝕溝的體積,然后利用土壤容重?fù)Q算出土壤流失量,通過(guò)溝蝕占水蝕的比例計(jì)算總的土壤流失量。此方法一般是在發(fā)生侵蝕性降雨后選擇有代表性的侵蝕坡面進(jìn)行調(diào)查,在坡面的上、中、下部均勻布設(shè)觀測(cè)斷面,將侵蝕溝斷面概化為V形、U形或其他形狀,量測(cè)侵蝕溝尺寸。
值得注意的是,在暴雨后項(xiàng)目建設(shè)區(qū)可能出現(xiàn)數(shù)量不多的切溝侵蝕,具有典型性,但不具代表性,應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行調(diào)查與評(píng)價(jià)。
(4)控制站適用于地面擾動(dòng)程度大,棄土棄渣基本集中在一個(gè)或幾個(gè)小流域(或集水區(qū))范圍內(nèi)的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目。布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮利用或新建原地貌控制站。對(duì)于一些點(diǎn)式工程,利用初期建立的排水系統(tǒng)代替控制站不失為一種有效實(shí)用的監(jiān)測(cè)方法,應(yīng)注意除觀測(cè)懸移質(zhì)外,還應(yīng)于退水后量測(cè)稱重排水系統(tǒng)沉積的泥沙量。
風(fēng)力侵蝕常用的監(jiān)測(cè)方法主要有集沙儀法、測(cè)釬法、降塵缸法等,適用于地表組成物質(zhì)為風(fēng)沙土的風(fēng)蝕區(qū)、水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目以及火電項(xiàng)目的貯灰場(chǎng)、冶金項(xiàng)目的尾礦庫(kù)干灘的風(fēng)力侵蝕監(jiān)測(cè)。
(1)集沙儀是一種測(cè)量風(fēng)沙流強(qiáng)度的儀器,可收集近地不同高度氣流的挾沙量(主要是躍移量和蠕移量),計(jì)算出距離地面不同高度的單位時(shí)間單位面積(或?qū)挾?的輸沙量,即輸沙率[g/(cm2·min)]。其不足之處:一是儀器本身對(duì)風(fēng)沙流的影響較大;二是一般集沙儀無(wú)標(biāo)定系數(shù),無(wú)法直接求得侵蝕模數(shù),要由輸沙率推算侵蝕模數(shù),必須通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)厘定侵蝕模數(shù)與輸沙率的關(guān)系。
(2)測(cè)釬法簡(jiǎn)單易行,便于操作,一般于一次大風(fēng)過(guò)后或每15天測(cè)定一次測(cè)釬高度的變化量,得到風(fēng)蝕厚度或風(fēng)積厚度可直接計(jì)算出侵蝕量,但其觀測(cè)精度較低。
(3)降塵缸主要用于收集低空懸浮沙塵,觀測(cè)得到的是一定時(shí)段內(nèi)單位面積的懸移沙塵量(g/m2),但懸移沙塵量在風(fēng)蝕總量中所占比例很小,一般不足5%[2],因此降塵缸法只能作為輔助方法應(yīng)用。
具體監(jiān)測(cè)時(shí),應(yīng)選擇有代表性的原地貌作為對(duì)比區(qū),并根據(jù)監(jiān)測(cè)條件,選擇上述一種或多種方法,以獲得比較全面、可靠的水土流失數(shù)據(jù)。
由于現(xiàn)行的《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》對(duì)重力侵蝕的預(yù)測(cè)未作明確規(guī)定,目前開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案報(bào)告書(shū)中水土流失預(yù)測(cè)章節(jié)均未對(duì)重力侵蝕進(jìn)行預(yù)測(cè),已驗(yàn)收的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)報(bào)告中均未反映重力侵蝕情況。重力侵蝕在開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中雖不普遍,但確實(shí)存在,并且一旦發(fā)生,危害很大?!端帘3直O(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》對(duì)重力侵蝕監(jiān)測(cè)提出了一些基本規(guī)定,今后有必要加強(qiáng)對(duì)重力侵蝕的監(jiān)測(cè)。重力侵蝕的發(fā)生往往存在突發(fā)性,除有條件的項(xiàng)目可對(duì)滑坡進(jìn)行布點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)外,一般可采用調(diào)查法,利用GPS確定侵蝕位置和范圍,結(jié)合使用測(cè)繩、皮尺等工具進(jìn)行量測(cè),計(jì)算侵蝕量,同時(shí)調(diào)查侵蝕造成的危害情況和損失。
開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段是建設(shè)期,而建設(shè)區(qū)在建設(shè)期處于持續(xù)擾動(dòng)狀態(tài),加之開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目類型多樣情況復(fù)雜、特點(diǎn)各異,客觀上增加了監(jiān)測(cè)工作的難度。開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)工作尚處于推進(jìn)階段,具體的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失監(jiān)測(cè)方法的確定應(yīng)在充分了解項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模、建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)方式、項(xiàng)目區(qū)自然條件和水土流失特點(diǎn)、建設(shè)活動(dòng)對(duì)水土流失的影響等因素的基礎(chǔ)上,選擇一種或多種監(jiān)測(cè)方法,或不同方法交替運(yùn)用,并注意吸收水土保持科研成果以實(shí)現(xiàn)客觀反映開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失狀況的目標(biāo)。
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