崔 丹,聶國輝

(1.浙江省水利河口究院,浙江 杭州 310020;2.浙江省水土保持監(jiān)測中心,浙江 杭州 310009)

1 工程及工程區(qū)概況

寧波市周公宅水庫工程位于甬江流域奉化江支流大皎溪上。壩址以上控制流域面積132 km2,水庫總庫容1.12億m3。主要任務為供水、防洪結合發(fā)電。工程主要建筑物包括攔河壩、二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等。攔河壩為雙曲混凝土拱壩,最大壩高125.50 m,引水隧洞全長約1.63 km;發(fā)電廠房為引水式地面廠房,裝機容量1.26MW。工程開挖土石方107.09萬m3,棄渣50.39萬m3,設棄渣場3處,開采料場1處,開采石方37萬m3。大壩主體工程于2003年2月18日正式開工建設,2006年4月底水庫正式下閘蓄水,同年12月,大壩土建工程基本完成。

工程所在的甬江流域年均降水量1829 mm,多年平均氣溫16.3℃。工程區(qū)地質情況良好,土壤以山地黃泥土和黃泥土為主,森林覆蓋率達65%。工程區(qū)屬于國家級水土流失重點防治區(qū)中的東南沿海開發(fā)監(jiān)督區(qū)和浙江省省級水土流失重點監(jiān)督區(qū)范圍。水土流失類型以地表徑流沖刷引起的水力侵蝕為主,土壤侵蝕強度為微度至中度。

2 監(jiān)測時間及內容

2.1 監(jiān)測時間和頻次

水土流失量的定點監(jiān)測在每年的4—10月基本每月1次,日降雨量大于50 mm的雨后加測1次,10月至次年4月,每2月1次,植被生長情況、攔擋設施完好率每年4月、10月各監(jiān)測1次,水土流失危害情況普查每年進行1次,雨量的觀測利用壩址下游皎口水庫雨量站常年進行。

2.2 主要監(jiān)測內容

該工程水土保持監(jiān)測內容主要包括以下幾個方面:

(1)水土流失防治責任范圍、擾動地表面積監(jiān)測。

(2)土石方挖填及棄渣量監(jiān)測。

(3)水土流失量監(jiān)測。

(4)水土流失防治措施數量與質量監(jiān)測。包括水土保持工程措施、植物措施、臨時防護措施的實施數量、質量,防護工程穩(wěn)定性、完好程度、運行情況;林草種植面積、成活率、生長情況及覆蓋度變化等。

(5)水土流失危害監(jiān)測。主要監(jiān)測工程建設期水土流失程度的發(fā)展和水土流失對周邊河道、沿線村莊以及農田的影響。

2.3 監(jiān)測的重點地段選擇

根據工程建設特點,結合施工進度和擾動地貌情況,選擇石料場、棄渣場、施工區(qū)、道路、水土流失背景值和水土流失危害等重點地段進行水土保持監(jiān)測,全面了解工程建設產生的水土流失等情況及對區(qū)域的影響。

(1)石料場。在壩址上游0.8 km的樓梯弄石料場處設置監(jiān)測點。

(2)棄渣場。分別在廠區(qū)棄渣場、壩區(qū)棄渣場和庫區(qū)棄渣場各設置1處監(jiān)測點。

(3)施工區(qū)。在壩區(qū)下游左岸施工布置區(qū)設置監(jiān)測點。

(4)道路。在上壩公路設置2處監(jiān)測點,在大壩上游施工道路和通往棄渣場的施工道路各設置1處監(jiān)測點。

(5)水土流失背景值監(jiān)測。共設置2處,一處徑流小區(qū),設置在管理區(qū)下游未擾動的自然坡面上;另一處為(Cs-137)采樣點,設置在水庫上游的毛竹林處。

(6)水土流失危害監(jiān)測。主要監(jiān)測工程建設期水土流失程度的發(fā)展和水土流失對周邊區(qū)域的影響。

3 主要監(jiān)測方法

3.1 調查監(jiān)測[1]

包括擾動面積及措施實施情況監(jiān)測、植被覆蓋度監(jiān)測、攔擋設施完好率及效果監(jiān)測等。

(1)擾動面積及措施實施情況監(jiān)測。通過實地調查和現場實地勘測,采用GPS定位儀結合1∶5000地形圖、照相機、標桿、尺子等工具,按標段測定不同工程和標段的地表擾動類型和不同類型的面積。對于水土保持措施實施情況,除現場巡查外,還可通過查閱有關的施工和監(jiān)理資料的方式了解有關情況。

(2)植被覆蓋度監(jiān)測。選有代表性的地塊作為標準地,喬木林10 m×10 m(根據情況或選5m×5m)、灌木5 m×5 m、草地2 m×2 m,分別觀測并計算林地郁閉度、草地蓋度和各類型區(qū)林草覆蓋率。標準地共設置3處,分別為廠區(qū)棄渣場、石料場和施工區(qū)。此外,對各植被恢復區(qū)進行全面的巡查,全面了解工程區(qū)的植被恢復情況,及時向建設單位或監(jiān)理單位反映,及時做好管護和補植等措施。

(3)攔擋設施完好率及效果監(jiān)測。對攔擋設施完好和攔護效果的監(jiān)測主要采用巡查法,發(fā)現問題及時向建設單位或監(jiān)理單位反映,及時采取補救措施。

3.2 地面定位監(jiān)測

對不同地表擾動類型侵蝕強度的監(jiān)測采用地面觀測方法。主要采用簡易水土流失觀測場、侵蝕溝 (或細溝狀面蝕)樣方測量法、沉砂池法、簡易徑流小區(qū)法、示蹤元素(Cs-137)法,并以簡易水土流失觀測場和侵蝕溝 (或細溝狀面蝕)樣方測量法為主。同時觀測降雨量和降雨強度等情況。

(1)簡易水土流失觀測場。將鋼釬分上中下、左中右縱橫各3排 (共9根)沿坡面垂直方向打入坡面,留有10 cm的長度,在釘帽上涂上紅漆,編號登記入冊。每次監(jiān)測時,通過觀測釘帽出露地面高度來計算土壤侵蝕深度和土壤侵蝕量。同時需在觀測場旁邊設立警示牌,一方面起到宣傳水土保持監(jiān)測的作用,另一方面標示觀測場的位置,以便其它人員也能順利找到。

在應用過程中,共設置簡易水土流失觀測場4處,全部為上壩公路的填方邊坡,由于棄渣場在施工過程中擾動頻繁,故此方法不適合棄渣場監(jiān)測。

(2)侵蝕溝 (或細溝狀面蝕)樣方測量法。在已經發(fā)生侵蝕的地方,通過選定樣方,測定樣方內侵蝕溝的數量和大小來確定侵蝕量。侵蝕溝樣方設置1處,位于上壩公路K0+600～K1+000 m間堆土邊坡,邊坡平均坡度30°。

(3)沉砂池法。通過收集沉砂池中的沉積物來計算土壤流失量。該工程沉砂池布置在上壩公路的邊溝上,控制坡面面積2500 m2,省去了修建配套的截排水溝、擋墻等設施。

(4)簡易徑流小區(qū)法。在管理區(qū)下游未擾動的自然坡面上布設垂直投影長20 m,寬5 m,用混凝土圍成的矩形小區(qū),在較低的一端安裝收集槽和測量設備,測量徑流量和土壤流失量。

(5)示蹤元素 (Cs-137)法。選用水庫上游30余年來基本未發(fā)生侵蝕或堆積的大面積平坦山頂作為基準點,通過取土樣進行Cs-137活度檢測,來監(jiān)測水土流失背景值[2]。

(6)雨量觀測。選擇壩址下游皎口水庫雨量站實測值作為參照雨量,不再單獨設置雨量觀測設施。

4 監(jiān)測結果及評價

4.1 防治責任范圍

經批復的水土流失防治責任范圍為88.43 hm2,其中項目建設區(qū)63.81 hm2(主要是壩址區(qū)、廠址區(qū)、料場、道路、棄渣場等),直接影響區(qū)24.62 hm2(拆遷安置區(qū)、專項工程改建區(qū)、庫岸及管理區(qū)等)。根據水土保持監(jiān)測,工程實際發(fā)生的水土流失防治責任范圍299.47hm2,包括項目建設區(qū)53.58 hm2(包括庫區(qū)渣場占地面積3.6 hm2),直接影響區(qū)48.46 hm2,水庫淹沒區(qū)197.43 hm2。防治責任范圍變化的原因主要有以下幾個方面。

(1)水庫淹沒面積197.43 hm2納入水土流失防治責任范圍。

(2)二道壩至電站廠房尾水渠出口下游50 m的河道補充了2.2 km的河道整治、460 m的交通道路以及交通橋、停車場等項目。

(3)原設置在寧波市區(qū)的管理區(qū)從新建改為二手房收購的形式,不屬于該工程的水土流失防治責任范圍。

(4)工程取消了引水系統(tǒng)調壓井的布置。

(5)壩區(qū)的施工臨時設施布置區(qū)由大壩下游改為壩址上游、且部分占地位于水庫淹沒范圍以下。

(6)施工時,工程所需骨料全部采用人工軋制,取消了設置在壩址下游的砂礫料場。而石料場改選為壩址上游的 “樓梯弄”石料場。

(7)棄渣場由6處核減為3處,且只有庫區(qū)棄渣場的位置與原設計方案一致。

(8)該工程的移民安置交由地方政府負責,其安置區(qū)的施工不屬于該工程的建設內容。

4.2 水土保持措施評價

將項目防治責任范圍分為8個防治區(qū)分區(qū)進行防治,為位于大壩樞紐至二道壩之間壩址區(qū)、廠址區(qū)、施工輔助企業(yè)職工生活區(qū)、棄渣場區(qū)、場內外道路區(qū)、水庫環(huán)庫庫岸區(qū)、料場區(qū)、其它工程區(qū)。根據對周公宅水庫工程建設區(qū)域采取的防護措施 (包括邊坡防護、攔擋、排水、植被恢復措施等)的監(jiān)測,分區(qū)水土保持措施適宜,水土保持工程的總體布局合理,防護效果明顯。工程的各項水土保持工程建成后,運行情況良好,起到了較好的水土保持作用,達到了水土流失防治預期的效果。

4.3 水土保持治理達標評價

監(jiān)測結果表明:工程采取的攔擋、排水、植物措施等均能起到了很好的防護作用;擋渣墻、棄渣場的排水及植被恢復措施的攔渣效果也較好,總的攔渣率為98.75%;工程區(qū)可采取植物措施的區(qū)域基本采取了植被恢復措施,林草植被恢復率為99.23%,項目建設區(qū)林草覆蓋率為53.90%,起到了保持水土的作用。根據監(jiān)測,工程建設期間共計產生土壤流失13470 t,采取措施后的區(qū)域基本上沒有明顯的土壤流失,經治理后,設計水平年(2008年)整個項目區(qū)平均土壤侵蝕模數降至470 t/(km2?a),土壤流失控制比1.06。工程各項水土保持措施的實施有效地減少了工程可能造成的水土流失及其危害。防治責任范圍內擾動土地整治率為99.14%,水土流失總治理度為97.31%,均達到了水土保持方案及批復的水土流失防治目標要求。

4.4 水土流失危害

該工程建設過程中,未對河道、農田,以及包括搬遷住戶在內的附近村莊和居民造成大的水土流失危害。

5 討論和建議

5.1 開發(fā)建設項目的水土保持監(jiān)測應以調查監(jiān)測為主

周公宅水庫工程水土保持監(jiān)測主要采用了調查監(jiān)測和地面定位監(jiān)測的方法。在實際監(jiān)測過程中,簡易水土流失觀測場僅用于公路邊坡,不適用于棄渣場;沉砂池法僅能監(jiān)測其控制坡面范圍以內的水土流失量;徑流小區(qū)法需新建觀測設施,增加了對地表的擾動和破壞;示蹤元素 (Cs-137)法僅用于監(jiān)測水土流失背景值?？傊?地面定位監(jiān)測的方法適用的范圍有限,限制條件多,由于新建觀測設施容易造成破壞,產生新的水土流失。而通過調查監(jiān)測就可以對工程建設過程中的水土流失、水土保持措施等情況進行全面和客觀的評價。因此,水土保持監(jiān)測應以調查監(jiān)測為主。

5.2 應重視上壩公路邊坡的監(jiān)測和防護

邊坡是水土流失產生的主要環(huán)節(jié)之一。在修建上壩公路的過程中,通常存在挖方路段和半挖半填路段。對于挖方路段來說,開挖量大,外運土石方數量多,道路沒建成的情況下運輸有一定困難。有的施工單位會直接在公路下邊坡堆棄廢渣,給防護和監(jiān)測帶來一定難度,建設單位應嚴格禁止這種行為發(fā)生。對于半挖半填路段來說,填方邊坡的防護是重點,一般除了坡腳采用工程攔擋外,坡面需要采取植物措施增加地表覆蓋。

5.3 可以采用示蹤元素 (Cs-137)監(jiān)測水土流失背景值[2]

開發(fā)建設項目水土流失背景值的測定多采用徑流小區(qū)法,由于受開發(fā)建設項目附近地形條件的限制,常常找不到合適的位置布設徑流小區(qū)。而利用示蹤元素 (Cs-137)監(jiān)測水土流失背景值,不需要建設監(jiān)測設施,即節(jié)約了監(jiān)測費用,也減少了對土壤的擾動,保護了環(huán)境,通過周公宅水庫工程水土保持監(jiān)測的實踐,也證明了這一點。

[1]李世鋒,朱曉瑩,朱春波.浙江省華光潭梯級水電站水土保持監(jiān)測實踐 [J].中國水土保持,2008(9):48-50.

[2]聶國輝,許建新,葉永棋,等.Cs-137在浙江省水土流失背景值監(jiān)測中的應用 [J].浙江水利科技,2008(3):22-23.