吳 楊，王 勇，茍學(xué)強(qiáng)

(四川路橋勘察設(shè)計(jì)公司，四川成都610041)

水土流失預(yù)測(cè)與治理是建設(shè)項(xiàng)目水土保持、環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的重要組成部分，而水土流失監(jiān)測(cè)是水土流失預(yù)測(cè)與治理的重要依據(jù)，徑流場(chǎng)觀測(cè)是水土流失監(jiān)測(cè)的主要方法之一［1］。

既有的水土流失監(jiān)測(cè)徑流場(chǎng)分標(biāo)準(zhǔn)型與簡(jiǎn)易型2種［2］，標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)采用20 m×5 m磚混或鋼筋砼結(jié)構(gòu)制作，多用于長(zhǎng)期的侵蝕監(jiān)測(cè);簡(jiǎn)易徑流場(chǎng)多用白皮鐵等材料圍擋成2 m×2 m、2 m×4 m等規(guī)格于監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)布設(shè)［3］。應(yīng)用實(shí)踐表明:標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)具有使用壽命長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、不易損壞等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也兼具建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高、施工創(chuàng)傷面大、受立地條件限制等缺點(diǎn)，不利于短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)及大范圍布點(diǎn)監(jiān)測(cè)需求;簡(jiǎn)易徑流場(chǎng)具有制作方便、成本低廉、立地條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有易丟失、圍擋接口不易密閉、大尺寸制作困難等缺點(diǎn)［4］?；诖耍芯砍鲆环N兼具兩者優(yōu)點(diǎn)、舍棄缺點(diǎn)的徑流場(chǎng)，對(duì)于滿(mǎn)足以高精監(jiān)測(cè)結(jié)果為目的的短期、高密度監(jiān)測(cè)就顯得尤為必要。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于橫斷山區(qū)金沙江干旱河谷左岸白鶴灘水電站庫(kù)區(qū)的果木小流域，其行政上隸屬于四川省寧南縣騎螺溝鄉(xiāng)，流域面積1.97 km2，流域內(nèi)居民以彝族為主。小流域內(nèi)有一條寬2.5 m的機(jī)耕路與外界相連，距離寧南縣城所在地披砂鎮(zhèn)25 km。流域最高點(diǎn)海拔為2166 m，最低點(diǎn)為1608 m，高差為558 m，地勢(shì)向金沙江河谷傾斜，流域上部山勢(shì)陡峭，坡度多＞30°，中部較上部略為平緩，坡度變化在20°～30°范圍內(nèi)，中下部地勢(shì)平緩，人為活動(dòng)多集中于此處。流域內(nèi)溝道縱橫，溝道總長(zhǎng)度為6350.8 m，均為季節(jié)性沖溝。

2 材料與方法

(1)試驗(yàn)時(shí)間:分別為2008、2009年的4—10月(雨季)。

(2)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)設(shè)計(jì)及布置:采用PVC－樁結(jié)構(gòu)于研究區(qū)內(nèi)布設(shè)20 m×5 m標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)15個(gè)，2 m×4 m簡(jiǎn)易徑流場(chǎng)33個(gè)。PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)于2010年由筆者申報(bào)并獲得國(guó)家發(fā)明技術(shù)專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)為 ZL 20102 0512384.2［5］。

(3)對(duì)比徑流場(chǎng)設(shè)計(jì)及布置:于研究區(qū)內(nèi)采用鋼筋砼材料修建20 m×5 m的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)12個(gè)。

(4)分析方法:對(duì)不同徑流場(chǎng)的制作時(shí)間、施工擾動(dòng)強(qiáng)度、制作成本、材料運(yùn)輸、設(shè)施養(yǎng)護(hù)、制作人員要求、使用壽命等進(jìn)行記錄分析。

3 研究結(jié)果

3.1 PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)設(shè)計(jì)

3.1.1 PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

PVC－樁結(jié)構(gòu)水土流失監(jiān)測(cè)徑流場(chǎng)制作材料包括固定樁、連接線、PVC材料、收集皿4個(gè)部分，通過(guò)以上4個(gè)部分的工藝組合，能滿(mǎn)足各種試驗(yàn)監(jiān)測(cè)面積要求(圖1、2、3)。

圖1 PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)布設(shè)

3.1.2 PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)制作流程

(1)根據(jù)試驗(yàn)要求選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)并確定收集皿數(shù)量。

(2)根據(jù)試驗(yàn)面積初步計(jì)算需要的固定樁、硬質(zhì)PVC材料、連接線數(shù)量等。

(3)按2 m距離設(shè)置固定樁，固定樁埋深以能達(dá)到穩(wěn)固樁體為宜。

(4)收集槽處應(yīng)在收集皿外緣切點(diǎn)位置設(shè)置一固定樁，埋深要求同上，此處固定樁與鄰近的兩側(cè)固定樁呈三角形且?jiàn)A角需 ＞90°。

(5)在固定樁頂端約10 mm處綁定連接線，連接線以選擇防銹鋼絲線為宜，采用串聯(lián)方式對(duì)固定樁逐一綁定，末端做鈍化處理防止破壞硬質(zhì)PVC材料。

(6)根據(jù)連接線距地表的距離d確定硬質(zhì)PVC材料寬幅L，L=2d+30(單位:cm)。

(7)將硬質(zhì)PVC材料寬幅中心線對(duì)準(zhǔn)連接線并使其自然垂下。

(8)將硬質(zhì)PVC材料下端對(duì)齊合并拉緊，使其側(cè)壁垂直于地表。

(9)將硬質(zhì)PVC材料下緣多余部分外折至徑流場(chǎng)外側(cè)，并用土壓實(shí)。

(10)在徑流場(chǎng)收集皿位置挖掘體積與收集皿相等的基坑，放入收集皿并壓實(shí)。

(11)檢查硬質(zhì)PVC材料側(cè)壁與地表的密閉性及固定樁的穩(wěn)定度，排查問(wèn)題，完成制作。

3.2 PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)與20 m×5 m標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)對(duì)比結(jié)果

為檢驗(yàn)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性及其他綜合性指標(biāo)，在水土流失監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)(20 m×5 m)與鋼筋砼徑流場(chǎng)(20 m×5 m)進(jìn)行對(duì)比分析(表1、2)。

表1 20 m×5 mPVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)制作成本對(duì)比 元

表2 20 m×5 mPVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)與鋼筋砼徑流場(chǎng)綜合性能指標(biāo)對(duì)比

4 討論

(1)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)較鋼筋砼徑流場(chǎng)更具經(jīng)濟(jì)性，利于高密度布點(diǎn)。鋼筋砼徑流場(chǎng)面積為20 m×5 m，采用鋼筋砼材料修建9～10 cm厚的隔離墻，設(shè)置3個(gè)重復(fù)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，不同坡度、植被類(lèi)型均需設(shè)置徑流場(chǎng)，但高昂的建設(shè)費(fèi)用無(wú)疑制約了徑流場(chǎng)的布設(shè)數(shù)量，不利于大范圍多角度布點(diǎn)。相比較，PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)制作成本僅為鋼筋砼徑流場(chǎng)的3.5%，在考慮使用壽命的情況下，其制作成本僅為鋼筋砼徑流場(chǎng)的8.15%強(qiáng)，更利于大范圍高密度布點(diǎn)。

(2)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)較鋼筋砼徑流場(chǎng)具施工周期短、受控要素少的特點(diǎn)。鋼筋砼徑流場(chǎng)施工周期長(zhǎng)，整個(gè)工作流程包括材料準(zhǔn)備運(yùn)輸—基礎(chǔ)開(kāi)挖—擋墻修建—砼養(yǎng)護(hù)—?jiǎng)?chuàng)傷面穩(wěn)定等5個(gè)部分，其中前4個(gè)部分受試驗(yàn)區(qū)交通、電力、水源、施工人員等條件制約，施工周期較其他一般基建項(xiàng)目長(zhǎng)，創(chuàng)傷面穩(wěn)定但需經(jīng)過(guò)多次降雨過(guò)程才能使土壤達(dá)到徑流場(chǎng)修建前的狀態(tài)，擋墻側(cè)回填土在多次降雨作用下發(fā)生沉降和蝕空現(xiàn)象，需人工填整和壓實(shí)，施工擾動(dòng)所導(dǎo)致的創(chuàng)傷面恢復(fù)常需半個(gè)雨季的時(shí)間;PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)材料質(zhì)地輕、體積小、易于運(yùn)輸，施工不受交通、電力、水源、施工人員等外部條件限制，其制作時(shí)長(zhǎng)約1天(3人)。

(3)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)與鋼筋砼徑流場(chǎng)比具施工創(chuàng)傷面小、建設(shè)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。鋼筋砼徑流場(chǎng)施工創(chuàng)傷面大，易產(chǎn)生二次水土流失，其擋墻基礎(chǔ)開(kāi)挖寬30～50 cm、深20～50 cm，集流池基礎(chǔ)開(kāi)挖100 cm×100 cm×100 cm。施工中地表開(kāi)挖在一定程度上破壞了原有土壤的結(jié)構(gòu)，人為擾動(dòng)影響試驗(yàn)結(jié)果，不具完工即時(shí)性監(jiān)測(cè)的特征，需待擾動(dòng)面土壤穩(wěn)定后才能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)建設(shè)僅固定樁與PVC隔離墻底端土壤在壓埋過(guò)程中產(chǎn)生地表擾動(dòng)，固定樁在捶打過(guò)程中基本不產(chǎn)生原生地表擾動(dòng)，PVC隔離墻底端土壤壓埋行為發(fā)生于徑流場(chǎng)外端，場(chǎng)內(nèi)不發(fā)生地表擾動(dòng)行為，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)性監(jiān)測(cè)。

(4)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)的不足。PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)受其材料特性制約，防外界破壞能力較差，尤其是在山區(qū)水土流失監(jiān)測(cè)過(guò)程中嚴(yán)重顯示出其不足。我國(guó)山區(qū)的降雨多具有雨季性特征，雨季與農(nóng)耕期多同時(shí)，農(nóng)耕行為會(huì)對(duì)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)產(chǎn)生一定程度的破壞。因此，在PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)建設(shè)、使用過(guò)程中應(yīng)盡量避開(kāi)農(nóng)耕直接行為活動(dòng)期，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)的維護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

水土流失監(jiān)測(cè)為區(qū)域侵蝕強(qiáng)度現(xiàn)狀調(diào)查、項(xiàng)目水土流失影響評(píng)估、治理措施防控效果評(píng)價(jià)等提供了必不可少的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性與多元性對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)建立尤為重要，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的廣度、監(jiān)測(cè)類(lèi)型的多樣化無(wú)疑是這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要支撐。PVC－樁結(jié)構(gòu)徑流場(chǎng)成本低、建造易、擾動(dòng)小，無(wú)疑是一種較為理想的選擇。

［1］陳瑾.多點(diǎn)出流PVC材料徑流小區(qū)建設(shè)［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)，2011，9(2):45 －48.

［2］路炳軍，袁愛(ài)萍，章文波.徑流小區(qū)集流桶(池)泥沙含量快速測(cè)定方法探討［J］.水土保持通報(bào)，2009，29(2):36 －39.

［3］鄭粉莉，唐克麗，白紅英.標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)和大型坡面徑流場(chǎng)徑流泥沙監(jiān)測(cè)方法分析［J］.人民黃河，1994(7):19－22.

［4］陳瑾.水土保持徑流小區(qū)監(jiān)測(cè)方法探討——以甘肅省定西市安家溝監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例［J］.水土保持通報(bào)，2009，29(2):68－71.