林靚靚，杜運領，吳 偉

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014

金沙江白鶴灘水電站水土流失量預測方法初探

林靚靚，杜運領，吳 偉

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014

本文以金沙江白鶴灘水電站為例，探索大型水電建設項目水土流失量預測方法，以期為其他大型水電建設項目合理、準確的預測水土流失量提供參考。

水土流失；預測；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，庫區(qū)涉及四川省寧南縣、會東縣和云南省巧家縣、會澤縣、昆明市東川區(qū)、倘甸產業(yè)園區(qū)和祿勸縣等7個縣（區(qū)）。工程等級為I等，屬大型工程，電站裝機容量16000MW，是我國繼三峽、溪洛渡之后的又一座千萬千瓦級的巨型水電站，是金沙江下游河段規(guī)劃的4個梯級電站中的第2級，上接烏東德，下鄰溪洛渡。電站具有裝機容量大、工程量少、水庫淹沒損失小、技術經濟指標優(yōu)越、效益十分明顯等特點，是“世界上不可多得的極其優(yōu)越的能源點”。

2 水土流失預測

2.1水土流失預測范圍

白鶴灘水電站屬建設類項目，水土流失預測范圍為工程建設過程中擾動地表的范圍，劃分為樞紐及導流工程區(qū)、場內交通工程區(qū)、棄渣場區(qū)、料場區(qū)、表層土堆場區(qū)、施工生產生活區(qū)、移民安置區(qū)、水庫淹沒區(qū)等8個預測分區(qū)進行水土流失預測。

2.2水土流失預測時段

依據《開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范》（GB 50433-2008）的要求和各分項工程水土流失過程及特點，工程各個預測分區(qū)預測時段分為施工準備期、施工期和自然恢復期三個時段，其中施工期針對單項工程劃分為施工過程中（單項工程的施工建設期間）和施工結束后（單項工程施工建設完成至工程完工）。

2.3水土流失量預測方法

工程水土流失量預測采用《水電建設項目水土保持方案技術規(guī)范》（DL/T5419-2009）給出的公式預測：

式中：W —新增水土流失量，t；Ws—擾動地表水土流失量，t；Wi—背景水土流失量，t；Fi—第i個預測單元的面積，km2；—各預測單元擾動后土壤侵蝕模數，t/（km2·a）；—各預測單元擾動前背景土壤侵蝕模數，t/（km2·a）；Ti—預測時段，a。

分析預測公式可知，工程水土流失量預測的精度主要取決于各預測單元土壤侵蝕模數背景值及擾動后土壤侵蝕模數的確定。

2.3.1土壤侵蝕模數背景值的確定

各預測單元土壤侵蝕模數背景值采用遙感調查法和137Cs放射性核素示蹤法確定。在土壤侵蝕背景值調查中，根據遙感調查結果，選取典型地塊，進行137Cs侵蝕示蹤樣品采樣，獲取典型地塊1963年以來的年均侵蝕量，再通過實地觀測、分析地塊內影響因子來驗證計算結果的可靠性。在此基礎上，通過雨季前后（4月份和11月份）兩次實地調查，對關鍵施工地塊的水土流失現狀進行進一步的勘測，分析和驗證求算結果的合理性和準確性，進而獲取不同土地利用類型的土壤侵蝕模數背景值。

根據不同土地利用類型的土壤侵蝕模數調查、測試結果，結合每個預測分區(qū)和預測單元的地形、地貌、土地類型、地表覆蓋物等因素，采用加權平均法測算各預測單元的土壤侵蝕模數背景值。

2.3.2擾動后的土壤侵蝕模數的確定

擾動后的土壤侵蝕模數采用現場試驗實測法和類比法對比、分析后確定。

1）現場試驗實測法?？紤]工程區(qū)特殊的氣候、土壤、水土流失等特點，在工程區(qū)采用地面觀測法和7Be核素示蹤法模擬測定不同施工區(qū)域施工擾動時的土壤侵蝕模數。①地面觀測法。在工程區(qū)針對工程施工中的擾動地表的特點對裸露擾動土、浮渣、棄渣道路、開挖邊坡和裸露坡耕地布設簡易觀測場和徑流小區(qū)進行觀測，以模擬樞紐及導流工程區(qū)、場內交通工程區(qū)、棄渣場區(qū)、料場區(qū)、表層土堆場區(qū)、施工生產生活區(qū)、移民安置區(qū)（生產、生活安置）施工擾動時的土壤侵蝕模數。②7Be核素示蹤法。7Be作為水土流失的示蹤劑具有不受場地限制、簡便快捷、省時省力等特點，重要的是7Be能提供短時期季節(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對樞紐及導流工程、場內交通、棄渣場、施工生產生活區(qū)的水土流失進行監(jiān)測。

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個梯級電站中的第3級，位于工程區(qū)下游，兩個電站在水土流失現狀及影響因素、施工擾動特點、自然狀況（地形地貌、地質條件、植被、水文、氣象、土壤等）等土壤侵蝕有關的因素基本相同或相似，且溪洛渡水電站已開工建設，在前期進行了水土保持監(jiān)測，并取得初步成果，可比性較好。

3）現場試驗實測法和類比法對比分析。根據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、水土流失現狀）調整溪洛渡水電站各區(qū)域擾動后土壤侵蝕模數，對比分析現場試驗實測法和類比法獲取的擾動后的模數。

表1　現場試驗實測法和類比法擾動后土壤侵蝕模數對比表

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

經對比，類比工程中的右岸有用料備料場Ⅰ坡面、施工營地附近裸露坡耕地土壤侵蝕模數與本工程現場試驗實測的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地基本相同，印證了類比工程及實測數據的合理性?，F場試驗區(qū)位于本工程建設范圍內，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預測區(qū)域基本相同，其數據參考性更高。因此，料場區(qū)與表層土堆場區(qū)、移民安置區(qū)（生產、生活安置）擾動后的土壤侵蝕模數參照現場試驗實測的浮渣徑流小區(qū)、裸露坡耕地的實測值確定。

現場試驗實測值中，開挖邊坡實測值接近于項目區(qū)坡耕地的土壤侵蝕背景值，棄渣場實測最大值僅為9793t/km2·a，遠小于類比工程中的場內施工道路開挖邊坡、楊家溝棄渣場侵蝕模數。分析2組數據來源的差異，現場試驗實測方法中開挖邊坡、棄渣堆置均為人工模擬的擾動區(qū)域，而實際施工中，開挖邊坡擾動更加強烈，裸露面除降水等自然因素造成水土流失外，人為擾動也加劇了水土流失；實際棄渣場的堆渣量、集水面積等也遠大于徑流小區(qū)模擬的棄渣場，水土流失的物質源更豐富、侵蝕力更強。因此，樞紐及導流工程、場內交通工程、棄渣場擾動后的土壤侵蝕模數參照類比工程的場內施工道路開挖邊坡、楊家溝棄渣場的土壤侵蝕模數確定。

類比工程中的施工臨時設施與現場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ土壤侵蝕模數基本相同，大于裸露擾動土Ⅰ、裸露擾動土Ⅱ的實測值。對數據進行分析，裸露擾動土Ⅰ、裸露擾動土Ⅱ的實測值與工程區(qū)坡耕地和疏林地的土壤侵蝕模數背景值相近，數值偏小，與實際不符，其原因應為施工臨時設施區(qū)實際施工中的擾動遠大于徑流小區(qū)內模擬的擾動；而現場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ與類比工程中的施工臨時設施土壤侵蝕模數相近，印證了2個數據的合理性，可參考性強。同理，考慮現場試驗區(qū)位于工程建設范圍內，氣候、降水、土壤及植被等自然條件與預測區(qū)域基本相同，其數據參考性更高，施工生產生活區(qū)擾動后的土壤侵蝕模數參照現場試驗實測的裸露擾動土Ⅲ的實測值確定。

經分析比選，獲取工程擾動后土壤侵蝕模數類比區(qū)域的情況，詳見表2。

表2　工程擾動后土壤侵蝕模數類比區(qū)域情況表

4）工程擾動后的土壤侵蝕模數。工程各預測分區(qū)擾動后土壤侵蝕模數類比表2中的土壤侵蝕模數獲取，其中溪洛渡水電站各小區(qū)的侵蝕模數根據氣候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失現狀等水土流失影響因子進行修正后類比，現場試驗實測侵蝕模數根據地形坡度進行修正后類比，獲取工程擾動后土壤侵蝕模數。

2.4水土流失量預測結果

根據前述水土流失量預測方法白鶴灘水電站可能造成的水土流失總量約1375.33萬t，背景水土流失量652.52萬t，新增水土流失總量812.54萬t，水土流失最為嚴重的區(qū)域為棄渣場、移民安置區(qū)、水庫淹沒影響區(qū)、樞紐及導流。

3 結論

大型水電建設項目施工期地表擾動強烈、土石方量大，合理預測其水土流失量有利于水土保持防護措施布局、設計和監(jiān)測的實施。本文在白鶴灘水電站水土流失預測中，除重視理論方法的運用，又考慮了項目區(qū)實際生態(tài)環(huán)境和施工特點對水土流失的影響，望能為其他大型水電建設項目合理、準確的預測水土流失量提供參考。

［1］高旭彪.淺探開發(fā)建設項目水土流失預測存在的問題及建議［J］.水力發(fā)電，2008，34（1）：9-10.

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1674-6708（2015）147-0059-02