王 琳

(遼寧省海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

水土流失對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的破壞極其嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)屬于水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，每年因水土流失造成的土地資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失巨大，對(duì)區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅[1]。為解決干旱地區(qū)持續(xù)緊張的水資源供給矛盾，長(zhǎng)距離引水工程成為當(dāng)前最為有效的方法之一，但此類工程具有挖方量大、跨越地形種類多及輸送距離遠(yuǎn)等特征，加之管路周圍土場(chǎng)多等條件限制，對(duì)水保工作的開(kāi)展產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響，科學(xué)評(píng)價(jià)工程區(qū)水土保持狀況具有重要意義[2-3]。

長(zhǎng)距離引水工程水土保持評(píng)價(jià)是指考慮各類自然因子潛在作用和水土流失區(qū)條件限制，在人類生產(chǎn)活動(dòng)下而產(chǎn)生的水土流失危害，可為其它類似工程的科學(xué)管理和水土保持能力評(píng)價(jià)提供指導(dǎo)。項(xiàng)目區(qū)水土流失的發(fā)生、發(fā)展與原地貌條件之間存在密切的關(guān)聯(lián)，同時(shí)也存在較大的異。除重力、水力等常規(guī)侵蝕外，土壤侵蝕區(qū)還將產(chǎn)生特殊的工程侵蝕和水資源系統(tǒng)的破壞等，例如以堆墊或人為開(kāi)挖的土石邊坡替代天然的地形地貌、以土壤和破碎巖石組成的巖土混合物替代單純的地表土壤等，其中項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程為發(fā)生侵蝕的主要時(shí)段。通過(guò)分析確定能夠顯著影響水土流失的參數(shù)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和評(píng)價(jià)結(jié)果提出有效的對(duì)策和建議，對(duì)于指導(dǎo)工程區(qū)水土流失治理具有重要意義[4-8]。當(dāng)前，AHP法、關(guān)鍵性要素分析法、專家咨詢法、仿真綜合評(píng)價(jià)法等為應(yīng)用較為成熟的理論方法。

為確保評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和精確度，將關(guān)鍵績(jī)效因素分析法和專家咨詢法相結(jié)合開(kāi)展綜合研究。首先，對(duì)每個(gè)要素的重要性依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平給予分析，從而確定各因子初始權(quán)重，經(jīng)運(yùn)算處理將數(shù)據(jù)反饋至專家，以此往復(fù)開(kāi)展多輪反復(fù)論證，直至各專家意見(jiàn)較為接近為止；然后利用獲取的權(quán)重構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，在諸多評(píng)價(jià)要素中篩選區(qū)關(guān)鍵性因子，考慮了權(quán)重計(jì)算的數(shù)學(xué)模型能夠較為準(zhǔn)確、可靠的定量表征水土流失受各因子的影響程度；最后，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果和長(zhǎng)距離引水工程實(shí)際情況提出有效的建議措施，為水保方案的編制和治理項(xiàng)目投資提供指導(dǎo)。

1 工程概況

遼寧省某引水工程輸水隧洞長(zhǎng)150km，洞室主體埋深為120-340m，洞室最大和最小埋深分別為570、12m，屬于無(wú)壓水隧洞工程，主要由引水和水源工程構(gòu)成。工程建設(shè)投資約72億元，設(shè)計(jì)年供水量1.8億m3。建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施為解決區(qū)域性整體缺水問(wèn)題、促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和構(gòu)建多水源保障體系等具有重要意義[9]，同時(shí)有利于改善生態(tài)環(huán)境和解決地下水超采問(wèn)題，項(xiàng)目概況見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)距離引水工程概況

項(xiàng)目區(qū)人多地少、丘多坡陡、地形復(fù)雜且植被覆蓋率較高，開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目具有棄渣量大，對(duì)地表擾動(dòng)強(qiáng)度高，涉及范圍廣等特點(diǎn)，部分農(nóng)田和生態(tài)植被在建設(shè)過(guò)程中被破壞，原本脆弱的生態(tài)系統(tǒng)很容易產(chǎn)生水土流失。另外，考慮到項(xiàng)目區(qū)特殊的地形條件，對(duì)于棄渣的處理存在的難度較大，因此合理的評(píng)價(jià)水土保持現(xiàn)狀可為治理方案的編制和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。

2 水土保持評(píng)價(jià)分析

受項(xiàng)目區(qū)降水條件、土壤類型、地形地貌和地質(zhì)等因素影響，加之不合理的開(kāi)發(fā)利用，使得當(dāng)?shù)赝寥辣３帜芰Σ钋疑鷳B(tài)環(huán)境脆弱，水土流失災(zāi)害影響范圍廣、面積大且農(nóng)林牧副業(yè)生產(chǎn)發(fā)展極不平衡。根據(jù)該工程的復(fù)雜性影響因素，結(jié)合水土保持驗(yàn)收資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查結(jié)果，采用關(guān)鍵績(jī)效因子分析法和專家咨詢法構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，將建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響從“水利工程”的角度開(kāi)展分析，為判別建設(shè)項(xiàng)目是否滿足同類工程水土保持標(biāo)準(zhǔn)引入SWII水土流失影響指數(shù)，對(duì)比分析了各評(píng)價(jià)因子的影響程度[10]。

2.1 評(píng)價(jià)過(guò)程

選擇的長(zhǎng)距離引水工程影響要素較多，不利于實(shí)際工程的推廣和數(shù)學(xué)方法的測(cè)算；若選擇的指標(biāo)數(shù)量過(guò)少，則無(wú)法系統(tǒng)、客觀的反映項(xiàng)目區(qū)水土流失治理情況。綜上分析，文章結(jié)合水土保持的特性和建設(shè)項(xiàng)目特征，結(jié)合專家意見(jiàn)和項(xiàng)目水土保持目標(biāo)要求選取6個(gè)代表性因子，即恢復(fù)度、流失水土量、棄渣量、土石方挖填、工程面積和影響時(shí)限因子。

根據(jù)各評(píng)價(jià)因子具體內(nèi)涵和專家咨詢法，合理確定各指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)圖1。結(jié)合專家意見(jiàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，流失水土量和可恢復(fù)程度明顯高于其它因子的重要度，這兩個(gè)要素與項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)承載力相關(guān)，工程建設(shè)實(shí)施時(shí)具有較高的不可控性。因此，為合理控制這兩項(xiàng)要素應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境有益，且恢復(fù)程度較高的工程地質(zhì)；另外，棄渣量、土石方挖填、工程面積和影響時(shí)限因子具有一定的可調(diào)節(jié)、可控制性，建設(shè)項(xiàng)目施工時(shí)應(yīng)注重對(duì)這幾項(xiàng)因子的調(diào)控。

圖1 項(xiàng)目區(qū)水土流失影響因子權(quán)重

SWII水土流失影響指數(shù)利用考慮因子權(quán)重的數(shù)學(xué)模型求解，其表達(dá)式為：

(1)

式中：ai、xi為評(píng)價(jià)因子i及其比重；

根據(jù)各因子內(nèi)涵利用下式對(duì)各項(xiàng)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，從而獲取各因子標(biāo)準(zhǔn)值，其數(shù)學(xué)計(jì)算式為：

(2)

根據(jù)長(zhǎng)距離引水工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況獲取各要素初始值、最小和最大值，然后采用上述歸一化公式對(duì)各評(píng)價(jià)因子實(shí)際值、最小和最大值進(jìn)行處理，由此確定各要素標(biāo)準(zhǔn)值，各因子初始值和標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

表2 水土保持各評(píng)價(jià)因子實(shí)際值及其標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)圖2可知，水土保持各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)值、權(quán)重并未存在明顯的同減、同增的特征，依據(jù)專家咨詢法確定的權(quán)重較高的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其對(duì)工程建設(shè)水土保持的影響程度并不一定較大，為準(zhǔn)確評(píng)判各因子的貢獻(xiàn)程度必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。比較分析權(quán)值的大小可知，權(quán)重最小的土石方挖填量經(jīng)歸一化處理后，其標(biāo)準(zhǔn)值最大，對(duì)工程建設(shè)水土保持的影響最高，因此各要素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響不能僅僅從權(quán)重的角度評(píng)判。

圖2 因子權(quán)重及標(biāo)準(zhǔn)化值

2.2 結(jié)果分析

按照SWII值越小則建設(shè)項(xiàng)目水土保持越優(yōu)的原則，評(píng)價(jià)分析長(zhǎng)距離引水工程的水土流失治理情況。SWII值越低，則建設(shè)項(xiàng)目的影響時(shí)間和地表擾動(dòng)強(qiáng)度越低，覆蓋面積和影響范圍越小，工程建設(shè)產(chǎn)生的水土流失量就越小，對(duì)于水土保持的治理越有利；反之，SWII值越大，則工程建設(shè)造成的土壤侵蝕量越大，引起的水土流失和地表擾動(dòng)就越強(qiáng)。

通常情況下，大型水利樞紐、水庫(kù)大壩等工程的施工周期較長(zhǎng)、棄渣量和占地面積較大，因此這些項(xiàng)目的SWII值一般>0.5；供水管線工程、長(zhǎng)距離堤防工程等的SWII值較小，一般為0.1。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，該長(zhǎng)距離引水工程的SWII影響指數(shù)為0.058，小于工程建設(shè)影響的平均值0.2668和長(zhǎng)距離工程的0.1，相對(duì)于理論值評(píng)價(jià)值較小。由此可認(rèn)為該建設(shè)項(xiàng)目具有良好的水土保持成效，工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厮亮魇У挠绊戄^低，評(píng)價(jià)結(jié)果與建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況基本一致。

另外，結(jié)合各評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)化值確定影響時(shí)限、土石方挖填為6項(xiàng)指標(biāo)中數(shù)值最小和最高值。根據(jù)各因子標(biāo)準(zhǔn)化值，能夠確定工程建設(shè)過(guò)程中哪些因子對(duì)水土流失影響最為嚴(yán)重，通過(guò)科學(xué)管理和統(tǒng)一調(diào)控這些因子及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的施工方案、技術(shù)措施，從而避免某項(xiàng)因子值過(guò)高而引起的SWII值偏大，對(duì)地方生態(tài)環(huán)境造成不利影響，給建設(shè)項(xiàng)目帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 建議措施

長(zhǎng)距離引水工程水土保持方案應(yīng)明確工程治理的目標(biāo)要求和重點(diǎn)防治對(duì)象，依據(jù)工程區(qū)區(qū)自然概況和項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，充分考慮工程建設(shè)造成土壤侵蝕的形式、水土流失量、擾動(dòng)面積和侵蝕強(qiáng)度的變化特征，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)主體工程的要求。然后從水土資源高效利用和水土流失科學(xué)防治的角度，基于生態(tài)學(xué)原理確定項(xiàng)目區(qū)不同水保措施的分布狀況、建設(shè)規(guī)模、施工進(jìn)度、措施數(shù)量等，由此建立綜合防治措施體系，結(jié)合工程治理目標(biāo)估算水土保持投資[11]。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中為確保水土流失治理成效，應(yīng)采取的措施如下：

1)土石方開(kāi)挖和填埋方案的合理設(shè)計(jì)。為盡可能的減少工程建設(shè)擾動(dòng)范圍、縮短引水管道的間距，項(xiàng)目施工時(shí)盡量在征地覆蓋區(qū)堆放表土，嚴(yán)格控制開(kāi)采方式和料場(chǎng)開(kāi)采方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)管道走向；另外，采用沉管法、頂管法和盾構(gòu)法等優(yōu)化設(shè)計(jì)穿越大橋大河的管道，從而避免不必要的土石方挖填。為減少土石方的挖填量，將邊坡開(kāi)挖等利用鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖替代，采取巡視、點(diǎn)檢和旁站等措施嚴(yán)格控制土石方挖填數(shù)量；采取不穩(wěn)定邊坡防護(hù)、開(kāi)挖棄渣及時(shí)清理以及盡可能縮減路基開(kāi)挖等措施，盡可能的在地形平坦、場(chǎng)地平整少的地區(qū)布設(shè)施工附企，在符合建設(shè)要求的條件下最大程度的選用居民用房作為施工營(yíng)地。

2)影響時(shí)限的科學(xué)控制。根據(jù)各評(píng)價(jià)要素標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值可知，影響指數(shù)SWII在一定程度上受到控制時(shí)限的影響，結(jié)合現(xiàn)有研究資料確定引水工程的影響時(shí)間一般為24-60個(gè)月，該工程為36個(gè)月，處于中間水平，因此影響時(shí)限的控制較為合理。雖然時(shí)間對(duì)SWII的影響程度較低，但將其控制在一定的時(shí)限內(nèi)有利于保證項(xiàng)目的順利完成，若超過(guò)該界限值將產(chǎn)生不利影響，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目影響時(shí)間的動(dòng)態(tài)合理調(diào)控具有重要的意義。

3)嚴(yán)格監(jiān)管。政府部門(mén)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)管長(zhǎng)距離引水工程的水土保持治理情況，通過(guò)設(shè)立預(yù)警紅線確保水土流失的有效治理，發(fā)出限時(shí)整改通知書(shū)嚴(yán)格監(jiān)控超出有關(guān)指標(biāo)的建設(shè)項(xiàng)目，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H建立水利工程水土保持防治體系。

3 結(jié) 論

1)水土保持各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)值、權(quán)重并未存在明顯的同減、同增的特征，依據(jù)專家咨詢法確定的權(quán)重較高的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其對(duì)工程建設(shè)水土保持的影響程度并不一定較大，為準(zhǔn)確評(píng)判各因子的貢獻(xiàn)程度必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2)根據(jù)各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)值確定水土保持關(guān)鍵性影響因子，通過(guò)科學(xué)管理和統(tǒng)一調(diào)控這些因子及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的施工方案、技術(shù)措施，從而避免某項(xiàng)因子值過(guò)高而引起的SWII值偏大，對(duì)地方生態(tài)環(huán)境造成不利影響，給建設(shè)項(xiàng)目帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

3)影響該長(zhǎng)距離引水工程水土保持的最主要因素為土石方開(kāi)挖量，為縮短管道間距和減少土石方的開(kāi)挖，建議采取沉管法、頂管法、盾構(gòu)法等優(yōu)化措施以及優(yōu)化管道走向等措施。