PVC－桩结构径流场的制作研究

吴 杨，王 勇，苟学强

(四川路桥勘察设计公司，四川成都610041)

水土流失预测与治理是建设项目水土保持、环境影响评价工作的重要组成部分，而水土流失监测是水土流失预测与治理的重要依据，径流场观测是水土流失监测的主要方法之一［1］。

既有的水土流失监测径流场分标准型与简易型2种［2］，标准径流场采用20 m×5 m砖混或钢筋砼结构制作，多用于长期的侵蚀监测;简易径流场多用白皮铁等材料围挡成2 m×2 m、2 m×4 m等规格于监测点内布设［3］。应用实践表明:标准径流场具有使用寿命长、监测准确、不易损坏等优点，同时也兼具建设周期长、成本高、施工创伤面大、受立地条件限制等缺点，不利于短时间内监测及大范围布点监测需求;简易径流场具有制作方便、成本低廉、立地条件要求低等优点，但同时也有易丢失、围挡接口不易密闭、大尺寸制作困难等缺点［4］。基于此，研究出一种兼具两者优点、舍弃缺点的径流场，对于满足以高精监测结果为目的的短期、高密度监测就显得尤为必要。

1 研究区概况

研究区位于横断山区金沙江干旱河谷左岸白鹤滩水电站库区的果木小流域，其行政上隶属于四川省宁南县骑螺沟乡，流域面积1.97 km2，流域内居民以彝族为主。小流域内有一条宽2.5 m的机耕路与外界相连，距离宁南县城所在地披砂镇25 km。流域最高点海拔为2166 m，最低点为1608 m，高差为558 m，地势向金沙江河谷倾斜，流域上部山势陡峭，坡度多＞30°，中部较上部略为平缓，坡度变化在20°～30°范围内，中下部地势平缓，人为活动多集中于此处。流域内沟道纵横，沟道总长度为6350.8 m，均为季节性冲沟。

2 材料与方法

(1)试验时间:分别为2008、2009年的4—10月(雨季)。

(2)PVC－桩结构径流场设计及布置:采用PVC－桩结构于研究区内布设20 m×5 m标准径流场15个，2 m×4 m简易径流场33个。PVC－桩结构径流场于2010年由笔者申报并获得国家发明技术专利，专利号为 ZL 20102 0512384.2［5］。

(3)对比径流场设计及布置:于研究区内采用钢筋砼材料修建20 m×5 m的标准径流小区12个。

(4)分析方法:对不同径流场的制作时间、施工扰动强度、制作成本、材料运输、设施养护、制作人员要求、使用寿命等进行记录分析。

3 研究结果

3.1 PVC－桩结构径流场设计

3.1.1 PVC－桩结构径流场设计内容

PVC－桩结构水土流失监测径流场制作材料包括固定桩、连接线、PVC材料、收集皿4个部分，通过以上4个部分的工艺组合，能满足各种试验监测面积要求(图1、2、3)。

图1 PVC－桩结构径流场布设

3.1.2 PVC－桩结构径流场制作流程

(1)根据试验要求选择监测点并确定收集皿数量。

(2)根据试验面积初步计算需要的固定桩、硬质PVC材料、连接线数量等。

(3)按2 m距离设置固定桩，固定桩埋深以能达到稳固桩体为宜。

(4)收集槽处应在收集皿外缘切点位置设置一固定桩，埋深要求同上，此处固定桩与邻近的两侧固定桩呈三角形且夹角需 ＞90°。

(5)在固定桩顶端约10 mm处绑定连接线，连接线以选择防锈钢丝线为宜，采用串联方式对固定桩逐一绑定，末端做钝化处理防止破坏硬质PVC材料。

(6)根据连接线距地表的距离d确定硬质PVC材料宽幅L，L=2d+30(单位:cm)。

(7)将硬质PVC材料宽幅中心线对准连接线并使其自然垂下。

(8)将硬质PVC材料下端对齐合并拉紧，使其侧壁垂直于地表。

(9)将硬质PVC材料下缘多余部分外折至径流场外侧，并用土压实。

(10)在径流场收集皿位置挖掘体积与收集皿相等的基坑，放入收集皿并压实。

(11)检查硬质PVC材料侧壁与地表的密闭性及固定桩的稳定度，排查问题，完成制作。

3.2 PVC－桩结构径流场与20 m×5 m标准径流场对比结果

为检验PVC－桩结构径流场的经济性及其他综合性指标，在水土流失监测过程中对PVC－桩结构径流场(20 m×5 m)与钢筋砼径流场(20 m×5 m)进行对比分析(表1、2)。

表1 20 m×5 mPVC－桩结构径流场与标准径流场制作成本对比 元

表2 20 m×5 mPVC－桩结构径流场与钢筋砼径流场综合性能指标对比

4 讨论

(1)PVC－桩结构径流场较钢筋砼径流场更具经济性，利于高密度布点。钢筋砼径流场面积为20 m×5 m，采用钢筋砼材料修建9～10 cm厚的隔离墙，设置3个重复。在实际监测中，不同坡度、植被类型均需设置径流场，但高昂的建设费用无疑制约了径流场的布设数量，不利于大范围多角度布点。相比较，PVC－桩结构径流场制作成本仅为钢筋砼径流场的3.5%，在考虑使用寿命的情况下，其制作成本仅为钢筋砼径流场的8.15%强，更利于大范围高密度布点。

(2)PVC－桩结构径流场较钢筋砼径流场具施工周期短、受控要素少的特点。钢筋砼径流场施工周期长，整个工作流程包括材料准备运输—基础开挖—挡墙修建—砼养护—创伤面稳定等5个部分，其中前4个部分受试验区交通、电力、水源、施工人员等条件制约，施工周期较其他一般基建项目长，创伤面稳定但需经过多次降雨过程才能使土壤达到径流场修建前的状态，挡墙侧回填土在多次降雨作用下发生沉降和蚀空现象，需人工填整和压实，施工扰动所导致的创伤面恢复常需半个雨季的时间;PVC－桩结构径流场材料质地轻、体积小、易于运输，施工不受交通、电力、水源、施工人员等外部条件限制，其制作时长约1天(3人)。

(3)PVC－桩结构径流场与钢筋砼径流场比具施工创伤面小、建设时间短的优点。钢筋砼径流场施工创伤面大，易产生二次水土流失，其挡墙基础开挖宽30～50 cm、深20～50 cm，集流池基础开挖100 cm×100 cm×100 cm。施工中地表开挖在一定程度上破坏了原有土壤的结构，人为扰动影响试验结果，不具完工即时性监测的特征，需待扰动面土壤稳定后才能进行监测。PVC－桩结构径流场建设仅固定桩与PVC隔离墙底端土壤在压埋过程中产生地表扰动，固定桩在捶打过程中基本不产生原生地表扰动，PVC隔离墙底端土壤压埋行为发生于径流场外端，场内不发生地表扰动行为，可以实现即时性监测。

(4)PVC－桩结构径流场的不足。PVC－桩结构径流场受其材料特性制约，防外界破坏能力较差，尤其是在山区水土流失监测过程中严重显示出其不足。我国山区的降雨多具有雨季性特征，雨季与农耕期多同时，农耕行为会对PVC－桩结构径流场产生一定程度的破坏。因此，在PVC－桩结构径流场建设、使用过程中应尽量避开农耕直接行为活动期，同时加强对PVC－桩结构径流场的维护。

5 结语

水土流失监测为区域侵蚀强度现状调查、项目水土流失影响评估、治理措施防控效果评价等提供了必不可少的数据，监测结果的可靠性与多元性对于数据库建立尤为重要，而监测点布设的广度、监测类型的多样化无疑是这一目标实现的重要支撑。PVC－桩结构径流场成本低、建造易、扰动小，无疑是一种较为理想的选择。

［1］陈瑾.多点出流PVC材料径流小区建设［J］.中国水土保持科学，2011，9(2):45 －48.

［2］路炳军，袁爱萍，章文波.径流小区集流桶(池)泥沙含量快速测定方法探讨［J］.水土保持通报，2009，29(2):36 －39.

［3］郑粉莉，唐克丽，白红英.标准小区和大型坡面径流场径流泥沙监测方法分析［J］.人民黄河，1994(7):19－22.

［4］陈瑾.水土保持径流小区监测方法探讨——以甘肃省定西市安家沟监测点为例［J］.水土保持通报，2009，29(2):68－71.