生产建设项目土壤流失监测对象概化模型研究

2014-04-02李智广吴志平

中国水土保持 2014年3期

李智广，李骜，吴志平

(1.水利部水土保持监测中心，北京 100055；2.华中农业大学，湖北武汉 430070；3.北京师范大学，北京 100875)

1 研究目的

随着经济社会的发展，我国各类生产建设活动不断增多。在建设过程中，通常需要开展土地平整、采石取土、坡面开挖及填筑、渣料临时堆放、弃渣弃土、尾矿灰渣存储等活动。这些活动均有可能造成水土流失。生产建设项目造成的土壤流失在哪儿、面积有多少、流失量有多大一直是困扰大家的一个问题。究其原因，主要是到目前为止仍然没有一个好的观测生产建设项目造成土壤流失的技术体系，而根源在于没有一个好的监测样地(或者监测点)的布设体系，包括如何确定监测对象、监测样地数量、位置与大小及如何选择监测方法和设施设备。尽管已有学者就监测样地的选择和布设进行了研究[1-8]，相关技术标准也对监测样地的布设依据、设置时限、场地选择进行了相关规定[9-11]，但在实际的水土流失监测中仍存在着监测样地位置布设随意、监测方法选取不合理的现象，仍缺少对监测样地布设及监测方法与技术体系的系统研究[12-16]。本研究基于生产建设项目水土保持监测实践，经过系统分析和研究，提出了土壤流失监测对象概化模型，将监测对象的形状特征、对象所在地被扰动的形式特征以及由这两个特征引起的土壤流失特征相结合，全面、系统、归类化地反映了土壤流失监测对象，以期为有针对性地开展生产建设项目土壤流失监测样地位置选择与范围确定、监测方法与设施设备遴选提供科学依据。

2 生产建设项目土壤流失监测对象概化指标

尽管生产建设项目土壤流失监测对象形态各异，物质组成也各不相同，但在从事生产建设项目土壤流失监测过程中，仍能够发现针对地表形态、所在地表被扰动形式相似的监测对象，可以选取类似或者相同的监测方法，监测样地的位置、范围与必需的设施设备。因此，可以依据监测对象所处的地表形态和监测对象所在地表被扰动形式2个指标对生产建设项目土壤流失监测对象进行归类划分。首先，可将所有监测对象所处地表形态分为平地、坡面和沟道3种。在项目建设和生产运行过程中，无论何种扰动方式(弃土弃渣、取土取料、开挖填筑)，作用的地表形态只有平地、坡面、沟道3种。其次，可将所有监测对象所处地表被扰动的形式分为开挖型、填筑型和碾压型3种。在项目建设和生产运行过程中，不论是在平地上操作还是在坡面上施工，亦或是在沟道中活动，其扰动地表的形式也基本上只有3种，即开挖(如取土、取石、取料)、填筑(如路基填筑)、碾压(如临时施工便道、储煤场碾压)。

3 生产建设项目土壤流失监测对象概化结果

依据上述的监测对象所处的地表形态和监测对象所在地表被扰动形式2个指标，可以将生产建设项目土壤流失监测对象分为9种，即平地堆渣、平地挖坑、平地碾压、坡面堆渣、切坡取土、坡面碾压、沟道堆渣、沟道采砂、沟道碾压。这9种对象，不仅具有各自显著的、独特的形状概化模型特征、被扰动形式模型特征，而且具有由这两个特征引起的土壤流失特征，每种对象的概化模型见表1。这3个特征为归类遴选生产建设项目土壤流失监测样地的位置提供了科学依据，为有针对性地选择土壤流失监测方法和设施设备提供了物理原型。

3.1 监测对象概化模型的全面性和系统性检验

将各类生产建设项目土壤流失监测重点对象按照概化模型进行归类划分如表1所示。由此可知，监测

表1 不同类型生产建设项目监测对象概化模型

对象的9种概化类型，涉及了采矿类、交通铁路、电力、冶炼、水利水电、建筑及城镇建设和管道等工程项目，包含了各类生产建设项目水土保持监测重点对象的全部情形[1，2，7，13，17]。这充分反映了本研究采用监测对象所处地表形态和所在地表被扰动形式2个指标划分生产建设项目土壤流失监测对象的系统性、全面性，也充分反映了9种监测对象概化模型的科学性以及对土壤流失监测的支撑意义。

3.2 监测对象概化模型及其土壤流失基本特征

上述9种生产建设项目土壤流失监测对象的概化模型与土壤流失特征如下：

(1)平地堆渣。平地堆渣是指在较平坦的地面上堆放土(石)。在项目建设和生产运行中，根据堆弃物的机械动力、堆弃方法、堆弃形态的不同，又可将平地堆渣分为散乱锥状平地堆渣、条状垄岗式平地堆渣、分层碾压坡顶散乱式平地堆渣、分层碾压坡顶碾压平台式平地堆渣等[17]。尽管这些堆弃物的形态、堆弃方法有所不同，但它们总是可以被拆分成几个小的平地堆渣。这种对象发生的土壤流失，包括降水直接对堆渣坡面的冲刷和降水入渗渣体内部形成壤中流造成的流失，可能的危害包括堆渣坡面形成的集中径流对平地的冲刷和流失土壤在平地上的堆积与占压。

(2)坡面堆渣。坡面堆渣是指在具有一定坡度的坡面上堆放土(石)。这类对象与平地堆渣的形态相似，只是堆放的地表形态不同。对于这种对象，不仅降雨导致堆渣边坡发生土壤流失，而且沟道的径流和上游来水也会对堆渣下方造成冲击，其危害的土地包括了堆渣所在的坡地及其附近的平地。

(3)平地挖坑。平地挖坑是指在较平坦的地面向下挖掘土(石)料。这类对象在管线工程、交通铁路工程等线型项目中比较常见，在点型项目中的取土场也有出现。实践中，除了有平地挖坑取土(石)外，还有岗地取土(石)和切坡取土(石)。其中，岗地取土(石)是以局部凸出的岗地为土(石)料挖取对象，挖取土(石)结束后的地面与周边地表基本持平，这类取土(石)仍归类为平地取土；若挖土(石)结束后仍剩余有部分凸出的岗地，且形成了新的开挖面，就可以归类为切坡取土。通常平地取土按照深挖窄取、少占农田的原则进行，开挖时形成陡立的坑壁，降雨容易形成径流，造成土体坍塌，发生土壤流失，其危害包括坡面坍塌引起原来平地的损失以及坑内降水聚集、流失土壤的堆积。

(4)切坡取土。切坡取土是指沿山体、丘陵的坡面向内开挖取土(石)料，挖取土(石)结束后形成开挖面、开挖坡底面与周边地面基本保持水平。切坡取土后形成的开挖面通常比较陡，降雨容易形成径流，造成土体坍塌，发生土壤流失，并对开挖坡底面和周边土地形成威胁；切坡取土后若未及时处理形成的坡底面，则会因强烈扰动和降雨造成泥水浊流四处乱流，发生土壤流失并对周边造成危害。

(5)平地碾压。平地碾压是指较平坦的地面在项目建设和生产运行过程中遭到机械、人、各种材料的碾、压等。这类对象，通常是项目建设和生产运行期间的施工(临时)便道或伴行路，属于主体工程的辅助设施，等级低、不硬化，并伴有局部的挖填平整。由于反复的扰动而又疏于防护，在降雨、大风的作用下，容易发生土壤流失，尤其是大雨泥流和大风扬尘。

(6)坡地碾压和沟道碾压。这两种对象发生的土壤流失与危害与平地碾压基本一样，只是被碾压对象所在位置的地形分别为坡地和沟道。坡地碾压对象，由于本身的地形坡度，加之反复的扰动，更容易受到降雨的威胁；沟道碾压，容易受到坡面径流和沟道来水的冲刷。

(7)沟道堆渣。沟道堆渣是指在沟底堆放土(石)。这种对象与平地堆渣、坡面堆渣的形态不同，主要形式是沿沟道在沟底堆积，或散乱、或平整，不仅阻塞垫高沟道、影响行洪，而且提供了大量松散的渣土物质，当发生暴雨径流和洪水时，极易造成冲刷和泥沙下泻，危害下游。

(8)沟道采砂。主要是指在河道中采砂，也包括沿着沟道取土。若是在河道采砂，会造成河床甚至河道状态变化，破坏河流的水力平衡，流水会造成比原来基本稳定河床更大的冲刷，甚至影响河岸稳定，造成严重的土壤流失。若是沟道取土，施工活动会影响已经稳定的侵蚀基准面，形成新的、不稳定的开挖面，容易发生土壤流失。

4 结语及问题讨论

本研究采用监测对象所处地表形态和所在地表被扰动形式2个指标，划分、概化并提炼出了生产建设项目土壤流失监测的9种对象，这9种对象具有各自显著的、独特的形状概化模型、被扰动形式概化模型和土壤流失特征，不仅使形形色色的、不便对应与记忆的生产建设项目水土流失监测对象更加归类化和模型化，而且对生产建设项目土壤流失监测样地的位置选择、范围确定及监测设施设备的选择等具有重要意义。

尽管已经用各类生产建设项目水土保持监测重点对象对本研究提出的划分方法与概化模型的系统性、全面性进行了检验性阐述，但本研究是以“监测对象所处地表形态和所在地表被扰动形式2个指标”为前提，推理、分析得出土壤流失监测对象的概化模型。因此，这种概化对象模型仅仅是从本研究角度提出的，仍有待进一步收集资料和数据来检验和证明研究结果的合理性、准确性，期待研究提出其他更好的、能够支撑生产建设项目土壤流失监测对象的概化模型。

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[10] GB 50433—2008，开发建设项目水土保持监测技术规范[S].

[11] GB/T 22490—2008，开发建设项目水土保持设施验收技术规程[S].