坡面径流观测场在风电场内道路水土保持监测中的应用

2017-02-28冯金根

浙江水利科技 2017年1期

关键词：泥沙坡面风电场

冯金根

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122）

坡面径流观测场在风电场内道路水土保持监测中的应用

冯金根

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122）

通过在山丘区风电场内道路的填方边坡设立了坡面径流观测场，施工期间定期采集泥沙样、量算沉沙池淤积量、测定水土流失量，取得了一系列实测资料，客观反映、分析评价风电场内道路建设引起的水土流失情况和水土保持措施实施效果。

山丘区；风电场内道路；坡面径流观测场；水土保持监测

坡面径流观测场是指利用生产建设项目施工过程中形成的挖填边坡建设的水土流失径流观测小区。通过观测边坡的水土流失情况，测算坡面产生的水土流失量，从而推算生产建设项目中坡面水土流失量的重要方法。坡面径流观测场可充分利用原有自然坡面和挖填形成的路基坡面，能真实反映生产建设项目的水土流失状态。路基施工形成的挖填边坡在施工期多以裸露的形式存在，是道路工程水土流失的主要策源地，而施工后期会相应边坡防护措施实施，并能取得的较好的防护效果。因此，风电场道路工程的挖填边坡是水土流失观测和水土保持效果监测的最佳区域。

本文成果主要依托国电电力宁海茶山风电场工程的坡面径流观测场，其主要测验设施包括一座坡面径流观测场、径流体积测验、泥沙测验设备及后方试验室等，其中径流观测场还包括径流小区、坡脚排水沟、沉沙池等。

1 观测场设施

坡面径流观测场设置在已完成填筑的路基边坡上。填方边坡的坡度、坡长和土壤可蚀性从具有典型性和代表性的路段优选。径流观测场坡长为路基的坡长，长宽比1∶2，两侧设置片石或砖块与周边边坡隔离，坡脚设排水沟，排水沟末端接沉沙池。本文选用的坡面径流观测场宽3 m，长6 m，坡脚设矩形砖砌排水沟（宽×深：35 cm×35 cm），排水沟末端设砖砌沉沙池（内部尺寸长×宽×深：100 cm×100 cm×100 cm）。排水沟与沉沙池内侧均采用水泥砂浆抹面。径流观测场平面布置见图1。

图1 径流观测场的平面布置图

体积测验设备主要为测尺、流量仪、铝盒和量筒。测尺主要用来直接量测沉沙池的泥沙淤积深度。流量仪主要用来采集沉沙池外溢流量。量筒则用来测量采集沉沙池浑水水样，后期通过实验室定容、过滤、烘干、称重等步骤测定浑水的泥沙含量。铝盒用于采集泥沙样品，后期回实验室烘干称重获取泥沙密度。

2 数据采集与计算

2.1 数据采集

每次降雨结束后，仔细观察沉沙池内水面线上的刻度标记。观测结束后搅拌沉沙池内浑水，并采集沉沙池内浑水水样带回实验室分析泥沙含量。如若当期降水量较小，也可待沉沙池内的浑水干化后量测沉沙池底部泥沙淤积深度h。如果短时强降水量大，导致沉沙池容量不足，则需补充量测外溢流量和外溢浑水的泥沙含量。

2.2 分析与计算

水土流失量的计算有2种情况：

2.2.1 无溢流情况

式中：V泥为沉沙池内浑水体积，m3；δ为浑水样中平均含沙量，kg/m3；a为沉沙池底净长，m；b为沉沙池底净宽，m；h为沉沙池内泥沙淤积深度，m；ρ为泥沙的密度，kg/m3；G泥为泥沙的总质量，kg。

在测量沉沙池底部泥沙淤积深度h时，为避免泥沙淤积深度在沉沙池底部厚度分布不均，淤积深度h的测量可采用探针在泥沙底部均匀采样，通过量测探针进入泥沙的深度获取泥沙淤积深度的平均值。每次完成泥沙数据采集后对沉沙池底部的泥沙进行清理。

2.2.2 有溢流的情况

通常径流观测场内汇集的雨水进入沉沙池内，不发生外溢，但实际可能因短时降水量过大，超出沉沙池容量而沿沉沙池顶部的排水管外溢。此时水土流失量计算需补充考虑外溢水量中的泥沙含量，水土流失量计算修正公式如下：

式中：G池为沉沙池内泥沙质量，kg；G外溢为外溢的泥沙质量，kg；Q泥为外溢浑水流量，m3/s；t为外溢时间，s；δ为浑水样中平均含沙量，kg/m3。

外溢流量测量采用在外溢出口安装流量仪，自动记录径流过程并定时采样。

将监测期内测得的泥沙量相加，得到监测期内水土流失总质量G泥总。

3 监测结果与分析

国电电力宁海茶山风电场工程的水土保持监测期为2012年7月至2013年12月，共计18个月。监测期通过查阅工程区附近力洋雨量站降雨信息可得，监测期间工程区逐月降雨量数据详见表1 ～ 2。

表1 2012年工程区逐月降雨量表

表2 2013年工程区逐月降雨量表

通过坡面径流观测场现场监测及后期数据统计分析：风电场内道路在监测期内（2012年7月至2013年12月）共产生土壤侵蚀总量为2 409 t。

2012年度内风电场内道路土壤流失量978 t，2012年土壤流失量年内变化情况见图2。2012年度水土流失地面观测始于2012年7月，监测时段为6个月。根据监测结果分析，由于该时段为道路工程土建施工高峰期，地表扰动强烈，且施工区域裸露无植被，同时受7 — 9月台汛期集中短时强降雨影响，工程区土壤流失量较大。自10 — 12月进入枯水季节后，监测期内土壤流失量相对减少。

图2 2012年土壤流失量年内变化图

2013年水土流失监测期为12个月，场内道路年内土壤流失量1 431 t，各月土壤流失量详见图3。根据监测结果分析可知：1 — 5月，虽然施工造成地表扰动较强烈，因期间降雨较小，土壤流失量较小，6月进入梅汛期后降雨量陡增，土壤流失量升高，7月晴热高温，降雨量较常年偏小，土壤流失量较少；8月中下旬出现1次强降雨过程，日最大降水量47.5 mm，为该季度最大24 h降水量，引起水土流失量反弹。9月以后，随着道路工程截排水、拦挡防护措施的完善，道路路面硬化，非硬化区域的地表绿化和自然覆绿，土壤流失量总体呈现下降趋势，例外是，10月因受强台风“菲特”影响，仅10月6日单日降水量达154.0 mm，短时强降雨造成场内道路水土流失加剧，水土流失量在10月形成剧烈反弹。