吉音水利枢纽水土流失预测综合分析及建议

2022-07-05梁军

地下水 2022年3期

梁军

(新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐 830049)

1 工程概况及水土流失现状

1.1 工程概况

新疆吉音水利枢纽工程位于和田地区于田县境内的克里雅河干流上，坝址位于克里雅河支流乌什开布隆达里亚河与克里雅河干流吾格也克河交汇口上游约830 m处，工程区距于田县城约120 km，距和田市323 km，距乌鲁木齐1 418 km。新疆吉音水利枢纽工程总库容0.82亿 m3，水库正常蓄水位2 509 m，电站装机24 MW，年发电量1.12亿 kw·h，工程建成后，可控制灌溉面积70.73万亩，将下游防洪堤防洪标准由3 a一遇提高到20 a一遇；属Ⅱ等工程，拦河坝、表孔溢洪洞(导流洞改建，竖井水平涡旋流消能形式)、底孔泄洪、冲沙、放空洞、发电引水洞进口为2级，发电引水洞、发电厂房、尾水洞为3级，临时性建筑物为4级。

1.2 项目区水土流失现状

新疆吉音水利枢纽工程位于克里雅河流域低山丘陵区，工程建设区全部位于于田县境内，于田县土壤侵蚀类型中以风力侵蚀为主，占侵蚀面积的51.2%。项目区位于于田县风蚀、水蚀交错区中的南部山区，从项目区的自然环境概况、水土流失现状调查及引起土壤侵蚀的外营力和侵蚀形式分析，风蚀与水蚀交错侵蚀是该区域的主要侵蚀方式。

于田县水土保持工作刚刚起步，还没形成较系统完整的水土保持治理体系。目前只针对平原灌区及与平原灌区相接的沙漠边缘地区采取旧灌区改建、种植农田防护林、利用高效节水灌溉技术在风沙流动区域边缘种植红柳、大芸等防治水土流失的工作。

2 水土流失防治分区

2.1 防治范围

工程建设水土流失防治责任范围包括项目建设区和直接影响区两部分，见表1。

2.1.1 项目建设区

项目建设区包括主体工程区、料场区、弃渣场区、道路区、施工生产生活区、施工输电线路区、水库淹没区、移民安置区，总面积438.64 hm2，全部位于于田县。

2.1.2 直接影响区

根据水利枢纽工程建设的特点，本工程直接影响区为水库蓄水后，因水位的变化而对周边侵蚀量造成影响的区域，估算面积为2.85 hm2，全部位于于田县。

表1 水土流失防治范围及分区统计

2.2 项目区防治分区

根据项目区的自然环境条件，在项目建设区内以工程区的地形地貌、水土流失类型和防治措施特点等因子为依据，结合工程施工布局的特点和本方案的编制原则，进行水土流失防治区的划分[1-2]。分区按照以下原则进行：

(1)项目区内时空分布基本集中且保证工程建设时序基本相同，与主体工程布置中的功能划分相符合。

(2)保证同区中工程建设涉及的水土流失类型和特点基本吻合。

(3)同一分区应该保证有相同的防治措施体系。

根据以上分区的依据和原则，将本工程项目建设的水土流失防治按地貌划分为低山丘陵区，按工程建设划分为八个区(见表1),即：主体工程区、料场区、弃渣场区、道路区、施工生产生活区、施工输电线路区、淹没区、移民安置区。另外，根据各防治分区占地性质和扰动地表方式的不同，将弃渣场区进一步划分为永久弃渣场和利用料堆放场，将道路区进一步划分为永久道路区和临时道路区。

3 项目区水土流失预测

3.1 预测方法的选择

3.1.1 即有地形地貌、已破坏土地和植物现状预测法

通过查阅本工程的设计技术资料，利用设计图纸，结合实地查勘，对项目在建设期扰动地表、占压土地和损坏植被面积分别进行测算[3]。

3.1.2 工程产生弃土、弃渣量的预测方法

对设计图纸进行计量操作，按图计算工程即将产生的堆渣的数量，对于不清楚的地方，可结合实地勘察，实地测量等操作确定弃渣数量和位置。

3.1.3 损坏水土保持设施预测方法

依据初步设计图纸资料统计施工过程中要破坏的水保设施数量，同时结合项目区土地利用资料，分类别统计被破坏植被、草地等固土植物面积和数量。

3.1.4 可能造成的水土流失数量预测方法

针对可能造成的水土流失量，需要综合项目区所有相关资料，并结合前期勘测报告以掌握对项目区地表和植被的现状情况。以项目区土壤侵蚀强度为基础，充分调查各种弃渣的本质组成和丢弃位置，以此可有针对性地对项目区各分区中水土流失量进行科学预测。

3.1.5 对预测结果的综合分析方法

项目区水土流失量预测应注意其前提是不改变现状情况，即不采取任何水保措施的情况下进行预测[5]。对本工程的水土流失量预测首先通过调查大风和降水对项目区弃渣造成的侵蚀量；紧接着按照当地土地类型情况和以往经验确定该地区的土壤侵蚀模数；最后考虑工程施工时间周期、工区原地貌土壤侵蚀模数和勘察报告得到的工程扰动地表面积进而计算得到工程建设过程中造成的新增土壤流失量。工程建设扰动项目区地表土壤流失量计算公式参考如下：

(1)

(2)

式中：W为土壤流失量，t；ΔW为新增土壤流失量，t；Fji为第i个预测单元的面积(扰动面积)，km2；Mji为某一时间段单位土壤侵蚀模数，t/km2·a；ΔMji为某一时间段单位新增土壤侵蚀模数，t/km2·a，只计正值，负值按0计；Tji为某时段某单元的预测时间，a。i为预测单元，i=1、2、3、……、n-1、n；j为预测时段，j=1、2、3。

3.2 项目区土壤侵蚀模数的选取

工程地面原生地貌侵蚀模数的确定：(1)参考《新疆于田县水土保持规划报告》中本工程区土壤侵蚀模数的相关内容，(2)通过当地水利专家的判断，(3)考虑河流的输沙模数，四是通过现场的土壤侵蚀野外实地勘测，并结合《土壤侵蚀分类分级标准》相关标准，得出各分区的原生侵蚀模数见表2。最终确定本项目区原生地貌土壤侵蚀模数取2 000 t/km2·a。

本工程扰动后侵蚀模数的确定，是在现场调查的基础上借鉴南疆铁路的监测数据。施工期弃渣的流失量与弃渣场的地形、地面坡度、地表组成的因素关联不大，主要由弃渣的组成物质、渣体表面积和堆渣坡度及当地气象因素确定。根据本工程的特点，弃渣流失主要集中在施工期[6-8]。综上所述，修正后确定本工程渣场侵蚀模数为10 000 t/km2·a，项目区其它区域的侵蚀模数为8 000 t/km2·a。

表2 工程区原生地貌土壤侵蚀模数表

3.3 预测结果

利用前文所述公式，计算得到新增水土流失量见表3。已知即有工程建设周期内产生的弃渣量多，共达195.28万 m3，若放任不管，本项目将造成区域水土流失约为7.06万 t，其中工程建设新增土壤流失量为5.18万 t。分区预测结果表明，本次工程建设中，道里区和弃渣场区水土流失新增量最大，两者水土流失量达到了新增水土流失量的70%，接着是主体工程区，造成的水土流失量占比近总量的20%。可见本工程实际新增水土流失区域主要以经常作业区为主，对于不常进行施工作业的移民安置区、生产生活区和材料堆放区，水土流失新增量并不明显。

确定预测分区后，地表土壤扰动预测还应确定预测阶段：按照时间顺序可以分为准备期、施工期和恢复期。对于本工程而言，由于施工期间弃渣和开采均是分期进行，故无法兼顾施工期时段料场区和弃渣场区的具体扰动面积，所以计算时默认为最不利情况，即料场区和弃渣场区域占地按照全部扰动考虑。

3.3.1 准备期

施工准备期间是进行场地规整、道路建设、生活区建设和输水输电线路建设的时间，此外，该阶段还有施工队伍进驻、大型机械进场等活动。根据场地图纸资料和前期勘测报告，施工准备期工程扰动面积为157.25 hm2,且施工准备期预测时间段为1.5 a。

根据施工准备期时段和施工扰动面积进行预测，施工准备期土壤流失总量为13 821 t。

表3 水土流失量预测成果汇总表

3.3.2 施工期

新疆吉音水利枢纽工程施工时段为2.5 a，施工期间工程占地范围内土地为全面扰动，是水土流失发生的主要时段。按照资料分区进行预测，施工建设期间水土流失总量为37 769 t，是施工准备期水土流失总量的3倍。

3.3.3 自然恢复期

自然恢复期水土流失预测是一个长时间的过程，恢复期间由于该地区人为干涉程度很低，植物生长迅速，水土流失呈现逐年减少的趋势。对自然恢复期水土流失的调查，本项目按照专家访谈法和同类项目经验法进行预测，最后整理各专家预测得到平均值即为预测结果。通过平均值计算，自然恢复期项目区水土流失量为18 976 t，相较施工期减少了18 793 t。

图1 不同建设时段新增水土流失量分析图

3.4 防治重点分析

新疆吉音水利枢纽工程位于克里雅河流域低山丘陵区，水土流失类型表现为风蚀、水蚀，程度均为轻度侵蚀。工程建设期间，人为影响因素造成了该地区新增水土流失较为严重，如大型机械进场、认为施工占地、植被大面积损坏等。工程建设需设置一套专项整治措施，针对施工引起的新增土壤流失做好弃土弃渣的防护以及后期植被覆盖建设等工作是防治重点内容。

上述预测结果表明：对施工时段而言，施工期是本工程重点防治时段，恢复期和施工准备期是该工程次要保护时段。对施工区域而言，项目区总体新增水土流失土壤为5.18万 t，其中数道路区和弃渣场区水土流失程度最高，作业频率相对较低的生活区和移民安置区相对较低(见图1)。综上所述，施工期的道路区、弃渣场区应重点关注，其次是施工准备期间的道路区和弃渣场区，而自然恢复期间也应该周期性地检查道路区和弃渣场区的恢复情况，对项目区水土流失恢复情况进行监测。

4 总结与建议

通过对项目区分区处理后，结合一系列科学预测方法对项目区水土流失做了预测。分析预测结果后，明确了水土流失重点分区为施工期的道路区和弃渣场区。针对防治工程、工程实施进度和后期监测工作，提出了以下建议：

4.1 应采取的防治工程类型

该地区初始侵蚀为轻度风蚀、轻度水蚀为主，工程建设影响后，土壤流失演变为中度风蚀为主，水蚀为辅的类型。由此可见本工程在施工期间防治措施应该以防风固沙为重点，主要设置临时防风和管理措施。

由于工程区土壤结皮较薄，下层土壤结构较松散，表层结皮、植被被破坏后风力>5 m就会风气扬尘，生态环境恶劣。原生状态下项目区地表植被覆盖率平均为10%，局部区域可达60%，并且项目区周边居民在恶劣自然环境条件下已形成了在房前屋后，沿途道路空地就植树种草的生活习惯，此外大坝及电站厂房均有水源保证，应此根据实际情况能采取植物措施的尽量采取植物措施。

对于弃渣场区，尤其应注重清表弃料的临时防护；对于道路区，尤其是施工便道等经常使用道路应该注意施工期补充砾石，且严格规定施工扰动区域范围；施工生产生活区、移民安置区和输电输水区在施工期间主要应采用临时防护措施。以上各个区域施工期结束后应立即加盖植被，设置植被恢复措施。

4.2 工程实施进度建议

工程施工期间，临时措施是主要防治手段，这些措施需和主体工程建设同步进行；防护强度周期性变化，以雨季为重点加强时段，其他时段主要预防大风侵蚀，预防实施时段与施工周期相同；工程实施后期应该加入植物防治措施，本项目的植物措施介入在工程开工后的第4～5年的春季；对于主体施工时间，应该注重气象预报，及时调整施工进度，尽量减少雨季和大风季节施工的次数。