水利枢纽水土保持生态效应分析

易子明

（广东中灏勘察设计咨询有限公司,广东 广州 510700）

1 引言

随着近些年我国工程技术的进步和经济发展的需求,新建了大量水利水电工程,并且大型工程占比较大,又多集中在高山峡谷地区[1-2]。这些区域具有土壤稀薄、地表坡度比较大、生态环境非常脆弱,水土易流失的特点。而水电工程的施工中的边坡处理、便道建设无疑会加剧区域的水土流失程度,使环境进一步恶化[3]。所以,水电工程建设中水土流失防治是非常关键的,对环境保护有着重要作用。而水土保持措施所耗资金较大,怎样真实准确地对水土保持措施生态效应进行评价是当前技术人员的研究热点。但如今的水土流失评价指数大部分是针对设计阶段或工程初期,缺少与项目水土流失特点、保土措施相结合的生态效益综合评价的研究,也未形成完善科学的评价指标体系。基于此,本文以某水力枢纽工程为例,通过完善评价指标体系,构建水土保持评价模型来分析其水土保持的生态效应。

2 水利枢纽概况

此水利枢纽工程等级为Ⅰ等,地处清江流域,10850 km2为其控制的流域面积,在全流域面积里占比达到64%,1850 MW为其装机容量,每年可达到39.85 亿kW·h的发电量。608.5 hm2为项目的占地总面积,其中临时占地和永久占地面积分别为144.73 hm2和463.72 hm2。工程土石方挖方、填方、弃方总量分别是3471.5万m3、1966.9 万m3、1504.6万m3,其中弃方运送至五个弃渣场。在各个放置区都设置了植物措施、水土保持措施、临时工程。

3 评价分析方法

3.1 评价体系

参考水电工程水土保持成效以及水土流失的特征发现,此类工程水土保持的生态效应具体呈现在三个方面,分别是植被恢复、保土和调水。选取指标时要根据下面三个原则来进行：第一原则是结合局域性与全局性；第二原则是结合空间和时间；第三原则是结合独立性与系统性。依据水土流失表现特征,选取能够获得的数据,结合国家相关技术标准和规范,在最后根据层次分析法把水力枢纽工程水土保持生态效应划分成三级指标层次,目标层为最高层,代表着水土保持生态效益；准则层作为第二层包含有三个评价指标因子,依次为恢复植被、保土效益和调水效益；指标层为最后一层,涵盖了评价指标因子9 个,分别是林草植被恢复率、拦渣率、硬化地面控制率、土石方利用率、土壤侵蚀模数等。如图1所示为层次结构。

图1 层次结构图

3.2 指标获取和评价模型

根据《开发建设项目水土流失防治标准》来对图1中指标层C中的9个指标进行计算。此水利水电枢纽建设周期为2000年～2009年,2000年～2015年为其评价指标监测时间。运行初期和施工期的监测时间分别为2010年～2015年和 2000 年 ～2009 年。

此次研究所用的评价模型选取因子加权求和法建立而成的。此方法是以研究区水土保持生态效应评价指标的等级指数为基础,借助已得到的各因子权重,把参与评价的各因子等级指数和其权重相乘,然后各项累加即可得到评价综合指数,其具体计算公式如下：

式中：Ek为第k个评价项目的生态效应指数；Wi为权重；第i个指标在经过处理的定量值为ri。

3.3 确定指标权重

各个指标的重要程度经专家对比之后确定,并在1～9分范围内对其进行打分,分越高,重要程度越高。根据专家对各个指标定出的重要度分值来对判断矩阵进行填写。对判断矩阵的最大特征根值进行计算,并检验各单层次权重的一致性,具体结果见表1、表2。表1结果显示,有两个因子（植被恢复、保土）的值较大,这符合了水土保护手段的相关效果。

表1 B层权重

表2 C层权重

从表2能够看出,水土流失总治理度在调水因子里有非常大的权重；拦渣率、土壤流失控制比和土壤侵蚀模数是保土因子里权重比较大的因子；林草植被恢复率是植被恢复因子里权重最大的因子。这些现象都和水土保持手段起到的恢复生态、防止土壤被侵蚀作用相符合。各指标总权重通过层次分析法进行计算,结果见表3。从表3可以看出,在水土保持生态效应中权重比较高、影响力较大的指标有5个,分别是林草覆盖率、水土流失总治理度、林草植被恢复率、土壤侵蚀模数和土壤流失控制比。

表3 工程水土流失防治责任范围及防治分区表 单位： hm2

表3 层次分析法得出的指标权重

3.4 数据标准化

因为每个指标具有不相同的量纲,计算综合指数和分析工作开展之间,要先将这些指标值做无量纲化处理,构建模糊数学隶属度函数为指标标准化的方法,在对指标性质进行分析后,再借助两种函数（降、升半梯函数）对其计算。以项目调查中获取的数据为基础,对各项指标进行标准化计算。

4 分析结果

借助因子加权求和法来计算运行期和运行期的植被恢复、保土、调水效应值,同时得到水土保持生态效应在此期间的评价值。从评价值能够看出,此水利枢纽项目生态效应值在实施措施前要低于实施措施后,后者较前者提高了14.8%,表明对于此项目区域,水土保持措施使其生态环境得到了很好的改善。实施措施后的植被恢复效益和调水效益都要比实施措施前要小,减小程度分别达到了10.6%和12.4%,不过保土效益呈现为增加状态,增加程度大82.4%。实施相关手段后的植被恢复、调水效益都低于未实施前,分别有10.6%和12.4%的降低幅度,但实施相关手段后保土效益值要比采取措施未实施前大,有82.4%的增长幅度。

项目建设初期,就实施了临时防护手段、植被措施、水土防治措施,这些措施在很大程度上减小了因施工而导致的水土流失,并对水土流失较严重的区域进行了很好的治理,因此在项目建设后期并未造成土壤的大量流失。如图2和图3所示为2000年～2015年期间此水利枢纽项目扰动地表面积、弃渣量、土壤侵蚀模数随时间的变化规律。从图2能够看出,在施工期内,扰动地表面积随着年限的增长而增长,当施工处于末期,各项工作完工后,扰动地表面积也不再增长,趋于稳定。从图3中能够看出,在施工期间内,弃渣量随着年限的增长呈现出先增大后减小的趋势,并于施工中期达到峰值；在项目建设开始阶段土壤侵蚀模数最大,在实施了各项水土保持措施后期逐渐减小,最后逐渐稳定。监测结果表示,植被和地表在运行期间不再受到人为的破坏,土壤侵蚀模数在实施了水土保持措施后渐渐保持不变,同时小于容许土壤流失量,体现了较好的保土效果,也验证了生态效应值在实施措施前要低于实施措施后是正确的。

图2 扰动地表面积随时间的变化

图3 土壤侵蚀模数和弃渣量随年份的变化规律

5 结论

本文以某水力枢纽工程为例,通过构建水土保持评价模型和评价指标体系来分析其水土保持的生态效应,主要得到以下结论：

（1）水电项目生态效应值在实施措施前（0.53）要低于实施措施后（0.6087）,后者较前者提高了14.8%,生态环境得到了很好的改善；实施措施后的植被恢复效益和调水效益都要比实施措施前要小,减小程度分别达到了10.6%和12.4%,不过保土效益呈现为增加状态,增加程度达82.4%。采取措施后调水效益和植被恢复效益值均低于采取措施前,降幅分别为12.5%和10.6%,但保土效益值采取措施后高于采取措施前,升幅82.4%。

（2）在施工期间内,弃渣量随着年限的增长呈现出先增大后减小的趋势,并于施工中期达到峰值；在项目建设开始阶段土壤侵蚀模数最大,在实施了各项水土保持措施后逐渐减小,最后逐渐稳定。