黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究——以宁夏地区为例.pdf

江西农业学报 2023，35（07）：143152ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.07.021黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究以宁夏地区为例钱 勇1，韩 利1，肖清明2，纪文涛1，吴 杨1，石元平3（1.国网宁夏电力有限公司 电力科学研究院，宁夏 银川 750002；2.国网宁夏电力有限公司，宁夏 银川 750002；3.紫光软件系统有限公司，北京 100084）摘 要:选取干旱风沙区与黄土丘陵区为研究区域，基于风力侵蚀和水力侵蚀2种主要侵蚀模式，通过试验分析研究了电网工程水土流失的影响因子及其主要机理；采用土壤肥力提升技术及土壤保墒技术相结合的方式促进植被恢复，系统性提出了适用于宁夏地区的水土流失治理方法，为推进宁夏地区电网生态高质量发展提供了理论支撑。关键词:黄土干旱区；电网工程；水土流失；水力侵蚀；风力侵蚀；植被恢复 中图分类号：S157 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）07-0143-10Study on Soil Erosion Mechanism and Control Method of Power Grid Project in Loess Arid Area:A Case Study of Ningxia QIANYong1,HANLi1,XIAOQing-ming2,JIWen-tao1,WUYang1,SHIYuan-ping3 (1.ElectricPowerResearchInstitute,StateGridNingxiaElectricPowerCo.,Ltd.,Yinchuan750002,China;2.StateGridNingxiaElectricPowerCo.,Ltd.,Yinchuan750002,China;3.UnisplendourSoftwareSystemCo.,Ltd.,Beijing100084,China)Abstract:ThearidsandyareaandtheloesshillyareaofNingxiawereselectedastheresearchareas.Basedonthetwomainerosionmodesofwinderosionandhydraulicerosion,variousinfluencingfactorsandmainmechanismsofsoilandwaterlossinpowergridprojectswerestudiedbyexperimentalanalysis.Thecombinationofsoilfertilityimprovementtechnologyandsoilmoistureconservationtechnologypromotedvegetationrestoration.ThemethodsofsoilerosioncontrolsuitableforNingxiaresearchareaweresystematicallyputforward,whichcanprovidetheoreticalsupportforpromotingthehigh-qualitydevelopmentofpowergridecologyinNingxia.Key words:Loessaridarea;Powergridproject;Soilerosion;Watererosion;Winderosion;Vegetationrestoration0 引言党的十八大以来，生态文明建设已经纳入国家“五位一体”总体布局，党的十九大报告明确指出：“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，要树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，把美丽中国 作为全面建成社会主义现代化强国的重要目标”。电网工程点多、面广、线长，电网工程建设过程中的土方开挖、植被砍伐、弃土弃渣等情况易造成水土流失。根据以往研究及实践表明，输电线路工程扰动区域水土流失防控及工程边坡植被修复不到位是电网工程长期存在水土流失问题的根源1。塔基周边开挖的扰动面积较大，表土剥离不到位、余土处置方案不合理、边坡植被恢复不到位、塔基顺坡溜渣等情形较为普遍，后期整改和植被恢复也非常困难；大部分的植被恢复措施多采用简单的人工植草（撒播草籽）方式，但在适生草种筛选不充分、抚育缺失、水土气生条件不满足时往往会出现成活率低、恢复缓慢、覆盖度低的问题，导致坡面细沟发育充分，造成水土流失加剧，破坏了周边景观及生态系统，难以满足水土流失防治的目标。西北宁夏地区是中国重要的少数民族聚集收稿日期：2023-04-19基金项目：国家电网有限公司科技项目“西部典型生态脆弱区输变电工程植被快速恢复技术研究及应用”(5200-202256093A-1-1-ZN)。作者简介：钱勇（1992），河南周口人，工程师，主要从事电网工程环境保护与水土保持新技术应用研究。江 西 农 业 学 报35 卷144区，也是黄河流域生态保护和高质量发展的重要先行区，该地区分布着广泛的生态脆弱区，具有系统抗干扰能力弱、对气候变化敏感、时空波动性强、边缘效应显著和环境异质性高等特点，因此，该地区的环境一经破坏就极难恢复2-4。目前，许多学者针对西北电网工程建设的水土流失治理进行了较多的研究工作5-7。雷磊等8通过分析西安平原地区输变电工程建设的水土流失特性以及项目建设与水土保持的关系，提出了一系列有针对性的水土保持措施，为将来建立水土流失数据库，减少电网建设水土流失提供了理论支撑；郑树海等9以甘肃酒泉湖南800kV特高压直流输电工程水土保持设施为例，分析了特高压输变电工程及其水土流失特点，总结了水土保持管理经验；吕学成等10通过对兰州乾县输变电工程水土流失特点的分析和总结，探讨了输变电工程水土保持监理工作的任务、内容和方法，阐述了当前水土保持工作中存在的问题并提出了建议；易仲强等11阐述了西藏输变电类生产建设项目的现状及特点，对施工过程中侵占土地及损坏地表植被、开挖填筑及碾压、临时堆土和弃渣等水土流失环节进行了综合分析，并对如何合理有效地进行水土流失防治提出了新的思路，为西藏后续输变电类项目建设提供参考。目前，国家对生态环境的监管更加严格，“双碳”目标对提升脆弱区生态保护力度提出了全新的要求，也对输变电建设项目全面落实水土保持提出了更高的目标。然而，现有的研究成果及与电网建设相关的水土保持技术难以满足高质量发展的要求，因此，亟须系统开展西北地区生态脆弱区的输变电工程水土流失治理研究。基于此，本文系统性提出了宁夏黄土高原地区水土流失机理及其治理方法，以期为推进宁夏地区电网生态高质量发展提供理论支撑。1 研究区概况宁夏位于我国西北干旱半干旱过渡地带，地处黄河上游地区，东部和东南部与陕西省及鄂尔多斯高原、毛乌素沙漠相连，北部和西北部与内蒙古腾格里沙漠镶嵌，是黄河上游重要的生态屏障区。根据宁夏地区地形地貌情况对研究区域进行细分，其中宁夏中北部地区的干旱草原风沙区以风力侵蚀为主，即风力侵蚀的代表性区域；宁夏南部的黄土丘陵沟壑区以水力侵蚀为主，即水力侵蚀的代表性区域。经过严格筛选，妙岭750kV输变电工程的线路路径正好跨越上述2个区域，故选取该工程作为本研究的试点。干旱草原风沙区的试验点（试点1）选择了宁夏吴忠市红寺堡区妙岭750kV输变电工程的A1塔基和A2塔基，这2处塔基所在位置均属干旱草原风沙区，塔基位于平缓区和小型边坡上，坡度015，坡长04m，土壤成分以灰钙土和栗钙土为主，夹杂少量碎石，土层厚度20cm。B1号塔基属黄土丘陵沟壑区，塔基位于沙盖基岩台地，土壤成分以岩成黄土为主，夹杂大量碎石，土层厚度不足1m。图1 A1号干旱草原风沙区塔基试验点位置示意图图2 A2号干旱草原风沙区试验点位置示意图图3 B1号黄土丘陵沟壑区塔基试验点位置示意图2 黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法通过对西北地区电网工程水土流失治理现状7 期145钱勇等：黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究以宁夏地区为例的研究和分析，同时考虑西北地区电网建设水土流失治理面临的长期性与系统性特征，提出了黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法，详细框架见图4。该方法包含了2个层次，分别为技术层与实践层，其中技术层主要为黄土干旱区坡面塔基水土流失特征研究，本文基于风力侵蚀、水力侵蚀2种主要侵蚀模型，采用试验分析法研究了电网工程水土流失的影响因子及其主要机理；实践层为黄土干旱区电网工程治理恢复方法研究，主要针对黄土干旱区电网工程建设范围内土壤肥力提效方法及保墒方法进行系统研究。最后，采取工程措施与非工程措施相结合的方式解决水土流失的问题，系统性提出了适用于宁夏地区的水土流失治理方法。图4 黄土干旱区水土流失机理及治理方法的框架图3 黄土干旱区坡面塔基水土流失特征研究基于风力侵蚀及水力侵蚀对干旱草原风沙区风蚀及黄土丘陵沟壑区扰动前后的水力侵蚀强度进行监测和预测，研究分析塔基施工扰动单元的水土流失的主要限制性因子以及黄土干旱区坡面塔基施工扰动单元的水土流失特征。3.1 黄土干旱区电网工程水土流失机理特征黄土干旱区电网工程侵蚀环境是指在电网工程水土流失责任范围内可能造成水土流失的环境。侵蚀环境是影响电网工程水土流失的主要原因，可以分为自然和人为2种影响因子，其中自然影响因子主要包括植被覆盖、土壤、地形地貌和地质条件等，人为影响因子是造成其严重侵蚀的主要环境因素。黄土干旱区电网工程侵蚀环境划分为侵蚀动力系统、侵蚀对象、侵蚀单元3个部分，侵蚀动力系统包括水力作用、风力作用；侵蚀对象是指工程区域范围内的原始地表物、余土弃渣、岩土混合物等；侵蚀单元根据实际情况划分为塔基区、施工道路区、牵张场区，具体见图5。图5 黄土干旱区电网工程侵蚀环境组成从建设阶段来看，不同时期的施工导致电网工程水土流失呈现出不同的阶段性特征。将电网工程线路划分为施工期和自然恢复期，其中施工期又包括施工准备和基础施工2个方面。通过对宁夏黄土干旱区电网工程在不同建设阶段的水土流失量（表1）和侵蚀模数（表2）进行比较可知，各电网工程在施工期的水土流失量和土壤侵蚀模数均大于自然恢复期，施工期的水土流失量可达自然恢复期的1.316.1倍，施工期的侵蚀模数是自然恢复期的1.525.3倍；各电网工程施工期的水土流失占比达55.0%以上，最高为89.7%，其中站区和塔基区施工期的水土流失量占比均高于其他侵蚀单元，电网工程的水土流失多集中于施工期，施工阶段是发生水土流失的主要阶段，在塔基面开挖过程中，产生的土石堆在风力、水力作用下易发生流失。综上，施工期水土流失强度是输变电工程水土流失的主要特点之一。从不同侵蚀单元上看，各工程在站区、塔基、道路3个侵蚀单元的水土流失量较大，而牵张场、生产生活区由于受人为扰动小，水土流失相对较弱。施工期3个工程的站区、塔基区、道路区、牵张场区、生活区占总水土流失量的比重分别为24.03%、41.74%、27.52%、5.74%、0.98%。3个工程中塔基区域水土流失量占比最大的为41.74%，水土流失量为最低水土流失区域的42.42倍，站区和道路区域的水土流失量分别是最低水土流失区域江 西 农 业 学 报35 卷146的24.43和27.96倍,因此，不同侵蚀单元水土流失差异大，其中塔基区和站区的水土流失最为严重。3.2 黄土干旱区塔基土壤侵蚀强度分析3.2.1 干旱草原风沙区塔基风蚀强度测算 在塔基风蚀量监测点连续观测、室内风蚀物测试分析的基础上，分析人工蓄水保墒措施（不同土壤改良的植生基质梯度处理及地表覆盖处理）及人工恢复植被条件下的土壤风蚀量特征，并与未处理的扰动区及原生植被区进行对比，定量评价其防治土壤风蚀的效应。以风蚀监测点为中心沿周边设置试验小区，定期（8、10月以及次年风蚀量较大的6月）测定土壤的风蚀量特征、表层土壤水分含量、植被盖度（地上生物量）变化，为定量评价提供理论依据。此外，对土壤中N、P、K及有机质含量可能因风蚀发生的空间变异进行定期采样测定。观测场地按20m20m设置，观测设施应布设有序、互不干扰、对大气通行无阻碍。风蚀盘设置在周围，不影响集沙的距离，以迎主要风向为主设置，3个方向布设。表1 黄土干旱区部分电网工程不同阶段的水土流失量 t建设区域中卫卧龙110kV送出平罗电厂750kV送出古峰330kV输变电施工期恢复期施工期恢复期施工期恢复期站区47.633.9210.059.0634.043.0塔基区1.51.0855.0351.0692.0100.0道路区0.80.4868.0362.0152.024.0牵张场/209.087.04.03.0生活区7.55.129.08.0/合计56.840.82171.0867.01482.0170.0 表2 黄土干旱区部分电网工程不同阶段的侵蚀模数 t/(km2a)建设区域中卫卧龙110kV送出平罗电厂750kV送出古峰330kV输变电施工期恢复期施工期恢复期施工期恢复期站区200080019008004050400塔基区25001050190080010100400道路区200080019008005120400牵张场/19008001043343生活区15005051900800/合计800031551330040002031315433.2.2 施工扰动水土流失强度 干旱草原风沙区A1塔基及其周边的有效降水量约为55mm，对地表的土壤侵蚀影响较小，可忽略不计，且塔基区较为平坦，整个区域产生的土壤侵蚀量可视为风蚀量进行测算分析。本研究使用修正风蚀方程（RWEQ）作为黄土干旱区风蚀的计算模型，计算公式为：Qw=2xs2Qmaxexp-(xs)2 （1）Qmax=109.8WFEFSCFK COG （2）s=150.71(WFEFSCFK COG)-0.3711（3）式（1）式（3）中Qw的单位为kg/m2，需要换算成统一的计量单位 t/(km2a)，s为达到最大土壤转移量63.2%处的地块长度，WF为气候因子(kg/m)，EF为土壤可蚀性因子（无量纲），SCF为土壤结皮因子（无量纲），K 为土壤糙度因子(cm)，COG为结合残茬因子（无量纲），x为模拟区域上风向不可侵蚀边界到计算点的距离(m)。通过现场插钎法实验监测数据，测得单个塔基施工扰动单元在811月的土壤侵蚀深度，其中塔基扰动区Z1为4mm，原始植被区Z2为1.3mm，使用风蚀强度式（1）对其进行测算，得到的计算公式为：Q*w=Z1.31000 （4）式（4）中，Z为扰动区深度。根据计算，扰动区风蚀强度为5.20103t/km2，原始植被区风蚀强度为1.69103t/km2，扰动区的风蚀强度为原始植被区的近3倍，各扰动单元的风蚀强度见图6。由图6可知，土壤风蚀强度最大的为塔基区，其为未扰动的原始植被区的3.08倍；施工道路区的土壤风蚀强度第二，为原始植被区的1.54倍；牵张场区的扰动影响较小，其土壤风蚀强度为原始植被区的1.23倍。7 期147钱勇等：黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究以宁夏地区为例图6 黄土干旱区单个塔基施工扰动单元的土壤风蚀强度3.3 黄土丘陵沟壑区塔基水蚀强度分析采用插钎法在主要水蚀季节（79月）测试B18塔基试验点附近扰动区和原生植被区的实际土壤流失量，根据 生产建设项目土壤流失量测算导则(SL7732018)推荐的地表翻扰型一般扰动地表土壤流失量测算方法12计算水蚀强度，计算公式为：Qs=RNKLSBETA （5）式（5）中，Qs为年平均土壤水蚀模数t/（hm2a），R为降水侵蚀力因子，A为水土流失区投影面积。N为地表翻扰后土壤可蚀性因子增大系数，取值为2.13，K为土壤可蚀性因子，L为坡长指数，S为坡度指数，B为植被措施因子，E为工程措施因子，T为耕作及整地措施因子。降水是水力侵蚀发生的外部诱因，水蚀最严重的地方一般为降雨量不是很大，但雨季集中、多暴雨，短时降雨强度大，同时植被条件又不好的半湿润半干旱地区，黄土丘陵沟壑区就属于此类典型区域。根据插钎法在11月份现场调查黄土丘陵沟壑区的侵蚀量，评估扰动区土壤侵蚀强度。测得扰动区811月的土壤侵蚀强度（图7），其中塔基扰动区水蚀强度为7.33103t/km2，原始植被区水蚀强度为2.60103t/km2，塔基扰动区水蚀强度同样约为原始植被区的3倍。图7 黄土丘陵区单个塔基施工扰动单元土壤风蚀强度由图7可知，黄土丘陵沟壑区电网工程塔基区、施工道路区及牵张场区等单个塔基施工扰动单元中，土壤水蚀强度最大的同样为塔基区，其为未扰动的原始植被区的2.94倍；施工道路区的土壤风蚀强度第二，为原始植被区的2.50倍，牵张场区的扰动影响较小，其土壤风蚀强度为原始植被区的1.56倍。因此，黄土丘陵沟壑区塔基扰动区的地形因子及植被覆盖度整体最为不利，这与塔基扰动区多出现在丘陵地貌的山腰及山脊线上有关，且在整个工程施工建设期塔基扰动区受到反复扰动的频率更高，地表相比于牵张场区与施工道路区的裸露程度更为严重。综上所述，本研究依托的妙岭750kV输变电工程在黄土干旱区水蚀区的整体土壤侵蚀强度大于在风蚀区的整体土壤侵蚀强度，2个侵蚀类型区内的侵蚀强度大小规律基本一致。3.4 黄土干旱区电网工程坡面塔基施工扰动水土流失影响因子根据前述对黄土干旱区水土流失的相关监测及预测可知，干旱草原风沙区电网工程坡面塔基施工建设的扰动面积大、强度高，塔基区扰动后的土壤侵蚀模数达到了原始未扰动区的3倍左右，风蚀量大增。因此，干旱草原风沙区施工准备期及施工期间各种施工扰动以及采取的环水保措施均是水土流失的决定性影响因子。根据风蚀强度研究结果，干旱草原风沙区风蚀因子一般包括起沙风速、地表粗糙度、土壤可蚀性、土壤含水率。从单个坡面施工扰动单元中包含的塔基区、牵张场区、施工道路区等水土流失防治分区（不同侵蚀子单元）上看，在塔基区、施工道路区等2个侵蚀子单元的水土流失量较大，而牵张场区由于施工行为较少，仅以机械车辆少量压占扰动为主，因而整体人为扰动小，水土流失相对较弱。干旱草原风沙区的塔基区、施工道路区的水土流失强度为牵张场区的1.22.5倍。干旱草原风沙区电网工程单个塔基施工扰动单元不同侵蚀子单元的主要区别体现在植被盖度、临时苫盖面积比例、开挖扰动余土量等指标参数上（表3）。通常电网工程在施工过程中以塔基区扰动破坏最大，导致土壤含水率及地表粗糙度施工前后改变较大，且因塔基区施工场地小，占地使用频繁，临时措施不能及时应用，从而造成了风蚀较大；而牵张场区的扰动面积比例较小，且往往因采用彩条布铺垫江 西 农 业 学 报35 卷148等临时苫盖措施，土壤含水率、地表粗糙度在施工前后改变较小，故而风蚀量最小；施工道路区的风蚀量介于塔基区与牵张场区之间。表3 干旱草原风沙区电网塔基扰动单元风蚀影响因子风蚀直接影响因子塔基施工扰动单元（扰动中）塔基区施工道路区牵张场区起沙风速：季节、地形施工季节施工季节施工季节地表粗糙度：植被盖度、临时苫盖物场平及基坑开挖破坏、临时苫盖面积比例、后期植被恢复盖度道路选线、道路开挖植被破坏、临时苫盖面积比例、后期植被恢复盖度场平对地表植被的破坏、临时苫盖面积比例、后期植被恢复盖度土壤可蚀性：土壤粒径组成、紧实度场平及基坑开挖扰动余土量、表土或客土回覆量、土地整治压实度道路开挖扰动余土量、道路边坡压实度场平扰动余土量、土地整治压实度土壤含水率：覆盖阻断蒸发、土壤容重与孔隙度、降水和气温及风速土地整治压实度、表土或客土回覆量、临时苫盖面积比例临时苫盖面积比例土地整治压实度、临时苫盖面积比例由图8可知，干旱草原风沙区施工扰动前后的土壤测定数据变化的相关性分析结果表明，土壤容重与土壤含水率具有较强的相关性。施工3个月后，土壤容重整体有所降低，土壤含水率也同步有所降低；表明施工行为的破土效应在某种程度上加速了土壤水分的蒸散。a：施工扰动前；b：施工3个月后。图8 干旱草原风沙区施工前后土壤容重与含水率的相关性分析综上，干旱草原风沙区施工扰动侵蚀影响因子综合确定为：施工季节的不同、植被恢复（含保留）覆盖度及临时苫盖面积比例、开挖扰动余土量、表土或客土回覆量、土地整治压实度。3.5 黄土丘陵沟壑区电网工程坡面塔基施工扰动水土流失影响因子黄土丘陵沟壑区电网工程塔基单元施工扰动水蚀主要影响因子包含：施工扰动面积、地形因子（坡长和坡度）、工程措施因子、植被覆盖因子（包括临时苫盖）、土壤可蚀性因子。考虑到黄土丘陵沟壑区电网工程塔基单元扰动前原有植被主要以稀疏灌木或草地为主，故工程施工扰动地表计算单元新增土壤水蚀量原则上可参考标准SL7732018中推荐的公式进行计算，计算公式为：Qs=(NBE-B0E0)RKLSA （6）式（6）中，扰动区域与原始区域在工程塔基开挖扰动前后取值不同、植被覆盖因子B、B0开挖扰动前后及自然恢复期的取值不同，临时苫盖措施的取值可对应植被覆盖因子，开挖扰动前后的取值不同；工程措施因子E及E0，开挖扰动前后的取值不同。根据水蚀公式及黄土丘陵沟壑区电网工程坡面塔基不同侵蚀子单元的立地条件，统计分析各子单元的水蚀影响强度及因子，开挖扰动因立地条件不同而有所差异；塔基区、施工道路区扰动面积比例在施工扰动前后取值变化较大；地形因子本身对水蚀模数影响较大；植被覆盖因子（采取临时苫盖）在施工扰动前后取值变化较大，工程措施（整地、截水沟等）在施工中和施工后取值变化较大。从塔基区、牵张场区、施工道路区等侵蚀子单元上看，本研究依托工程在塔基区、施工道路区2个侵蚀单元的水土流失量较大，而牵张场区由于7 期149钱勇等：黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究以宁夏地区为例受人为扰动小，水土流失相对较弱。根据实测值，黄土丘陵沟壑区的塔基区和道路区水土流失强度为牵张场区的1.61.9倍。对于黄土丘陵沟壑区电网工程坡面塔基扰动地而言，建设过程中将会产生大量的挖方、填方，使原地形、地表植被和土壤结构遭受人为干扰和破坏，从而使得地表的抗蚀力下降，引发和加速水土流失。由于施工场地平整、施工道路及基础开挖，各类开挖扰动导致原地表植被受到扰动和破坏，随着施工扰动面积的增大加大了地表裸露及土壤可蚀性；尤其是坡面施工余土堆存面积的加大导致侵蚀强度加大，且塔基及道路施工还增大了局部地形坡度；扰动后相比原有的土壤侵蚀模数加大了2.53.0倍。塔基区扰动后相比原有的土壤侵蚀模数，达到3.0倍左右。综上，黄土丘陵沟壑区不同防治分区施工扰动侵蚀影响因子为：施工扰动面积比例、地形因子（主要影响开挖量及余土堆存面积、因子本身对侵蚀强度影响最大）、工程措施（如余土堆放、拦挡，水平阶整地，影响扰动面积及侵蚀强度）比例、植被恢复（含保留）覆盖度及临时苫盖面积比例、开挖余土量、表土或客土回覆量、土地整治压实度；黄土丘陵沟壑区边坡塔基施工扰动主要侵蚀影响因子为：施工扰动面积比例、地形因子（主要影响开挖量及余土堆存面积）、工程措施比例（余土堆放、拦挡，影响扰动面积及侵蚀强度）、临时苫盖面积比例、植被恢复（含保留）覆盖度。4 黄土干旱区电网工程治理恢复技术研究结合前述对黄土干旱区水土流失机理特征及影响因子的分析结果，对主要影响因子进行治理恢复技术研究，主要包括扰动区土壤含水率、氮、磷、钾等水肥因子。针对黄土干旱区土壤少氮缺磷的状况，在土壤肥力提升方面确定了复合肥用量1015g/m2，实现扰动区域土壤肥力的快速提升；另一方面通过采用不同的保水剂、粘接剂梯度实验，筛选植被恢复效果更好、土壤保水效果更好的基质配方以及保水材料的最佳施用量，实现扰动区域雨水的高效利用，并形成优化的黄土丘陵沟壑区基质配方和干旱草原风沙区基质配方。在保墒技术方面，通过对与植被恢复相结合的无纺布、水凝胶新材料的水土流失阻控效果研究表明，无纺布覆盖措施及水凝胶喷施措施可保蓄雨水，减少水分散失，相比对照可有效提高土壤水分的含量，均能显著减少水土流失强度并促进植被恢复。最终通过将优选的黄土干旱区植物配方与整地措施以及覆盖无纺布、水凝胶喷施等覆盖措施相结合，制定出植被快速恢复与不同覆盖材料与整地措施相结合的低扰动施工技术。4.1 黄土干旱区土壤改良技术研究4.1.1 原状土壤性质研究 宁夏地区属于我国半荒漠和荒漠土壤地区，其土壤的主要类型为灰漠土（北部、中部），其余还包括灌淤土（黄河沿线）、绵土（南部）、灰褐土（南部少量）、栗钙土（南部少量）。取样测定黄土干旱区电网工程典型塔基区周边原状土壤的性状特征，在塔基区及其周边3个区域采用环刀取样法采集土壤表层020cm深度的原状土壤样品，通过称重后减去环刀质量即可得土的质量，除以环刀的容积即为土的体积，进而可求得土壤的容重，其他指标采用便携式速测仪器，测量土壤含水量、土温、电导率等判断性基础指标（表4）。总体而言，土壤含水率及有机质含量均较低，需进行改良，改良土壤保水保墒功能，促进旱生植物萌发。表4 干旱草原风沙区改良前的土壤指标塔基编号分区土壤含水量/%土壤容重/(g/cm3)有机质含量/(g/kg)速效氮含量/(mg/kg)速效磷含量/(mg/kg)速效钾含量/(mg/kg)B95塔基区7.81.360.7281026塔基外植被区8.21.410.8681127B18塔基区16.31.371.2081026塔基外植被区13.81.421.70912314.1.2 黄土干旱风沙区土壤肥力提升试验 试验小区在A1塔基附近进行现场试验，植生基质配方设置5个梯度(A1A5)与1个对照(A6)。植生基质主要包括蓄水保墒的保水剂、粘接剂、有机种植土等，其中保水剂、粘接剂均为有机树脂，吸水膨胀系数极高，可有效改善土壤的吸附力，有机种植土可改善沙地团粒结构，增加持水能力（表5）。通过对不同基质配方下植被存活情况进行现场调查，结果表明不同基质梯度下存活株数具有显著差异（图9），其中多年生禾草、多年生杂类草、江 西 农 业 学 报35 卷150一二年生豆科等的总存活株数在不同基质处理间均存在明显的差异；A2A4处理的总存活率均较高，A2A4处理的多年生禾草、一二年生禾草、一二年生杂草类存活株数与A1、A5、A6处理的有明显的差异，A3和A4处理的多年生豆科、一二年生豆科与其他基质梯度有明显的差异。因此，A2A4处理采用的保水剂、粘接剂能较好地满足禾草类生长对水分的要求，豆科植物对水分的依赖相对较小。表5 干旱草原风沙区植生基质配方梯度设计 g/m2处理复合肥粘接剂保水剂黄腐酸钾有机肥A1100200A2102000A31020150A410201515A51002015A610000存活数/株图9 干旱风沙区不同基质配方梯度、不同类型草种的单位面积存活株数4.1.3 黄土丘陵区土壤肥力提升试验 基质配方设置4个梯度(D1D4)与1个对照(D5)。植生基质主要包括蓄水保墒的保水剂、粘接剂、有机种植土等，其中保水剂、粘接剂均为有机树脂，吸水膨胀系数极高，可有效改善土壤的吸附力，有机种植土可改善沙地团粒结构，增加持水能力(表6)。由图10可知，其中D2D4处理与D1、D5（对照）处理的总存活株数具有明显的差异，且存活率均较高，D2D3处理的多年生禾草、多年生豆科、一二年生杂草类保存率与D1、D4、D5处理的均有显著差异；D2D4处理的多年生杂草、一二年生豆科与D1、D5处理有明显的差异。因此，D2D3处理基质采用的保水剂、粘接剂量能较好地满足禾草类生长对水分的要求，而豆科植物对水分的依赖相对较小。表6 黄土丘陵沟壑区植生基质配方梯度设计 g/m2处理复合肥粘接剂保水剂黄腐酸钾有机肥D1100200D21015150D310151510D41002010D510000存活数/株图10 黄土丘陵沟壑区不同基质配方梯度、不同类型草种单位面积存活株数4.2 黄土干旱区保墒技术试验研究4.2.1 无纺布覆盖保墒室内试验 试验在3个长54cm，宽28cm，高6cm的侵蚀槽内，采集黄土干旱区干旱草原风沙区B95塔基附近的风沙土，土壤7 期151钱勇等：黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究以宁夏地区为例容重为1.47g/cm3，土壤含水率约为7.5%。将土铺设于侵蚀槽内，厚度约8cm，3个侵蚀槽设置坡度为30，处理F1铺设无纺布规格10g/m2，处理F2铺设无纺布规格为20g/m2，CK为不覆盖无纺布。浇水后测得土壤含水率约为26.2%，在1周后测量土壤含水量并进行分析。由表7可知，无纺布10g/m2覆盖下含水量单均约10.8，而无纺布20g/m2覆盖下含水量为单均12.6%，2个处理与CK相比具有显著差异，其均提高了土壤含水量；20g/m2的无纺布能起到更好的保墒效果，含水量增加了60%以上，可以在黄土干旱区进行实际应用。表7 无纺布覆盖对土壤含水量影响分析处理无纺布规格/(g/m2)含水量/%重复1重复2重复3F11010.811.310.5F22012.613.112.3CK不覆盖7.67.97.44.2.2 水凝胶喷施保墒室内试验 采用分子量300400万的聚丙烯酰胺(PAM)制作水凝胶，设计润湿深度均为5mm，PAM水凝胶的配置浓度分布为1、5g/m2，并设置CK，不添加PAM只配置水，用量5L/m2。干燥1周后测量土壤含水量并进行分析。不同喷施梯度的水分含量具有明显的差别，PAM水凝胶喷施浓度为1、5g/m2时，均能达到较高的含水率（表8）。表8 水凝胶溶液对土壤含水量影响分析组别PAM配方梯度/(g/m2)含水量/%重复1重复2重复3G1113.913.614.2G2516.216.515.9CK08.68.98.5室内试验结果表明，采用PAM水凝胶喷施浓度为1、5g/m2时，均能达到较高的持水量，与CK相比具有明显的差异，均能显著增加土壤含水量；同时2个浓度之间的土壤含水量也具有显著差异，可在黄土干旱区进行实际应用。4.2.3 黄土干旱区土壤改良技术现场应用 主要在干旱草原风沙区开展应用土壤改良技术的土壤含水量持水效果试验，对A1A6处理基质配方梯度采用了4个组合覆盖梯度，形成正交试验。试验前1天与当天上午9点将所有测试小区均浇水1L/m2，约30h后，于第2天下午3点进行土壤含水量测定和数据统计，并进行方差分析和多重比较。由图11可知，在相同基质梯度条件下，采用无纺布覆盖及喷施水凝胶均与不覆盖具有显著差异，且无纺布覆盖与单独喷施水凝胶也有显著差异；采用无纺布覆盖含水量可达14.5%，比只采用水凝胶覆盖高出14.0%左右；采用水凝胶覆盖含水量达到12.7%，对照（不覆盖）含水量为5.8%8.5%；采用无纺布覆盖比对照提高50%85%。因此，在有条件的地区推荐采用无纺布覆盖，因人为破坏或通电运行期间不适宜无纺布覆盖的区域可采用水凝胶结合浇水进行植被恢复。图11 干旱草原风沙区土壤含水量分析5 结论（1）本文系统提出了宁夏黄土高原区水土流失机理及治理方法。该方法主要由黄土干旱区坡面塔基水土流失特征研究、黄土干旱区电网工程治理恢复技术研究2个部分组成。该方法是解决“双碳”发展背景下国网工程建设中水土流失、生态环境等问题的重要研究，是贯彻新时期高质量发展思路、落实宁夏高质量发展先行区建设的实践和创新。（2）根据黄土干旱区坡面塔基水土流失特征研究成果，得出干旱草原风沙区塔基主要施工扰动侵蚀影响因子包括：施工扰动投影面积比例、临时苫盖面积比例、植被恢复（含保留）覆盖度、开挖扰动余土量。黄土丘陵沟壑区施工扰动水蚀响因子依次为：施工扰动面积、地形因子（坡长坡度）、工程措施因子、植被覆盖因子（包括临时苫盖）。整体上看，黄土干旱区电网工程在施工期的土壤侵蚀模数均大于自然恢复期的，塔基区施工期的侵蚀模数是自然恢复期的3.0倍。对于相同地貌类型，不同施工地段侵蚀单元所造成的土壤侵蚀强度各不相同。塔基区、施工道路区的土壤侵蚀模数高于江 西 农 业 学 报35 卷152牵张场区的。从不同地理分区上来看，相同的侵蚀单元，黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀模数均大于干旱草原风沙区的，是干旱草原风沙区的1.23倍。（3）结合黄土干旱区坡面塔基水土流失特征的研究成果，针对主要的影响因子进行试验研究并提出了土壤肥力提升及土壤保墒技术，这对治理宁夏地区电网建设的水土流失问题具有重要的现实意义。在土壤肥力提升方面，针对土壤少氮缺磷的状况，通过测土配方，增加复合肥用量1015g/m3，改良后的种植区土壤速效氮经检测不低于15mg/kg，速效磷不低于12mg/kg，即可满足种子发芽及持续生长的需求。此外，通过施用保水剂、粘接剂可提高土壤增加保肥功能。在保墒技术方面，采用无纺布覆盖及喷施水凝胶均与不覆盖具有显著差异，且无纺布覆盖与单独喷施水凝胶也有显著差异，均能改善土壤含水量。因此，有条件的地区推荐采用无纺布覆盖，不允许无纺布覆盖的地区可采用水凝胶结合浇水进行植被恢复。此外，基质配方本身也具有较好的持水性。参考文献：1 丰佳,潘明九,顾晨临,等.山丘区输变电工程基础施工优化对于水土流失的影响 J.水利水电技术:中英文,2021,52(S2):486-489.2 王得祥.西北地区退耕还林（草）及其植被恢复途径研究 D.杨凌:西北农林科技大学,2001.3 刘海霞,常文峰.机遇、挑战、对策:“一带一路”背景下西北地区生态文明建设 J.西北工业大学学报:社会科学版,2017,37(4):44-49.4 苏冰倩,王茵茵,上官周平.西北地区新一轮退耕还林还草规模分析 J.水土保持研究,2017,24(4):59-65.5 孙景博,王阳,杨晓帆,等.中国风光资源气候风险时空变化特征分析 J.中国电力,2023,56(5):1-10.6 廖邢军,冯勇,王兴刚,等.乌东德500kV送出工程水土保持措施设计探讨 J.武汉大学学报:工学版,2021,54(S2):261-264.7 李莉,郑树海.特高压输变电工程水土保持设施自主验收实践 J.中国水土保持,2020(10):13-16.8 雷磊,吴健,袁园,等.西安平原地区输变电工程建设中水土流失成因分析与防治措施研究 J.陕西电力,2012,40(12):75-78.9 郑树海,黄静.特高压直流输变电工程水土保持管理经验 J.中国水土保持,2019(2):16-18.10 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