水土流失量预测工作中的实地测量技术.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER33第 40卷第 4期0 引言工程建设活动对生态环境具有破坏性，例如降低水土保持功能，引起明显的水土流水问题1，若防治措施不合理或防治缺乏及时性，将进一步加剧水土流失，不利于生态环境和工程项目的持续发展。准确预测水土流失量并根据预测结果进行管控极具必要性，其中实地测量技术属于水土流失量预测中的常见方法，预测结果较为准确，对水土流失管控有参考作用，对此项技术进行探讨具有必要性。1 水土流失的成因自然因素和人为因素是水土流失的两大关键成因，各自包含诸多细分因素2，具体做如下分析：1.1 自然因素自然因素包含降雨、土壤与母质、地形地貌、植被等多项细分因素。自然因素引起水土流失属于自然现象，仅凭借人为手段难以实现对自然因素的有效控制，但若加强分析，可摸索其规律，根据因地制宜的原则采取管控措施，缓解自然因素引起的水土流失问题3。1.1.1 降雨雨水对土壤有侵蚀作用，加之雨水下落时的冲击力，引起水土流失。例如，雨滴的击溅将持续侵蚀地表，降雨汇聚后形成地表径流，地表在水土流失量预测工作中的实地测量技术谢宇，张连刚（浙江清源工程技术有限公司，浙江 杭州 310020）摘要：建设工程中一系列施工活动中，使原有的水土保持功能降低，甚至完全丧失，造成新增加的水土流失。如不及时采取有效的防治措施，项目区内的水土流失必将加剧。首先介绍了造成水土流失的成因，阐述了现有水土流失预测方法，并结合具体工程实例，详细探讨了水土流失量预测工作中的实地测量技术，得到了水土流失量，有效地预防和控制了工程建设造成的水土流失，以期解决水土保持的难题，进而丰富水土保持防治方法和技术体系。关键词：水土流失；实地测量；预测；计算方法中图分类号：S157.1文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)04-0033-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.009On Site Measurement Techniques in Predicting Soil ErosionXIE Yu,ZHANG Liangang(Zhejiang Qingyuan Engineering Technology Co.,Ltd,Hangzhou 310020,China)Abstract:A series of construction activities in construction projects have reduced or even completely lost the original function of soil and water conservation,resulting in new soil erosion.If effective prevention and control measures are not taken in a timely manner,soil erosion in the project area will inevitably intensify.Firstly,the causes of soil erosion were introduced,and the existing methods for predicting soil erosion were elaborated.Combined with specific engineering examples,the field measurement techniques in predicting soil erosion were discussed in detail,and the amount of soil erosion was obtained.This effectively prevented and controlled soil erosion caused by engineering construction,aiming to solve the problem of soil and water conservation and enrich the methods and technical system for soil and water conservation prevention and control.Keywords:soil erosion;field measurement;prediction;method of calculation收稿日期：2023-04-14作者简介：谢宇（1987-），男，江苏扬州人，工程师，主要从事水利工程相关工作。*34云南水力发电2024 年第 4 期水的流动过程中遭到冲刷，引起较为严重的水土流失4。1.1.2 土壤与母质土壤受到外部因素的侵蚀后，出现水土流失。不同土壤类型对抗侵蚀的能力存在差异，此特性主要取决于土壤的可蚀性和抗蚀性，具体又受到土壤结构、土壤组成、有机质含量等多项因素的共同影响5。土壤母质对土壤类型、风化产物等均有显著影响，同时与崩塌、滑坡等侵蚀活动紧密相关。母质的影响与岩性有关，具体考虑岩石的透水性、风化性、坚硬性等条件。1.1.3 地形地貌地形地貌因素包含地面坡度、坡向、坡长、绝对高度等，诸如此类细分因素均会对水土流失造成不同程度的影响6。其中，地面坡度是径流冲刷能力的决定性因素，坡度的陡峭或平缓则与滑移面的正压力存在关联。因此，在所有影响水土流失的地貌因素中，坡度属于最为关键的因素。1.1.4 植被植被具有涵养水土、缓解水土流失的作用，若破坏植被，易引起严重的水土流失问题。植被涵养水土的机理具有多样性7，例如根层的抗冲效应、枯落物层的作用、冠层的截流作用，或是多种作用结合后产生的减沙、减流效应。不同类型的植被所带来的防土壤侵蚀能力不尽相同，其中以森林和草被的效果较好。1.2 人为因素人为因素引起水土流失的机理在于：生产建设活动产生的扰动迫使地貌和地面植被受损，从而表现出不同程度的水土流失。在乱砍滥伐、陡坡开荒等活动的影响下，破坏原本相对稳定的生态环境，伴随水土流失现象。在社会经济持续发展进程中，水土流失更为明显，例如城市基础设施的大规模建设、公路及铁路的长里程修建、煤矿资源的开采均有可能造成水土流失。以开挖边坡、采石放炮等工程活动为例，坡面的稳定性和完整性将由于工程活动而受到影响，产生诸多破碎面，存在于坡面系统的各项要素出现异常，坡面植被受损、土壤遭到侵蚀，引起水土流失。相比引起水土流失的自然因素，人为因素更具可控性，规范各项建设活动、严格控制活动的规模及影响范围均是可行的措施。但受利益的驱使，部分人员侧重对效益的追求而忽略对自然环境的保护，毫无节制地进行项目开发，引起水土流失。由此表明，在针对水土流失各项成因的管控中，人为因素属于重点管控对象，采取强有力的管控措施势在必行。2 水土流失的预测方法水土流失受到专业人士乃至社会各界的高度关注，与水土流失有关的研究正持续进行。现阶段，水土流失预测的研究成果颇为丰富，例如存在各式各样的水土流失预测方法可供选择8。不同地区的自然环境存在差异，水土流失的预测条件均有特殊性，需要结合实际情况评价各类方法的可行性，做到优中选优。同时，水土流失相关数据的计算方法也极为重要，有关人员需妥善选择、准确计算，获得可靠的水土流失预测结果。根据理论扎实、实践经验丰富、科学可行的基本原则选择水土流失的预测方法。以铁路工程为例，可采取如下方法。2.1 数学模型法在毁坏的坡耕地、坡度较小的堆渣等场地的土壤侵蚀量预测中可采用数学模型法，其中最为常见的是美国通用土壤流失方程9。需强调的是，该方法在应用中涉及到丰富的参数，且数据的区域性较强，可能有预测结果缺乏说服力的情况，因此在水土流失中的应用相对较少。2.2 经验估算法以土壤侵蚀分类分级标准为依据，对特定区域进行水土流失等级的评价，在求取土壤侵蚀量时采取的是面积顺应相乘的方法，期间掺杂大量主观因素，结果的可信度有限10。若要采用经验估算法，则必须保证土壤侵蚀模数的合理性，为此需邀请多名资深专家学者参与其中，对数据的可靠性进行评估；同时还需注重水土流失等级的精细划分，以便获得更加准确的水土流失预测结果。2.3 实地测试法以试验、监测等手段预测水土流失量11，在项目区规划土壤流失观测场，在天然降雨条件下谢宇，张连刚 水土流失量预测工作中的实地测量技术35组织试验检测、预测工作，或结合当地的气候条件人工模拟降雨试验，确定土壤流失模数。相比前述提及的两种方法，实地测试法的预测结果更具说服力，属于水土流失预测领域的优质方法。3 工程实例某建筑工程项目，用地面积 120 hm2，建筑面积 39.8104 m2。工程水土流失预测在工程已经建设时进行，采用的是实地测量法。根据分区的原则进行水土流失预测，在项目现场划分出科研区、运动区和生活区三大功能区12。3.1 预测时段工程项目施工现场的水土流失主要集中在施工期，原因在于工程施工对现场环境带来破坏，产生大量开挖裸露面，此区域无植被覆盖、表土呈疏松状，水土稳定性不足，还有部分边坡失稳，更易遭到侵蚀。项目建设涉及到土石方开挖和转运活动，土方工程的施工量大，存在堆放时序问题，可能在临时堆放期间出现水土流失。在对项目水土流失预测时段进行划分时，主要以各分项工程为依据，即每个分项工程分别对应一个时段，富有针对性地进行各时段水土流失预测13。项目竣工后，尽快在现场采取绿化措施，抑制水土流失。若在主体工程建设活动结束后严格按照水土保持方案采取相关措施，可确保运行初期无水土流失问题或仅存在程度轻微的水土流失，鉴于此，不安排运行期的水土流失预测工作。3.2 预测范围以项目建设区为主开展水土流失预测活动，预测范围考虑的是各功能区损坏的水土保持设施面积14。结合工程建设状况，认为耕地和果园属于损坏的水土保持设施，具体由工程占地和施工两项因素引起。经调查，项目损坏水土保持设施的总面积为 60.90 hm2，即对此部分进行水土流失预测。预测区分为科研区、运动区、生活区，各自的预测时间及预测范围如表 1 所示。表 1 预测区的预测时间及范围表预测区预测时间/月预测范围/hm2科研区2044.10运动区86.84生活区89.96合计/60.904 水土流失量计算按如下方法计算，确定水土流失总量：W总=W渣+W扰 （1）式中：W总总弃渣量，t；W渣临时弃渣流失量，t；W扰扰动地表流失量，t。为进行水土流失总量的预测，需确定 W渣和W扰，具体做如下分析。4.1 临时弃渣流失量预测4.1.1 弃渣状况基础开挖、场地平整弃渣、建筑垃圾属于工程弃渣的主要来源。其中，工程开挖总量为38.74104 m3，包含土方开挖和建筑垃圾两部分，分 别 为 36.59104 m3、2.15104 m3，其 中工程建设废弃物（1.15104 m3）和原建筑物拆除（1104 m3）是建筑垃圾的两大组成部分。根据工程资源利用价值最大化的原则，充分应用开挖土方，将 36.59104 m3的土方进行回填以及用于其它工程活动，剩余的 2.15104 m3建筑垃圾不具备使用的价值，视为工程弃渣。对于临时弃渣，则与基础开挖有密切关联，各功能区的方量存在差异，具体如表 2 所示。表 2 临时弃渣量表104m3功能区临时弃渣量科研区7.94运动区3.24生活区0.68合计11.864.1.2 临时弃渣场的规划以工程进度安排和现场施工条件为准规划临时弃渣场，该工程设1处占地面积为2 hm2的弃渣场。4.1.3 流失量预测临时弃渣总量为 11.86104 m3，根据工程施工进度计划，需进行长达 8 20 个月的堆放，在此过程中存在水土流失现象，产生的流失量按如下方法计算：W渣=Ni（SiTi）（2）式中：W渣临时弃渣流失量，t；Si各区临时弃渣量，m3；Ti侵蚀年限，a；流弃比；土壤容重，t m3。4.1.4 流弃比以科研区一处临时堆渣场为例进行分析，针36云南水力发电2024 年第 4 期对此区域进行为期 2 个月的观测（时间为 2018 年6 月和 7 月），获得如下基础信息：弃渣呈规则状棱体，总弃渣量为 5 400 m3，未针对此部分弃渣采取水土保持措施；6 月、7 月的降雨量分别为32 mm、145 mm，根据观测数据计算，确定 6 月、7 月的水土流失量分别为 3.07 m3、12.74 m3，具体信息如表 3 所示。表 3 科研区某临时堆渣场的观测信息和计算结果表监测时段流失渣体流失量/m3流弃比/流失面长/m流失面宽/m 流失面厚度/m实测厚度 新增厚度6 月642.40.020.023.070.000 67 月913.50.060.0412.740.002 4平均-0.001 5基于观测信息确定各月的平均流弃比，为0.001 5。4.1.5 临时弃渣量项目功能区包含科研区、运动区、生活区，根据土方填挖状况确定各区的临时弃渣量，分别为：79 400 m3、32 400 m3、6 800 m3。4.1.6 侵蚀年限项目功能区包含科研区、运动区、生活区，根据施工进度，确定各区的侵蚀年限，分别为：4月、2 月、2 月。4.1.7 土壤容重以项目现场的土壤资料为准，确定土壤容量，为 1.7 t/m3。在明确流弃比、临时弃渣量、侵蚀年限和土壤容重后，按公式（2）计算，确定临时弃渣流失量 W渣为 1 010 t。各功能区的各项指标取值和 W渣计算结果，如表 4 所示。表 4 临时弃渣水土流失量计算表t区名SiTiW渣教学科研区79 4000.001 541.7810体育运动区32 4000.001 521.7165生活区6 8000.001 521.735合计-1 0104.2 扰动地表流失量预测扰动持续时间达 8 20 个月，扰动地面面积共计 W渣，产生的水土流失的计算方法如下：W扰=Ni（FiMiATi）（3）式中：Fi侵蚀面积，km2；Mi原生地貌侵蚀模数，t/km2a；A 加速侵蚀系数；Ti侵蚀年限，a。4.2.1 加速侵蚀系数为确定 A 的具体值，从实测区中选取合适的地表扰动面作为实测面。根据现场的地形条件和开挖面地类，共选取 2 处实测面，单处的尺寸为50 m10 m，单个实测区的面积为 500 m2，再以10 m10 m 的尺寸要求对单个实测面进行划分，共形成 5 个面积均为 100 m2的小区域。实测面的地势平坦，原地貌为耕地。加速侵蚀系数（A）的计算方法，如下：（4）式中：W测实测水土流失量，t；W原原生地表水土流失量，t。4.2.2 1W测的确定 W测=V总 （5）式中：土壤容重，取 1.7 t/m3；V总实测面侵蚀沟体积，取 0.075 m3。典型断面实测水土流失量数据，如表 5 所示。表 5 典型断面实测水土流失量汇总表实测面积V总侵蚀量/tW测 a0.081.70.136W测 b0.071.70.119平均 W测0.075-0.130根据上表，实测新增水土流失为 1.40 t（实测期 2 个月）。4.2.3 2W 原的确定 W原=MFT （6）式中：M 原生地貌侵蚀模数，取 350 t/km2a 和400 t/km2a；F 侵蚀面积，取 0.000 5 km2；T 侵蚀时间，取 0.17 a。在明确各项指标的取值后，确定原生地貌水土流失量，即 0.035 t，进一步按“A W测/W原”的方法计算，确定加速侵蚀系数，为 3.71。4.2.4 土壤侵蚀面积考虑该项目的 3 个功能区，即科研区、体育区、生活区，扰动面积分别为 44.10 hm2、6.84 hm2、9.96 hm2。4.2.5 原生地貌侵蚀模数Mi 350 t/km2a4.2.6 侵蚀年限考虑该项目的3个功能区，即科研区、体育区、生活区，侵蚀年限分别为 1.67 a、0.67 a、0.67 a。谢宇，张连刚 水土流失量预测工作中的实地测量技术37在明确指标的取值后，进行工程区扰动地表流失量的计算，为 1 102 t，各功能区的计算结果如表 6 所示。表 6 各功能区扰动地表流失量计算t区名FiMiATiW扰教学科研区0.443503.711.67954体育运动区0.073503.710.6761生活区0.103503.710.6787合计11024.3 水土流失总量经前述的计算后，确定 W渣为 1 010 t，W扰为1 102 t，在此基础上以“W总 W渣 W扰”的方法进行计算，确定该工程可能出现的水土流失量，即 2 112 t。5 结束语综上所述，水土流失量预测属于建设工程中的重要工作，现阶段可选择的预测方法丰富，其中以实地测量法更具可行性，可有效满足在建项目的水土流失量预测要求15。相关工作人员在应用实地测量法时需考虑到现场条件、施工特点等方面的特殊性，选取合适的时间、时机和计算方法，明确各项指标的取值，进而进行计算与分析，获得可靠的水土流失量预测结果16。参考文献：1沈杰.城市水土保持信息化建设关键技术研究J.工程建设与设计，2022,（12）:137-139.2梁军.吉音水利枢纽水土流失预测综合分析及建议J.地下水，2022,（3）:248-250+263.3王玮娟.西江干流治理工程水土流失预测分析与建议J.黑龙江水利科技，2022,（3）:205-208.4长文辉.水利工程水土保持生态修复技术研究J.工程建设与设计，2021,（21）:80-82.5杨振奇，郭建英，秦富仓，等.裸露砒砂岩区不同植被类型土壤团聚体稳定性与抗蚀性能J.水土保持通报，2021,41（3）:8-14.6许小明.黄土丘陵区不同植被恢复方式的土壤生态水文效应D.西北农林科技大学，2022.7韩冲.浅议生态环境保护对水土保持的影响因素J.农村实用技术，2021,（8）:139-140.8张丽萍.水土保持方案实施过程中的问题与对策J.珠江水运，2020,（15）:109-110.9王文龙，李建明，康宏亮，等.生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建J/OL.水土保持学报，2023:1-9.10邝高明，刘超群，俞国松，等.土壤侵蚀分类分级标准和RUSLE 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