金沙江白鹤滩水电站水土流失量预测方法初探
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摘 要 本文以金沙江白鹤滩水电站为例，探索大型水电建设项目水土流失量预测方法，以期为其他大型水电建设项目合理、准确的预测水土流失量提供参考。
关键词 水土流失；预测；水电站
中图分类号 TM6 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）147-0059-02
1 工程概况
白鹤滩水电站坝址位于四川省凉山州宁南县白鹤滩镇与云南省昭通市巧家县大寨乡交界处，库区涉及四川省宁南县、会东县和云南省巧家县、会泽县、昆明市东川区、倘甸产业园区和禄劝县等7个县（区）。工程等级为I等，属大型工程，电站装机容量16000MW，是我国继三峡、溪洛渡之后的又一座千万千瓦级的巨型水电站，是金沙江下游河段规划的4个梯级电站中的第2级，上接乌东德，下邻溪洛渡。电站具有装机容量大、工程量少、水库淹没损失小、技术经济指标优越、效益十分明显等特点，是“世界上不可多得的极其优越的能
源点”。
2 水土流失预测
2.1 水土流失预测范围
白鹤滩水电站属建设类项目，水土流失预测范围为工程建设过程中扰动地表的范围，划分为枢纽及导流工程区、场内交通工程区、弃渣场区、料场区、表层土堆场区、施工生产生活区、移民安置区、水库淹没区等8个预测分区进行水土流失预测。
2.2 水土流失预测时段
依据《开发建设项目水土保持技术规范》（GB 50433-2008）的要求和各分项工程水土流失过程及特点，工程各个预测分区预测时段分为施工准备期、施工期和自然恢复期三个时段，其中施工期针对单项工程划分为施工过程中（单项工程的施工建设期间）和施工结束后（单项工程施工建设完成至工程完工）。
2.3 水土流失量预测方法
工程水土流失量预测采用《水电建设项目水土保持方案技术规范》（DL/T5419-2009）给出的公式预测：
式中：―新增水土流失量，t；―扰动地表水土流失量，t；―背景水土流失量，t；―第i个预测单元的面积，km2；―各预测单元扰动后土壤侵蚀模数，t/（km2・a）；―各预测单元扰动前背景土壤侵蚀模数，t/（km2・a）；―预测时段，a。
分析预测公式可知，工程水土流失量预测的精度主要取决于各预测单元土壤侵蚀模数背景值及扰动后土壤侵蚀模数的确定。
2.3.1 土壤侵蚀模数背景值的确定
各预测单元土壤侵蚀模数背景值采用遥感调查法和137Cs放射性核素示踪法确定。在土壤侵蚀背景值调查中，根据遥感调查结果，选取典型地块，进行137Cs侵蚀示踪样品采样，获取典型地块1963年以来的年均侵蚀量，再通过实地观测、分析地块内影响因子来验证计算结果的可靠性。在此基础上，通过雨季前后（4月份和11月份）两次实地调查，对关键施工地块的水土流失现状进行进一步的勘测，分析和验证求算结果的合理性和准确性，进而获取不同土地利用类型的土壤侵蚀模数背景值。
根据不同土地利用类型的土壤侵蚀模数调查、测试结果，结合每个预测分区和预测单元的地形、地貌、土地类型、地表覆盖物等因素，采用加权平均法测算各预测单元的土壤侵蚀模数背景值。
2.3.2 扰动后的土壤侵蚀模数的确定
扰动后的土壤侵蚀模数采用现场试验实测法和类比法对比、分析后确定。
1）现场试验实测法。考虑工程区特殊的气候、土壤、水土流失等特点，在工程区采用地面观测法和7Be核素示踪法模拟测定不同施工区域施工扰动时的土壤侵蚀模数。①地面观测法。在工程区针对工程施工中的扰动地表的特点对裸露扰动土、浮渣、弃渣道路、开挖边坡和裸露坡耕地布设简易观测场和径流小区进行观测，以模拟枢纽及导流工程区、场内交通工程区、弃渣场区、料场区、表层土堆场区、施工生产生活区、移民安置区（生产、生活安置）施工扰动时的土壤侵蚀模数。②7Be核素示踪法。7Be作为水土流失的示踪剂具有不受场地限制、简便快捷、省时省力等特点，重要的是7Be能提供短时期季节性或单次降水事件的水土流失信息。工程选择合适的取样点对枢纽及导流工程、场内交通、弃渣场、施工生产生活区的水土流失进行监测。
2）类比法。类比法的类比工程选取溪洛渡水电站，溪洛渡水电站是金沙江下游河段规划的4个梯级电站中的第3级，位于工程区下游，两个电站在水土流失现状及影响因素、施工扰动特点、自然状况（地形地貌、地质条件、植被、水文、气象、土壤等）等土壤侵蚀有关的因素基本相同或相似，且溪洛渡水电站已开工建设，在前期进行了水土保持监测，并取得初步成果，可比性较好。
3）现场试验实测法和类比法对比分析。根据主要水土流失影响因子（气候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失现状）调整溪洛渡水电站各区域扰动后土壤侵蚀模数，对比分析现场试验实测法和类比法获取的扰动后的模数。
气候因子主要综合比较两个工程多年平均蒸发量和多年平均湿度，调整系数取0.99；多年平均降水量因子根据多年平均降水量的不同调整系数取1.03；地形坡度根据对比区域的地形坡度不同而定；土壤因子因土壤类型基本相同，修正系数取1.00；植被因子考虑对比区域基本全部裸露，修正系数取1.00；水土流失现状因子考虑对比区域土壤侵蚀类型及扰动后土壤侵蚀程度亦基本相差不多，修正系数取1.00。
经对比，类比工程中的右岸有用料备料场Ⅰ坡面、施工营地附近裸露坡耕地土壤侵蚀模数与本工程现场试验实测的浮渣径流小区、裸露坡耕地基本相同，印证了类比工程及实测数据的合理性。现场试验区位于本工程建设范围内，气候、降水、土壤及植被等自然条件与预测区域基本相同，其数据参考性更高。因此，料场区与表层土堆场区、移民安置区（生产、生活安置）扰动后的土壤侵蚀模数参照现场试验实测的浮渣径流小区、裸露坡耕地的实测值确定。 现场试验实测值中，开挖边坡实测值接近于项目区坡耕地的土壤侵蚀背景值，弃渣场实测最大值仅为9793t/km2・a，远小于类比工程中的场内施工道路开挖边坡、杨家沟弃渣场侵蚀模数。分析2组数据来源的差异，现场试验实测方法中开挖边坡、弃渣堆置均为人工模拟的扰动区域，而实际施工中，开挖边坡扰动更加强烈，裸露面除降水等自然因素造成水土流失外，人为扰动也加剧了水土流失；实际弃渣场的堆渣量、集水面积等也远大于径流小区模拟的弃渣场，水土流失的物质源更丰富、侵蚀力更强。因此，枢纽及导流工程、场内交通工程、弃渣场扰动后的土壤侵蚀模数参照类比工程的场内施工道路开挖边坡、杨家沟弃渣场的土壤侵蚀模数确定。
类比工程中的施工临时设施与现场试验实测的裸露扰动土Ⅲ土壤侵蚀模数基本相同，大于裸露扰动土Ⅰ、裸露扰动土Ⅱ的实测值。对数据进行分析，裸露扰动土Ⅰ、裸露扰动土Ⅱ的实测值与工程区坡耕地和疏林地的土壤侵蚀模数背景值相近，数值偏小，与实际不符，其原因应为施工临时设施区实际施工中的扰动远大于径流小区内模拟的扰动；而现场试验实测的裸露扰动土Ⅲ与类比工程中的施工临时设施土壤侵蚀模数相近，印证了2个数据的合理性，可参考性强。同理，考虑现场试验区位于工程建设范围内，气候、降水、土壤及植被等自然条件与预测区域基本相同，其数据参考性更高，施工生产生活区扰动后的土壤侵蚀模数参照现场试验实测的裸露扰动土Ⅲ的实测值确定。
经分析比选，获取工程扰动后土壤侵蚀模数类比区域的情况，详见表2。
4）工程扰动后的土壤侵蚀模数。工程各预测分区扰动后土壤侵蚀模数类比表2中的土壤侵蚀模数获取，其中溪洛渡水电站各小区的侵蚀模数根据气候、多年平均降水量、地形坡度、土壤、植被、水土流失现状等水土流失影响因子进行修正后类比，现场试验实测侵蚀模数根据地形坡度进行修正后类比，获取工程扰动后土壤侵蚀模数。
2.4 水土流失量预测结果
根据前述水土流失量预测方法白鹤滩水电站可能造成的水土流失总量约1375.33万t，背景水土流失量652.52万t，新增水土流失总量812.54万t，水土流失最为严重的区域为弃渣场、移民安置区、水库淹没影响区、枢纽及导流。
3 结论
大型水电建设项目施工期地表扰动强烈、土石方量大，合理预测其水土流失量有利于水土保持防护措施布局、设计和监测的实施。本文在白鹤滩水电站水土流失预测中，除重视理论方法的运用，又考虑了项目区实际生态环境和施工特点对水土流失的影响，望能为其他大型水电建设项目合理、准确的预测水土流失量提供参考。
参考文献
[1]高旭彪.浅探开发建设项目水土流失预测存在的问题及建议[J].水力发电，2008，34（1）：9-10.
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