线性建设项目水土保持监测方法简析_以陕北某输气管道工程为例 4页

第１７卷第４期水土保持研究Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４２０１０年８月ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＡｕｇ．，２０１０线性建设项目水土保持监测方法简析———以陕北某输气管道工程为例冀文慧１，贾莲莲２（１．陕西省水土保持生态环境监测中心，西安７１０００４；２．黄委会黄河上中游管理局，西安７１００２１）摘要：线性项目建设跨度大、地貌复杂、所经地区生态类型多样，监测工作难度较大，全面调查几乎是不可能的。该文通过对某输气管道工程陕西段水土保持监测内容、方法与技术手段等方面的阐述，探索抽样调查法在线型工程监测中的积极作用，具有一定的现实意义。监测结果表明：各防治区水土保持措施布局合理，防治效果明显，６项防治目标均达到国家规定的建设类开发建设项目一级防治标准。关键词：水土保持监测；抽样调查；监测方法；线性建设项目中图分类号：Ｓ１５７文献标识码：Ａ文章编号：１００５－３４０９（２０１０）０４－００１０－０４ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒａｎｄＳｏｉｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎｔｈｅＬｉｎｅａｒｉｔｙＰｒｏｊｅｃｔｓｏｆＢａｓｉｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ———ＴａｋｅＳｏｍｅＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅＰｒｏｊｅｃｔａｓｔｈｅＥｘａｍｐｌｅｏｆＮｏｒｔｈＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ１，ＪＩＡＬｉａｎ－ｌｉａｎ２ＪＩＷｅｎ－ｈｕｉ（１．ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＥｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１０００４Ｃｈｉｎａ；２．ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＵｐｐｅｒａｎｄｍｉｄｄｌｅＲｅａｃｈｅｓＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅＢｕｒｅａｕ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｌａｒｇｅ－ｓｐａｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｌｅｘｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｃｏｓｙｓｔｅｍｔｙｐｅｓ，ｉｔｉｓｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅｆｏｒｌｉｎｅ－ｐｒｏｊｅｃｔｔｏｂｅｉｎｖｅｓｔｅｄａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｅｄｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏ－ｌｏｇｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎａｇａｓｔｒａｎｓｆｅｒｐｉｐｅｌｉｎｅｐｒｏｊｅｃｔａｃｒｏｓｓｔｈｅＳｈａａｎｘｉｓｅｃｔｉｏｎ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅａｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓａｍｐｌｅｓｕｒｖｅｙｉｎｌｉｎｅ－ｐｒｏｊｅｃｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｅａｃｈｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｒｅａｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｍｅａｓｕｒｅｌａｙｏｕｔｉｓｒｅａｓｏｎ－ａｂｌｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｏｂｖｉｏｕｓ，ｓｉｘｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｇｏａｌｓｍｅｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔｉｐｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｌａｓｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｔｅｍｓｏｆｂａｓｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｉｒｓｔ－ｌｅｖｅｌｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｓａｍｐｌｅｓｕｒｖｅｙ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｌｉｎｅ－ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ该输气管道工程陕西段长度约２００ｋｍ，横跨毛山区、黄土丘陵沟壑区等地貌单元，地形地貌较为复乌素沙地和黄土丘陵沟壑两个地理单元，生态环境脆杂，地势陡峭，地形起伏大。项目区春季干旱多大风，弱。通过水土保持监测结果表明：项目区通过植物、夏季高温多雷雨；秋季凉爽而短促，冬季干寒且漫长，工程措施的合理布设，土壤流失控制比到达合理水日照充足。年内降雨集中在６－９月，１２月至次年２平，水土保持各项措施合理有效，水土保持措施评价月降水很少。主要土壤类型为风沙土、黄绵土。质地指标均达到规范要求。粗，无结构，透水性强，持水力弱，土质松散，肥力很差，易风蚀。１项目区基本概况黄土丘陵区的原始植被少有保存，仅有次生的白１．１自然概况羊草、茭蒿、铁干蒿、针茅草、酸枣、黄刺玫等组成的草输气管道工程跨越毛乌素沙漠、河谷川台、石质灌丛。人工种植的主要有杨、柳、榆、刺槐、油松、侧柏收稿日期：２０１０－０５－２１资助项目：国家自然科学基金“坡沟系统侵蚀产沙过程与与调控机理试验研究（４０７７１１２４）”；教育部博士学科点专项科研基金“坡面径流侵蚀产沙动力机制研究”（２００６０７００００４）；陕西省自然科学基金重点项目“陕北能源基地开发建设对水土资源环境演变作用机制研究”（ＳＪ０８－ＺＤ０２）作者简介：冀文慧（１９６０－），河北省人，高级工程师，主要从事水土保持监测等工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｗｅｎｈｕｉ０１３１＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ\n第４期冀文慧等：线性建设项目水土保持监测方法简析１１等乔木林；柠条、沙柳、花棒、踏郎、紫穗槐、沙蒿等灌总体平均数的分层抽样估计值：丛、半灌丛，草木樨和沙打旺等。乔木林主要分布在Ｌｙ珔１Ｎｓｔ＝∑ｈｙ珔ｈ（１）农田、道路边以及渠河岸地段。Ｎｈ＝１式中：ｙ珔ｓｔ———总体平均数；Ｎ———调查样本总数；１．２水土流失现状项目区生态环境本底稳定性差，易遭受破坏，且Ｌ———总层数（２层）；ｈ———各分层；Ｎｈ———各层调查由于近期大规模开发建设活动的作用，使生态环境遭样点数；ｙ珔ｈ———各层调查数量指标平均值。总体平均数估计值的误差限：到日益严重的破坏。管线工程经过的地带，有风成沙丘、黄土丘陵沟壑等地貌类型。水土流失类型复杂多Δ（ｙ珔ｓｔ）＝［１－Ｐｃ］ｙ珔ｓｔ（２）样，有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀等，水土流失强式中：Ｐｃ———可靠性百分数，本次监测中取９０％。度不一，以中、强度流失为主，部分地区达极强度。监测点总数Ｎ由式（３）求得。Ｌ本项目水土流失特点为工程施工方式种类多、强ｔ２ｎ２α∑ｈｓｈ２ｈ＝１度大，在２０～３０ｍ范围内的作业带中进行管沟开Ｎ－Ｌ－２（ｙ珔）＝０（３）Δｓｔ挖、回填和施工等，大面积破坏地表植被，增大地表裸式中：ｔα———概率为α相对应的学生氏ｔ分布双侧分露面积。工程管道线路长，沿途经过地貌类型有风成位数，在９０％可靠性下取１．６６；ｓｈ———ｈ层内某一调沙丘、黄土丘陵沟壑等，水土流失类型及土壤侵蚀强查指标的标准差。度各异，集中堆放与回填等工序复杂，管线施工造成各层数量指标平均数误差限Δ（ｙ珔ｓｔ），由式（４）计的水土流失总量较大。沟头防护、防风固沙等治理措算。施复杂，水土流失治理难度较大。Ｌ１２Δ（ｙ珔ｓｔ）＝ｔα∑ＮｈＳｈ（４）槡Ｎ（Ｎ－Ｌ）ｈ＝１２监测内容和目标自由度ｆ＝Ｎｈ－Ｌ，估计精度Ｐｃ由式（５）求得。２．１监测内容Ｐｃ＝１－／Δ（ｙ珔ｓｔ）／ｙ珔ｓｔ（５）①项目区水土保持生态环境变化监测，包括水土３．２水土流失量监测流失防治责任范围动态监测、降雨、地形、工程挖方、（１）水力侵蚀。针对不同地表扰动类型水土流失填方数量及面积、弃土、弃渣量及堆放面积等的监测；强度的监测，采用定位观测方法，即侵蚀沟量测方法、②水土流失及其危害监测；③水土保持措施效果监简易小区法等。测，包括防治措施的数量与质量及水土流失治理度、①侵蚀沟测量法。在管线施工扰动地表选择有扰动土地整治率、土壤流失控制比、拦渣率、林草覆盖代表性地段，选定样方（２０ｍ×５ｍ），用皮尺在全坡度、植被恢复系数等６项量化指标的监测。面的上、中、下分设量测断面，量测每一断面全部紊２．２监测目标沟、细沟的深度和宽度，算出断面平均冲刷深和宽，再①监测数据能定量反映本项目水土保持措施的量测沟线长，计算调查区侵蚀总体积，推算土壤流失实施质量及实施效果。②监测结果能说明项目区的量。计算公式如式（６），式（７）。水土保持生态环境变化。③对监测对象在气象灾害∑Ｓ１＋∑Ｓ２＋…＋∑ＳｎＶ沟＝·Ｌ（６）条件下做出快速反应，以达到能快速采取防护措施提Ｎ供决策支持的目的。Ｍ＝ＶＲ／ＢＬ（７）式中：∑Ｓ１，∑Ｓ２，…，∑Ｓｎ———１，２，…，ｎ断面量测沟３监测方法谷面积求和；Ｂ———调查范围宽；Ｌ———调查范围长；监测手段以调查与定位观测相结合，主要通过踏Ｎ———量测断面数；Ｒ———泥沙容重，通常黄土为３。查、询问调查、抽样调查等手段，同时选取一些典型地１．２５～１．３５ｇ／ｃｍ［２－５］段利用仪器设备定点观测。②简易小区法：在施工扰动带选取适当的坡面布３．１扰动面积监测设径流小区（２０ｍ×５ｍ），边界用石棉瓦围成矩形边对于管线敷设区，因其线性分布，采用分层抽样墙，在小区低端设置土工布积水槽。每次降雨结束后调查法监测扰动宽度。根据管线长度与抽样扰动宽通过量测泥沙沉积量，推算土壤流失量。度相乘得扰动区面积。分层抽样调查法如下：（２）风力侵蚀。采用定点观测，选取对照样地利根据地貌类型的不同共分为两个层：第一层，沙用集沙仪和测钎法对观测数据进行分析计算，得出加漠滩地；第二层，黄土丘陵。速风蚀系数。\n１２水土保持研究第１７卷３．３防治效果监测第ｈ层调查样本容量＝ｎＷｈ（１）林草措施监测。采用系统抽样法获取基础统经计算，第一层为１５，第二层为１４既可满足抽计数据，依次推断各项监测指标。选有代表性的地块样精度要求。作为标准地，标准地的面积为投影面积，要求乔木林（２）监测点的布设。各层监测点采用每５ｋｍ设１２０ｍ×２０ｍ、灌木林５ｍ×５ｍ、草地２ｍ×２ｍ。分个，地形相近线段测点适当减少，地形多变线段监测点别取标准地进行观测并计算林地郁闭度、草地盖度和适当加密，各类监测样点交错布设，共计４２个样点。类型区林草的植被覆盖度。计算公式为：（３）总体平均数、误差限和精度。总体均值估计Ｄ＝ｆｄ／ｆｅ（８）值：ＬＣ＝ｆ／Ｆ（９）ｙ珔１Ｎ６３２．４＋０．４７×４９７．６＝２６．８８ｓｔ＝∑ｈｙ珔ｈ＝０．５３×Ｎｈ＝１２３１９式中：Ｄ———林地的郁闭度（或草地的盖度）；Ｃ———林估计误差限：（或草）植被覆盖度（％）；ｆ———样方内树冠（草冠）垂ｄ２）；ｆ———样方面积（ｍ２）；ｆ———林地１Ｌ直投影面积（ｍｅＮ２Δ（ｙ珔ｓｔ）＝ｔα∑ｈＳｈ＝１．７１２２槡Ｎ（Ｎ－Ｌ）ｈ＝１（或草地）面积（ｈｍ）；Ｆ———类型区总面积（ｈｍ）。（自由度ｆ＝Ｎ）ｈ－Ｌ标准地的灌丛、草本覆盖度调查，采用目测方法估计精度（Ｐｃ）：按国际通用分级标准进行。１．７１（２）工程措施监测。采用典型调查与普查相结合，Ｐｃ＝１－Δ（ｙ珔ｓｔ）／ｙ珔ｓｔ＝１－＝０．９４２６．８８调查水土保持工程措施的布设、数量、质量、稳定性等。抽样调查结果见表（１）。表１管线施工扰动宽度抽样调查成果４监测结果与分析抽样监测点数平均宽度／序号地貌类型４．１降雨监测理论数实际数ｍ根据各县（区）气象站资料调查结果，项目区多年Ⅰ沙漠滩地１５２３２７．４４平均降水量３６６～４１１ｍｍ之间，降雨集中在７－８Ⅱ黄土丘陵１４１９２６．１９月，该时段内的降雨量占全年总降雨量的５０％～（４）扰动面积监测结果。监测结果表明，项目建６０％。项目区近年降雨量情况见图１。从图中可以设扰动原地貌共计７０２．９ｈｍ２。其中，管道作业带看出，降雨量自２００３－２００６年总体呈逐渐下降趋势，６４９．９３ｈｍ２（沙漠滩地３５３．９８ｈｍ２，黄土丘陵区靖边县降雨量波动最为明显，神木县与榆阳区降雨量２９５．９５ｈｍ２）；输气站场１０ｈｍ２；伴行公路３５ｈｍ２；施变化大致相同。工场地１．５ｈｍ２；弃渣场６．５ｈｍ２。４．３水土流失监测（１）风力侵蚀。选择典型地段，采用集沙仪、插钎＋水准仪等方法进行原地貌固定沙地、工程作业带扰动区风蚀深度、沙丘位移及风蚀量对比观测。２００５年与２００６年监测结果见表２－３。①沙丘移动观测主要采用插杆法，分别选择扰动后裸露面与原地貌沙丘对比观测，在垂直沙丘走向的迎风坡脚、丘顶和背风坡脚分别插上标志杆（木杆、钢图１项目区降雨量变化钎），间隔一定时间，量测并记录其位置及标杆高度的４．２扰动面积监测变化，便可得出沙丘移动的方向、速度以及沙丘不同（１）样本容量的确定。首先进行预调查，预备调部位的蚀积状况，如表２所示。查的方法采用在所分２个层上每层随机布设样点，分表２的监测结果表明，２００５年作业带沙缘线平别调查管线宽度数据。经计算，此项目样本容量２６，均位移５２．５ｃｍ，是原地貌半固定沙丘位移的４．２９即需要调查的样点数。实际抽样调查中，在按照精度倍；２００６年作业带沙缘线平均位移８４．５ｃｍ，是原地和可靠性确定了样本容量后，为使抽样推断结论更保貌半固定沙丘位移的５．０４倍。险，在所确定样本容量的基础上增加１０％。即总体②近地层输沙量测定。采用集沙仪法，集沙仪的样本数为２９个。进沙口正对风向，见于野外风速风向的多变性，对于层权Ｗｈ＝某层线路长度／陕西段线路总长＞９ｍ／ｓ的风，一般集沙０．５～２ｍｉｎ，对于＜９ｍ／ｓ\n第４期冀文慧等：线性建设项目水土保持监测方法简析１３的风，集沙２～５ｍｉｎ。自然界影响风的搬运能力的径、形状和比重，还受沙砾的湿润程度、地表状况和空因素十分复杂，它不仅取决于风力的大小、沙粒的粒气稳定度等影响。风蚀量监测成果如表３所示。表２沙丘位移监测成果ｃｍ半固定沙地工程作业带年份Ａ１－ａ１Ａ２－ａ２Ａ３－ａ３Ａ４－ａ４Ａ５－ａ５Ｂ１－ｂ１Ｂ２－ｂ２Ｂ３－ｂ３Ｂ４－ｂ４Ｂ５－ｂ５２００５１１１４１２１２１２．２５３３５４４７７６５２．５２００６２１１１１５２０１６．７５６２５８１０８１１０８４．５表３风蚀量监测成果表ｃｍ因此，通过利用抽样调查的方式获取所需数据，并以高度／ｃｍ此对区域的整体特征进行推断，是一种新的水土保持年份类别２～４６～８１０～１２１４～１６１８～２０监测方法尝试，同时结合常规方法对项目区实施全方固定沙地７．５３．４１．０００２００５位监测，具有一定的现实意义。作业带１４．５８．４２．７１．５１．０（２）监测结果表明：①管线工程所经地区水土流固定沙地８．４６．１３．５１．５１．０２００６失以水力、风力侵蚀为主，植物、工程措施能够很好地作业带１６．５９．０６．５４．５２．０发挥防护作用，起到了良好的水土保持效果。②植被观测结果表明，２００５年度管道作业带裸露面风恢复系数：风沙区植被盖度１０％～３０％，非流沙面积蚀深度、侵蚀量分别是原地貌固定沙地的３．２２，２．３６５０％～７０％，植被恢复系数达到９８．８８％。③拦渣倍。２００６年风蚀深度、侵蚀量分别是原地貌固定沙率：工程施工中能有效地减少弃渣量，少量的弃渣，就地的２．１６，３．１５倍。地平整，恢复植被，拦渣率达９７％。④扰动土地整治（２）水力侵蚀率：防治责任范围内扰动土地治理率达到９７．６２％。①侵蚀沟测量法。在管线施工扰动地表选择有⑤水土流失治理度：施工第一年各标段管道敷设为代表性地段，选定样方（２０ｍ×５ｍ），用皮尺在全坡主，至２００５年７月底，管道全线施工完毕，管道沿线面的上、中、下分设量测断面，量测每一断面全部紊采用沟埋的方式，土方开挖、回填量大，管沟开挖与回沟、细沟的深度和宽度，算出断面平均冲刷深和宽，再填量基本持平，管道沿线产生的弃渣量不大。由于沿量测沟线长，计算调查区侵蚀总体积，利用公式推算线地貌类型不同，管线爬坡与河道穿越较频繁，同时土壤流失量。沿线途经大量耕地。因此防护措施多样，主要包括作观测结果表明汛期平均侵蚀量１０４４ｔ／ｋｍ２。由业带植被恢复、耕地复垦、站场道路硬化、绿化、浆砌于它忽略了坡面面蚀量，所以结果往往偏小。根据捷护坡、截水沟、挡土墙、临时挡土墙、排水工程等。水克扎契１９８２年的研究，观测值比实际侵蚀量偏小土流失总治理度为９７．０９％。⑥林草覆盖率：工程施工１０％～３０％。扰动面积７０２．９３ｈｍ２，施工期末林草措施面积为４６３．２②简易观测小区。在作业带扰动地表设置监测２，林草植被覆盖度为６５．８９％。监测结果表明：项ｈｍ小区（２０ｍ×５ｍ），小区边界用石棉瓦围成矩形边目区生态效益，蓄水保土效益，经济效益以及社会效益墙，小区底端设置土工布集水槽，每次降雨结束后通均得到了显著发挥和提高。过测定泥沙沉积量，推算土壤流失量。监测结果见表４。参考文献：表４管线作业带水蚀监测成果表［１］许晓鸿，常晓东，刘艳军，等．开发建设项目水土保持监简易观测小区法（次降雨）侵蚀沟测量法类别测方法探讨［Ｊ］．水土保持研究，２００７，１４（３）：５７－５８．６５ｍｍ降雨１７ｍｍ降雨２１ｍｍ降雨（汛期平均）［２］曾红娟，史明昌，陈胜利，等．开发建设项目水土保持监侵蚀量／８２０５３０６４０１０４４测指标体系及监测方法初探［Ｊ］．水土保持通报，２００７，（ｔ·ｋｍ－２）２７（２）：９５－９８．［３］付明胜，马三保，艾绍周，等．韭园沟示范区水土保持效５结论益监测探讨［Ｊ］．中国水土保持，２００５（９）：３１－３３．（１）线性工程由于涉及范围广，所经地区生态类［４］刘霞，张光灿，董勤瑞，等．水土保持生态修复工程效益型多样，地貌类型复杂，全面调查几乎是不可能的。监测与评价［Ｊ］．中国水利，２００６（１６）：４９－５１．