生产建设项目土壤流失量测算导则探讨

［摘要］以大唐溧水电厂为案例，基于工程实际进度、施工方法，利用《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773—2018)进行土壤侵蚀量的追溯计算，并与水土保持监测实测值及类比法测算结果进行对比，结果表明，相较类比法，《生产建设项目土壤流失量测算导则》推荐方法与实测结果更为接近。同时，分析总结了目前水土流失预测中常见的几类问题，并提出一些解决思路。

［关键词］土壤流失量;《生产建设及项目土壤流失量测算导则》;类比法;水土保持方案;生产建设项目

水土流失预测是水土保持方案编制的难点之一［1］，其难度在于编制人员需要在最不利的条件下估算土壤流失量，即在不采取任何水土保持措施、水土流失时间加长的情况下进行计算。在《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773—2018)(以下简称《导则》)之前，土壤流失量预测往往采用类比法，即选定一个在自然条件、施工工艺上较为类似的工程，参照其水土保持监测数据进行修正，测算对应工程的土壤侵蚀模数，再根据换算的侵蚀时间预测土壤流失量。这种方法存在明显的缺点:①类比工程土壤侵蚀监测数据可信度存疑。部分监测单位责任心不强、编造数据，在水土保持设施验收中又往往重结果、轻过程，忽视对水保监测过程数据的合理性复核，使得土壤侵蚀数据难以追溯。②修正系数取值随意性大。对于数据可信度较高的类比工程，方案编制中需确定修正系数，而该系数的确定有较大的随意性。系数取值不同，则最终土壤流失量数据差异性大。③不同侵蚀时间侵蚀量相同。《生产建设项目水土保持技术标准》(GB50433—2018)(以下简称《标准》)要求达到或者超过一个雨季的按照一年进行预测，因此存在扰动时间超过一个雨季的年土壤流失量均为同一数值的情况，与实际情况差别较大。2019年1月，《导则》正式实施。《导则》基于大量现场试验，总结出了水力和风力作用下土壤侵蚀量的计算公式和相关参数取值办法，为生产建设项目水土流失预测提供了相对可靠的途径。《标准》规定扰动后的土壤侵蚀模数采用数学模型、试验观测等方法确定;《生产建设项目水土保持方案技术审查要点》(水保监〔2020〕63号)要求水土流失预测依照《导则》和《标准》相关内容进行计算。《导则》内容全面丰富，包括水力侵蚀和风力侵蚀，采用一般扰动地表、工程开挖面和工程堆积体等不同扰动条件分别测算，基本可以满足常规工程的预测需要。本研究以大唐溧水电厂工程为例，基于工程施工现场的实际情况，利用《导则》规定进行土壤侵蚀量的测算，与实测结果进行对比，分析论证《导则》在应用中的可行性，同时针对目前水土保持方案编制中《导则》应用存在的若干问题提出相应的解决办法。

1水土流失预测分区

大唐溧水电厂工程位于江苏省南京市溧水经济开发区，要在原秦源热电厂区内建设2×100MW级燃气轮机热电联产机组。工程水土保持方案编制于2016年6月，采用类比法进行土壤流失量预测，估算工程占地面积6．9hm2，挖填方总量5．75万m3，临时堆土方量300m3。实际工程于2019年10月开工，2021年3月完工，工程建设期间，先进行全场清表，随后基坑开挖，进行建构筑物施工，主体工程完建后进行场地平整绿化。该工程水土流失外营力以水力为主。一般地表扰动贯穿工程始终，兼有堆土场存在。本研究通过无人机对工程现场进行航拍，获取现场高清正射影像，同时结合现场踏勘，获取不同扰动模块的面积、坡长因子、坡度因子等参数。项目正射影像及预测单元分区见图1、2(图2中空白区域为厂区和施工区部分)。从工程现场实际情况看，在工程建设期间，各建构筑物、道路等在不同时间段形成对扰动面的硬化占压，因此在主要建构筑物投影占压面下不产生土壤侵蚀;由于在施工前对场地进行了清表，因此工程主要侵蚀方式为地表翻扰型一般扰动地表;工程建设期间存在5处临时堆土场，会产生堆积体土壤侵蚀。根据工程建设进度，将各预测单元划分见表1。

2结果及分析

根据堆土场堆积形态，实测坡长、坡度，并现场分析土质，采用《导则》中推荐参数计算5处临时堆土场土壤侵蚀量，见表2。综合考虑工程各建构筑物施工时间(形成硬化面则不考虑土壤侵蚀)，根据《导则》中推荐参数得出各个区块土壤流失量，形成工程土壤流失量估算汇总表，见表3。该工程水土保持方案(类比法)在水土流失预测单元有重大漏项(遗漏堆土场)的情况下得出结论为:建设期预测水土流失量284．8t，其中水土流失背景值41．4t，新增水土流失量243．4t，土壤侵蚀模数约4900t/(hm2·a)。利用《导则》预测土壤流失量182．240t，其中水土流失背景值0．485t，新增水土流失量181．755t，与类比法测算出的数据差距很大。其中，《导则》预测背景流失量几乎可以忽略不计，这与现场实测值较为吻合，即在植被覆盖良好、地势较为平坦的地表，一般不会出现动辄几十、上百吨的流失量。我们利用水文泥沙法对项目区土壤侵蚀量进行统计，在实施了临时苫盖、碎石压盖、截排水措施的情况下，2020年侵蚀模数仅约为400t/(km2·a);如果根据表3结果反推侵蚀模数，在不采取任何水土保持措施的前提下，2020年项目区侵蚀模数约800t/(km2·a)。两项结果均远低于原方案确定的侵蚀模数4900t/(km2·a)。上述结果表明，利用《导则》预测结果要远比类比法可信度高。

3讨论

3．1利用《导则》预测常见的错误

目前已经有部分单位尝试利用《导则》进行水土流失预测。笔者借助网络查阅了部分项目的水土保持方案，发现有以下几类常见错误。(1)换算土壤侵蚀模数和侵蚀时间有误。部分报告利用Myz=Ｒ×K×Ly×Sy×B×E×T×A(式中:Myz为土壤侵蚀量，t;E为工程措施因子，无量纲;T为耕作措施因子，无量纲;其他参数意义同上)，简单地将A值去掉，认为剩余的部分即为土壤侵蚀模数，然后换算出侵蚀时间，带入W=∑3j=1∑ni=1(Fji×Mji×Tji)(式中:W为土壤流失量，t;j为预测时段，j=1，2，3，即施工准备期、施工期和自然恢复期3个时段;i为预测单元，i=1，2，…，n;Fji为第j预测时段第i预测单元的面积，km2;Mji为第j预测时段第i预测单元的土壤侵蚀模数，t/(km2·a);Tji为第j预测时段第i预测单元的预测时段长，a)中求解。这种方法实质是将《导则》简化为一个计算土壤侵蚀模数的数学公式，但该公式中Ｒ值本身是含有时间概念的。根据《标准》需按照最不利时段换算土壤侵蚀时间，因此部分方案编制单位在《导则》的基础上继续进行时间换算是不对的。例如，南京市溧水区某工程扰动时间为5—9月，横跨雨季，即水土流失预测时段换算为1年;而在《导则》的体系下，根据不同月份的Ｒ值，5—9月Ｒ值累加值为4407MJ·mm/(hm2·mm)，可直接带入公式进行计算。换言之，在《导则》的体系下，已经不需要进行侵蚀模数的取值和侵蚀时间换算。(2)背景土壤侵蚀模数取值有误。目前运用《导则》编写的报告一般会确定项目的背景土壤侵蚀模数，根据W=∑3j=1∑ni=1(Fji×Mji×Tji)求解背景土壤侵蚀量。比如，南方红壤区的水土保持方案确定的背景侵蚀模数小则100t/(km2·a)，大则400～500t/(km2·a)。而根据顾亚兰［2］的研究，即便在江西鹰潭坡度20°～30°的典型红壤样地上，植被覆盖良好的样地实测土壤侵蚀量几乎为零。方案编制实际与试验观测结果明显不符，表明背景土壤侵蚀模数的取值存在极大随意性。实际上，根据现场调查，可以确定扰动区域施工前的植被覆盖情况和耕作措施，根据《导则》推荐数据换算，再结合地形因子，可以确定B因子和T因子数值，最后带入《导则》给出的公式，即可以推算出背景土壤侵蚀量。在植被覆盖度较高、地形较缓的前提下，背景土壤侵蚀模数一般小于100t/(km2·a)，极少会出现较大数值的情况。(3)不注意扰动方式问题。部分报告简单参照水土流失分区划分水土流失预测分区，如在预测章节将电厂工程划为厂区、施工生产生活区、进厂道路区等。而根据电厂各部分的施工工艺，以大唐溧水电厂工程为例，除了有一般扰动地表，还有临时堆土场，不同扰动形式应对应不同的计算方法。某些大型工程还有长时间的边坡开挖，甚至兼有风力侵蚀。应在水土保持分区基础上根据不同施工工艺继续划分水土流失单元，选取合理计算方法，不能以简单的一个分区笼统得出侵蚀总量。

3．2建议

(1)延后水土保持方案编制的介入时间。目前，水土保持方案编制在工程开工前完成即可。因此，建议委托单位在有条件的前提下，可在工程布置基本确定、施工组织基本明确等设计深化后再组织编制水土保持方案。例如，火力发电工程在初步设计之后、输变电工程在终勘定位阶段、风电工程在微观选址阶段开展水土保持方案的实质性工作。在此阶段，编制人员才有条件了解施工场地的布置、堆土场的位置和面积、塔位、风机点位的具体地形数据，并且有可能了解工程施工工艺，从而选择合理的预测方法，降低水土保持方案的重大变更风险。(2)界定生产建设项目土壤侵蚀量概念。长久以来，业界认为流出项目扰动区域的土壤数量为工程造成的土壤侵蚀量。这种定义面临一个逻辑上的难点，比如某工程在工程边界完全截留住流失的土壤，即使工程现场内部泥水横流，也可以认为侵蚀量为零。这与开展水土保持监测的初衷不相符，同时也与《导则》里明确的各类扰动模型土壤流失量测算方法不相适应。(3)加强水土流失预测章节的审查。水土流失预测是水土保持方案中重要的一个章节，是保障水土保持措施合理性的重要一环。长久以来，由于类比法的缺陷，方案评审中往往对预测章节做弱化处理。随着《导则》的，编制人员已经有条件相对精确地进行水土流失预测。从本研究工程实例可以看出，这种方法的难点在于如何根据施工工艺合理获取相关参数。以水土流失分区为单元进行的侵蚀模数确定及流失量估算已经不具备太多的参考价值，而根据施工工艺，更为精确地确定流失单元和相关参数应在未来方案评审中给予重点关注。(4)做好《标准》和《导则》的衔接。《标准》中要求利用侵蚀模数计算水土流失量，而《导则》则是直接根据各参数计算侵蚀量，两种计算方法存在矛盾，急需标准制定部门给出解释说明，做好两份文件的衔接工作。

4结语

相比类比法，利用《导则》进行预测较为复杂，应用难点在于需根据施工工艺确定扰动方式，需对现场进行更为细致的踏勘，但其结果相对更贴近实际。本研究利用《导则》以大唐溧水电厂为例进行了“无防护措施”下的水土流失预测计算。必须指出的是，虽然该项目扰动面积较小，侵蚀外营力和扰动方式较为单一，但计算中依然对项目情况进行了一定的概化，如:考虑到基坑边坡存在时间较短，未进行工程开挖面土壤侵蚀计算;坡长因子Ly取值时不考虑区块内建构筑物和道路的切割;Ｒ和K因子直接采用规范推荐值;坡度因子Sy取值时考虑将各个区块的坡度全部取2°等。以该工程为例，利用《导则》计算土壤侵蚀量虽然方法较为明确，但前提是方案编制人员需对工程施工工艺、施工进度具有相当的了解。因此，如按照以往可研阶段进行方案编制，则各建构筑物施工时间、施工方法、堆土方式无法确定，即便按照《导则》进行计算，仍不可避免地进行“拍脑袋”，导致预测结果依然不可靠。

［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):9－10，41．

［2］顾亚兰．第四纪红黏土区侵蚀劣地生态恢复30年前后的环境效应研究［D］．北京:中国科学院大学，2017:50－51．

作者：王鹏 蒋丹丹 单位：中国能源建设集团 江苏省电力设计院有限公司 江苏省水利工程科技咨询股份有限公司