生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象概化模型研究

李智廣，李 驁，吳志平

(1.水利部 水土保持監(jiān)測中心，北京 100055；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430070；3.北京師范大學(xué)，北京 100875)

1 研究目的

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，我國各類生產(chǎn)建設(shè)活動不斷增多。在建設(shè)過程中，通常需要開展土地平整、采石取土、坡面開挖及填筑、渣料臨時堆放、棄渣棄土、尾礦灰渣存儲等活動。這些活動均有可能造成水土流失。生產(chǎn)建設(shè)項目造成的土壤流失在哪兒、面積有多少、流失量有多大一直是困擾大家的一個問題。究其原因，主要是到目前為止仍然沒有一個好的觀測生產(chǎn)建設(shè)項目造成土壤流失的技術(shù)體系，而根源在于沒有一個好的監(jiān)測樣地(或者監(jiān)測點)的布設(shè)體系，包括如何確定監(jiān)測對象、監(jiān)測樣地數(shù)量、位置與大小及如何選擇監(jiān)測方法和設(shè)施設(shè)備。盡管已有學(xué)者就監(jiān)測樣地的選擇和布設(shè)進(jìn)行了研究[1-8]，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也對監(jiān)測樣地的布設(shè)依據(jù)、設(shè)置時限、場地選擇進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定[9-11]，但在實際的水土流失監(jiān)測中仍存在著監(jiān)測樣地位置布設(shè)隨意、監(jiān)測方法選取不合理的現(xiàn)象，仍缺少對監(jiān)測樣地布設(shè)及監(jiān)測方法與技術(shù)體系的系統(tǒng)研究[12-16]。本研究基于生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測實踐，經(jīng)過系統(tǒng)分析和研究，提出了土壤流失監(jiān)測對象概化模型，將監(jiān)測對象的形狀特征、對象所在地被擾動的形式特征以及由這兩個特征引起的土壤流失特征相結(jié)合，全面、系統(tǒng)、歸類化地反映了土壤流失監(jiān)測對象，以期為有針對性地開展生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測樣地位置選擇與范圍確定、監(jiān)測方法與設(shè)施設(shè)備遴選提供科學(xué)依據(jù)。

2 生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象概化指標(biāo)

盡管生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象形態(tài)各異，物質(zhì)組成也各不相同，但在從事生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測過程中，仍能夠發(fā)現(xiàn)針對地表形態(tài)、所在地表被擾動形式相似的監(jiān)測對象，可以選取類似或者相同的監(jiān)測方法，監(jiān)測樣地的位置、范圍與必需的設(shè)施設(shè)備。因此，可以依據(jù)監(jiān)測對象所處的地表形態(tài)和監(jiān)測對象所在地表被擾動形式2個指標(biāo)對生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象進(jìn)行歸類劃分。首先，可將所有監(jiān)測對象所處地表形態(tài)分為平地、坡面和溝道3種。在項目建設(shè)和生產(chǎn)運行過程中，無論何種擾動方式(棄土棄渣、取土取料、開挖填筑)，作用的地表形態(tài)只有平地、坡面、溝道3種。其次，可將所有監(jiān)測對象所處地表被擾動的形式分為開挖型、填筑型和碾壓型3種。在項目建設(shè)和生產(chǎn)運行過程中，不論是在平地上操作還是在坡面上施工，亦或是在溝道中活動，其擾動地表的形式也基本上只有3種，即開挖(如取土、取石、取料)、填筑(如路基填筑)、碾壓(如臨時施工便道、儲煤場碾壓)。

3 生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象概化結(jié)果

依據(jù)上述的監(jiān)測對象所處的地表形態(tài)和監(jiān)測對象所在地表被擾動形式2個指標(biāo)，可以將生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象分為9種，即平地堆渣、平地挖坑、平地碾壓、坡面堆渣、切坡取土、坡面碾壓、溝道堆渣、溝道采砂、溝道碾壓。這9種對象，不僅具有各自顯著的、獨特的形狀概化模型特征、被擾動形式模型特征，而且具有由這兩個特征引起的土壤流失特征，每種對象的概化模型見表1。這3個特征為歸類遴選生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測樣地的位置提供了科學(xué)依據(jù)，為有針對性地選擇土壤流失監(jiān)測方法和設(shè)施設(shè)備提供了物理原型。

3.1 監(jiān)測對象概化模型的全面性和系統(tǒng)性檢驗

將各類生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測重點對象按照概化模型進(jìn)行歸類劃分如表1所示。由此可知，監(jiān)測

表1 不同類型生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)測對象概化模型

對象的9種概化類型，涉及了采礦類、交通鐵路、電力、冶煉、水利水電、建筑及城鎮(zhèn)建設(shè)和管道等工程項目，包含了各類生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測重點對象的全部情形[1，2，7，13，17]。這充分反映了本研究采用監(jiān)測對象所處地表形態(tài)和所在地表被擾動形式2個指標(biāo)劃分生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象的系統(tǒng)性、全面性，也充分反映了9種監(jiān)測對象概化模型的科學(xué)性以及對土壤流失監(jiān)測的支撐意義。

3.2 監(jiān)測對象概化模型及其土壤流失基本特征

上述9種生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象的概化模型與土壤流失特征如下：

(1)平地堆渣。平地堆渣是指在較平坦的地面上堆放土(石)。在項目建設(shè)和生產(chǎn)運行中，根據(jù)堆棄物的機(jī)械動力、堆棄方法、堆棄形態(tài)的不同，又可將平地堆渣分為散亂錐狀平地堆渣、條狀壟崗式平地堆渣、分層碾壓坡頂散亂式平地堆渣、分層碾壓坡頂碾壓平臺式平地堆渣等[17]。盡管這些堆棄物的形態(tài)、堆棄方法有所不同，但它們總是可以被拆分成幾個小的平地堆渣。這種對象發(fā)生的土壤流失，包括降水直接對堆渣坡面的沖刷和降水入滲渣體內(nèi)部形成壤中流造成的流失，可能的危害包括堆渣坡面形成的集中徑流對平地的沖刷和流失土壤在平地上的堆積與占壓。

(2)坡面堆渣。坡面堆渣是指在具有一定坡度的坡面上堆放土(石)。這類對象與平地堆渣的形態(tài)相似，只是堆放的地表形態(tài)不同。對于這種對象，不僅降雨導(dǎo)致堆渣邊坡發(fā)生土壤流失，而且溝道的徑流和上游來水也會對堆渣下方造成沖擊，其危害的土地包括了堆渣所在的坡地及其附近的平地。

(3)平地挖坑。平地挖坑是指在較平坦的地面向下挖掘土(石)料。這類對象在管線工程、交通鐵路工程等線型項目中比較常見，在點型項目中的取土場也有出現(xiàn)。實踐中，除了有平地挖坑取土(石)外，還有崗地取土(石)和切坡取土(石)。其中，崗地取土(石)是以局部凸出的崗地為土(石)料挖取對象，挖取土(石)結(jié)束后的地面與周邊地表基本持平，這類取土(石)仍歸類為平地取土；若挖土(石)結(jié)束后仍剩余有部分凸出的崗地，且形成了新的開挖面，就可以歸類為切坡取土。通常平地取土按照深挖窄取、少占農(nóng)田的原則進(jìn)行，開挖時形成陡立的坑壁，降雨容易形成徑流，造成土體坍塌，發(fā)生土壤流失，其危害包括坡面坍塌引起原來平地的損失以及坑內(nèi)降水聚集、流失土壤的堆積。

(4)切坡取土。切坡取土是指沿山體、丘陵的坡面向內(nèi)開挖取土(石)料，挖取土(石)結(jié)束后形成開挖面、開挖坡底面與周邊地面基本保持水平。切坡取土后形成的開挖面通常比較陡，降雨容易形成徑流，造成土體坍塌，發(fā)生土壤流失，并對開挖坡底面和周邊土地形成威脅；切坡取土后若未及時處理形成的坡底面，則會因強(qiáng)烈擾動和降雨造成泥水濁流四處亂流，發(fā)生土壤流失并對周邊造成危害。

(5)平地碾壓。平地碾壓是指較平坦的地面在項目建設(shè)和生產(chǎn)運行過程中遭到機(jī)械、人、各種材料的碾、壓等。這類對象，通常是項目建設(shè)和生產(chǎn)運行期間的施工(臨時)便道或伴行路，屬于主體工程的輔助設(shè)施，等級低、不硬化，并伴有局部的挖填平整。由于反復(fù)的擾動而又疏于防護(hù)，在降雨、大風(fēng)的作用下，容易發(fā)生土壤流失，尤其是大雨泥流和大風(fēng)揚塵。

(6)坡地碾壓和溝道碾壓。這兩種對象發(fā)生的土壤流失與危害與平地碾壓基本一樣，只是被碾壓對象所在位置的地形分別為坡地和溝道。坡地碾壓對象，由于本身的地形坡度，加之反復(fù)的擾動，更容易受到降雨的威脅；溝道碾壓，容易受到坡面徑流和溝道來水的沖刷。

(7)溝道堆渣。溝道堆渣是指在溝底堆放土(石)。這種對象與平地堆渣、坡面堆渣的形態(tài)不同，主要形式是沿溝道在溝底堆積，或散亂、或平整，不僅阻塞墊高溝道、影響行洪，而且提供了大量松散的渣土物質(zhì)，當(dāng)發(fā)生暴雨徑流和洪水時，極易造成沖刷和泥沙下瀉，危害下游。

(8)溝道采砂。主要是指在河道中采砂，也包括沿著溝道取土。若是在河道采砂，會造成河床甚至河道狀態(tài)變化，破壞河流的水力平衡，流水會造成比原來基本穩(wěn)定河床更大的沖刷，甚至影響河岸穩(wěn)定，造成嚴(yán)重的土壤流失。若是溝道取土，施工活動會影響已經(jīng)穩(wěn)定的侵蝕基準(zhǔn)面，形成新的、不穩(wěn)定的開挖面，容易發(fā)生土壤流失。

4 結(jié)語及問題討論

本研究采用監(jiān)測對象所處地表形態(tài)和所在地表被擾動形式2個指標(biāo)，劃分、概化并提煉出了生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測的9種對象，這9種對象具有各自顯著的、獨特的形狀概化模型、被擾動形式概化模型和土壤流失特征，不僅使形形色色的、不便對應(yīng)與記憶的生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測對象更加歸類化和模型化，而且對生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測樣地的位置選擇、范圍確定及監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的選擇等具有重要意義。

盡管已經(jīng)用各類生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測重點對象對本研究提出的劃分方法與概化模型的系統(tǒng)性、全面性進(jìn)行了檢驗性闡述，但本研究是以“監(jiān)測對象所處地表形態(tài)和所在地表被擾動形式2個指標(biāo)”為前提，推理、分析得出土壤流失監(jiān)測對象的概化模型。因此，這種概化對象模型僅僅是從本研究角度提出的，仍有待進(jìn)一步收集資料和數(shù)據(jù)來檢驗和證明研究結(jié)果的合理性、準(zhǔn)確性，期待研究提出其他更好的、能夠支撐生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失監(jiān)測對象的概化模型。

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