坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

馮金根

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

馮金根

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

通過(guò)在山丘區(qū)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路的填方邊坡設(shè)立了坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)，施工期間定期采集泥沙樣、量算沉沙池淤積量、測(cè)定水土流失量，取得了一系列實(shí)測(cè)資料，客觀反映、分析評(píng)價(jià)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路建設(shè)引起的水土流失情況和水土保持措施實(shí)施效果。

山丘區(qū)；風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路；坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)；水土保持監(jiān)測(cè)

坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)是指利用生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工過(guò)程中形成的挖填邊坡建設(shè)的水土流失徑流觀測(cè)小區(qū)。通過(guò)觀測(cè)邊坡的水土流失情況，測(cè)算坡面產(chǎn)生的水土流失量，從而推算生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中坡面水土流失量的重要方法。坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)可充分利用原有自然坡面和挖填形成的路基坡面，能真實(shí)反映生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失狀態(tài)。路基施工形成的挖填邊坡在施工期多以裸露的形式存在，是道路工程水土流失的主要策源地，而施工后期會(huì)相應(yīng)邊坡防護(hù)措施實(shí)施，并能取得的較好的防護(hù)效果。因此，風(fēng)電場(chǎng)道路工程的挖填邊坡是水土流失觀測(cè)和水土保持效果監(jiān)測(cè)的最佳區(qū)域。

本文成果主要依托國(guó)電電力寧海茶山風(fēng)電場(chǎng)工程的坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)，其主要測(cè)驗(yàn)設(shè)施包括一座坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)、徑流體積測(cè)驗(yàn)、泥沙測(cè)驗(yàn)設(shè)備及后方試驗(yàn)室等，其中徑流觀測(cè)場(chǎng)還包括徑流小區(qū)、坡腳排水溝、沉沙池等。

1 觀測(cè)場(chǎng)設(shè)施

坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)設(shè)置在已完成填筑的路基邊坡上。填方邊坡的坡度、坡長(zhǎng)和土壤可蝕性從具有典型性和代表性的路段優(yōu)選。徑流觀測(cè)場(chǎng)坡長(zhǎng)為路基的坡長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比1∶2，兩側(cè)設(shè)置片石或磚塊與周邊邊坡隔離，坡腳設(shè)排水溝，排水溝末端接沉沙池。本文選用的坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)寬3 m，長(zhǎng)6 m，坡腳設(shè)矩形磚砌排水溝（寬×深：35 cm×35 cm），排水溝末端設(shè)磚砌沉沙池（內(nèi)部尺寸長(zhǎng)×寬×深：100 cm×100 cm×100 cm）。排水溝與沉沙池內(nèi)側(cè)均采用水泥砂漿抹面。徑流觀測(cè)場(chǎng)平面布置見圖1。

圖1 徑流觀測(cè)場(chǎng)的平面布置圖

體積測(cè)驗(yàn)設(shè)備主要為測(cè)尺、流量?jī)x、鋁盒和量筒。測(cè)尺主要用來(lái)直接量測(cè)沉沙池的泥沙淤積深度。流量?jī)x主要用來(lái)采集沉沙池外溢流量。量筒則用來(lái)測(cè)量采集沉沙池渾水水樣，后期通過(guò)實(shí)驗(yàn)室定容、過(guò)濾、烘干、稱重等步驟測(cè)定渾水的泥沙含量。鋁盒用于采集泥沙樣品，后期回實(shí)驗(yàn)室烘干稱重獲取泥沙密度。

2 數(shù)據(jù)采集與計(jì)算

2.1 數(shù)據(jù)采集

每次降雨結(jié)束后，仔細(xì)觀察沉沙池內(nèi)水面線上的刻度標(biāo)記。觀測(cè)結(jié)束后攪拌沉沙池內(nèi)渾水，并采集沉沙池內(nèi)渾水水樣帶回實(shí)驗(yàn)室分析泥沙含量。如若當(dāng)期降水量較小，也可待沉沙池內(nèi)的渾水干化后量測(cè)沉沙池底部泥沙淤積深度h。如果短時(shí)強(qiáng)降水量大，導(dǎo)致沉沙池容量不足，則需補(bǔ)充量測(cè)外溢流量和外溢渾水的泥沙含量。

2.2 分析與計(jì)算

水土流失量的計(jì)算有2種情況：

2.2.1 無(wú)溢流情況

式中：V泥為沉沙池內(nèi)渾水體積，m3；δ為渾水樣中平均含沙量，kg/m3；a為沉沙池底凈長(zhǎng)，m；b為沉沙池底凈寬，m；h為沉沙池內(nèi)泥沙淤積深度，m；ρ為泥沙的密度，kg/m3；G泥為泥沙的總質(zhì)量，kg。

在測(cè)量沉沙池底部泥沙淤積深度h時(shí)，為避免泥沙淤積深度在沉沙池底部厚度分布不均，淤積深度h的測(cè)量可采用探針在泥沙底部均勻采樣，通過(guò)量測(cè)探針進(jìn)入泥沙的深度獲取泥沙淤積深度的平均值。每次完成泥沙數(shù)據(jù)采集后對(duì)沉沙池底部的泥沙進(jìn)行清理。

2.2.2 有溢流的情況

通常徑流觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)匯集的雨水進(jìn)入沉沙池內(nèi)，不發(fā)生外溢，但實(shí)際可能因短時(shí)降水量過(guò)大，超出沉沙池容量而沿沉沙池頂部的排水管外溢。此時(shí)水土流失量計(jì)算需補(bǔ)充考慮外溢水量中的泥沙含量，水土流失量計(jì)算修正公式如下：

式中：G池為沉沙池內(nèi)泥沙質(zhì)量，kg；G外溢為外溢的泥沙質(zhì)量，kg；Q泥為外溢渾水流量，m3/s；t為外溢時(shí)間，s；δ為渾水樣中平均含沙量，kg/m3。

外溢流量測(cè)量采用在外溢出口安裝流量?jī)x，自動(dòng)記錄徑流過(guò)程并定時(shí)采樣。

將監(jiān)測(cè)期內(nèi)測(cè)得的泥沙量相加，得到監(jiān)測(cè)期內(nèi)水土流失總質(zhì)量G泥總。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

國(guó)電電力寧海茶山風(fēng)電場(chǎng)工程的水土保持監(jiān)測(cè)期為2012年7月至2013年12月，共計(jì)18個(gè)月。監(jiān)測(cè)期通過(guò)查閱工程區(qū)附近力洋雨量站降雨信息可得，監(jiān)測(cè)期間工程區(qū)逐月降雨量數(shù)據(jù)詳見表1 ～ 2。

表1 2012年工程區(qū)逐月降雨量表

表2 2013年工程區(qū)逐月降雨量表

通過(guò)坡面徑流觀測(cè)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路在監(jiān)測(cè)期內(nèi)（2012年7月至2013年12月）共產(chǎn)生土壤侵蝕總量為2 409 t。

2012年度內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路土壤流失量978 t，2012年土壤流失量年內(nèi)變化情況見圖2。2012年度水土流失地面觀測(cè)始于2012年7月，監(jiān)測(cè)時(shí)段為6個(gè)月。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，由于該時(shí)段為道路工程土建施工高峰期，地表擾動(dòng)強(qiáng)烈，且施工區(qū)域裸露無(wú)植被，同時(shí)受7 — 9月臺(tái)汛期集中短時(shí)強(qiáng)降雨影響，工程區(qū)土壤流失量較大。自10 — 12月進(jìn)入枯水季節(jié)后，監(jiān)測(cè)期內(nèi)土壤流失量相對(duì)減少。

圖2 2012年土壤流失量年內(nèi)變化圖

2013年水土流失監(jiān)測(cè)期為12個(gè)月，場(chǎng)內(nèi)道路年內(nèi)土壤流失量1 431 t，各月土壤流失量詳見圖3。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可知：1 — 5月，雖然施工造成地表擾動(dòng)較強(qiáng)烈，因期間降雨較小，土壤流失量較小，6月進(jìn)入梅汛期后降雨量陡增，土壤流失量升高，7月晴熱高溫，降雨量較常年偏小，土壤流失量較少；8月中下旬出現(xiàn)1次強(qiáng)降雨過(guò)程，日最大降水量47.5 mm，為該季度最大24 h降水量，引起水土流失量反彈。9月以后，隨著道路工程截排水、攔擋防護(hù)措施的完善，道路路面硬化，非硬化區(qū)域的地表綠化和自然覆綠，土壤流失量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，例外是，10月因受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”影響，僅10月6日單日降水量達(dá)154.0 mm，短時(shí)強(qiáng)降雨造成場(chǎng)內(nèi)道路水土流失加劇，水土流失量在10月形成劇烈反彈。

圖3 2013年土壤流失量年內(nèi)變化情況圖

[4] 錢寧，萬(wàn)兆惠．泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，1983．

[5] 關(guān)君蔚．水土保持原理[M]．北京:中國(guó)林業(yè)出版社，1996．

[6] 孔剛．人工降雨條件下黃土坡面土壤養(yǎng)分流失試驗(yàn)研究[D]．西安 ：西安理工大學(xué)．2007．

[7] 鄭明國(guó)，蔡國(guó)強(qiáng)，程琴娟．一種新的流域水沙關(guān)系模型及其在年紀(jì)時(shí)間尺度的應(yīng)用[J]．地理研究，2007，26(4) ：745 - 754．

[8] 劉德地，李梅，樓章華，等．近50年來(lái)浙江省降雨特性變化分析[J]．自然資源學(xué)報(bào)，2009，24(11) ：1973 - 1983．

[9] 蔡國(guó)強(qiáng)，劉紀(jì)根，劉前進(jìn)．岔巴溝流域次暴雨產(chǎn)沙統(tǒng)計(jì)模型[J]．地理研究，2004，23(4) ：433 - 439．

[10] 張玉珍．南方丘陵地區(qū)降雨徑流和泥沙輸出特征[J]．福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，4(3)：323 - 326．

[11] 周璟，張旭東，何丹，等．武陵山區(qū)女兒寨小流域次降雨徑流與產(chǎn)沙特征 [J]．中國(guó)水土保持科學(xué)，2011，9(1)：33 - 38．

（責(zé)任編輯 黃 超）

S157

：B

：1008 - 701X(2017)01 - 0053 - 02

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.018

2016-10-12

馮金根（1985 - ），男，工程師，碩士，主要從事水土保持設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、水土保持方案編制及水土保持研究工作。

E - mail：jacken_whu@qq.com