引水工程水土流失影響與水土保持措施分析

白 金，趙 斐

(內(nèi)蒙古引綽濟遼供水有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

1 概述

我國水土流失強度大，流失分布范圍廣。水土流失主要來自頻繁的水土破壞活動。隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，長距離引水工程成為干旱地區(qū)獲取水資源的一項十分有用的通道[1- 2]，由于長距離引水工程具有輸送距離較遠、跨越地形種類較多，挖方量較大，管路周圍土場多等不利因素，對水土保持的影響十分顯著[3]，因此對水土保持進行評價研究變得十分重要。

對長距離引水工程水土保持分析評價，有助于提高水土保持管理能力，為類似工程提供參考。通過回顧性分析，找出對水土流失影響最大的因素，并提出相應(yīng)的水土保持對策和建議。水土保持評價具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值[4]。目前比較成熟的理論方法有字典序數(shù)法、仿真綜合評價法、專家咨詢法、關(guān)鍵性能因素分析法和層次分析法[5- 8]。

本文采用專家咨詢法和關(guān)鍵績效因素分析法進行綜合研究和判斷[9- 11]。即首先由專家根據(jù)自己的專業(yè)能力和經(jīng)驗對每個因素進行權(quán)重，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將結(jié)果反饋給專家，然后開始第二輪和第三輪的評估……直到專家的意見比較相似。然后，利用權(quán)重建立數(shù)學(xué)方法，計算出最優(yōu)方法。最后從影響因素中找出最重要的關(guān)鍵因素，采用基于權(quán)重的數(shù)學(xué)方法，得出評價影響程度的定量指標(biāo)(本文采用水土流失影響指數(shù)(SWII)對水土流失的影響進行定量和定性評價)。根據(jù)分析結(jié)果，提出相應(yīng)的措施和建議，以期為長距離引水工程水土保持工作提供參考。

2 工程概況

某引水工程由水源工程和引水工程兩部分組成。工程等級為三級，工程規(guī)模中等。多年平均設(shè)計供水量約2億m3，項目總投資約100億元。工程的建設(shè)能夠構(gòu)建當(dāng)?shù)囟嗨幢Ｕ象w系、促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟快速發(fā)展和解決區(qū)域性整體貧困問題，同時有效緩解當(dāng)?shù)氐叵滤?、改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，工程的基本概況見表1。

表1 某長距離引水工程基本概況

3 評價分析

基于長距離引水工程線路影響因素的復(fù)雜性，結(jié)合工程水土保持驗收的數(shù)據(jù)，本文結(jié)合專家咨詢法采用關(guān)鍵績效因子分析法建立數(shù)學(xué)方法進行評價，從“水利工程”的角度去對該工程水土流失影響進行評價，并引入水土流失影響指數(shù)(SWII)對比分析，評判該工程的水土流失是否符合同類工程的標(biāo)準(zhǔn)，對該工程水土流失影響得出量化指標(biāo)。

3.1 測算過程分析

可供選擇的工程因子比較多，不利于數(shù)學(xué)方法測算，不利于大范圍應(yīng)用于工程實際；因子數(shù)量少，不利于全面和客觀評價水土流失影響。本文根據(jù)長距離引水工程的特征和水土保持的特性，結(jié)合專家學(xué)者的意見，主要選取了工程面積、土石方挖填、棄渣量、影響時限、流失水土量、恢復(fù)度等6個因子。

根據(jù)專家咨詢法確定了水土流失影響指數(shù)因子權(quán)重如圖1所示。根據(jù)專家咨詢法可以看到，從相關(guān)的工程經(jīng)驗上來講，影響因子中，可恢復(fù)程度、流失水土量的比重是最高的，但又是十分不可控的，與地方生態(tài)承載能力有關(guān)，只能通過規(guī)劃、選址的時候選擇可恢復(fù)程度較好，對環(huán)境有益的地址。其次是影響時限、工程面積、土石方挖填、棄渣量，這幾項在施工過程中是可控而且可調(diào)節(jié)的，本文主要針對可控便于調(diào)節(jié)的因子提出相關(guān)的施工意見和參考。

圖1 水土流失影響指數(shù)因子權(quán)重

基于因子權(quán)重建立數(shù)學(xué)方法測算水土流失影響指數(shù)(SWII)值[11]。測算公式如下：

(1)

式中，ai—第i個因子，共6個因子；xi—第i個因子的比重。

進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，本文利用標(biāo)準(zhǔn)化公式進行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。即：

(2)

在水利工程類別下各因子的參考最大、最小值，見表2。

表2 水土流失影響評價因子最大、最小值參考表

將各因子的最大值、最小值、實際值代入效益型標(biāo)準(zhǔn)化公式進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果x見表3。如圖2所示可以看出，各因子之間，比重和標(biāo)準(zhǔn)化值之間沒有同增同減的對應(yīng)關(guān)系，在專家咨詢法中所占的權(quán)重越高的因子，并不能說明其對水土保持的影響作用越大，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理的值才能用于研判一個因子影響作用的大小。在權(quán)重方面，土石方挖填量是最小的權(quán)重，但是通過與參考值進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可以看到他的標(biāo)準(zhǔn)化值為最高，影響作用也是最大的，故不能簡單地從權(quán)重方面考慮各因子的影響作用大小。

表3 各因子標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果

圖2 各影響因子比重及標(biāo)準(zhǔn)化值對比圖

將上述標(biāo)準(zhǔn)化處理后的因子數(shù)值與因子權(quán)重相乘后求和，得出影響指數(shù)值(SWII)：

(3)

3.2 測算結(jié)果分析

從工程實際出發(fā)，根據(jù)SWII值越小越好的原則。SWII值越小，工程建設(shè)對水土流失的影響范圍和面積越小，地表擾動強度越小，影響時間越短，水土流失量越小，有利于水土保持。反之，當(dāng)SWII指數(shù)值越大，對土壤侵蝕的影響越大，造成的水土流失影響越大。

水利工程[11]例如大型樞紐工程的占地面積大、棄渣量大、施工周期長，影響指數(shù)值SWII值較大，一般在0.5以上；供水管線工程的SWII值較小，一般在0.1左右。

經(jīng)測算，該工程的水土流失影響指數(shù)值SWII=0.056低于水利工程的平均值(0.2668)，并且小于0.1，計算結(jié)果比理論標(biāo)準(zhǔn)值要小，符合水利工程的規(guī)律，綜合研判得出該工程的水土流失影響較小，水土保持取得了良好成效。

此外，從標(biāo)準(zhǔn)化處理后的因子數(shù)值可知，6項因子中數(shù)值較高的是土石方挖填，較低的是影響時限。通過標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)能夠得到某一項工程在實施過程中，哪些因子是影響水土保持的最主要因素，通過測算指標(biāo)進行統(tǒng)一調(diào)控管理，在施工過程中及時調(diào)整相關(guān)的工作措施和方案，避免某一項指標(biāo)過高導(dǎo)致整體的影響指數(shù)值SWII過高，而致使工程出現(xiàn)不必要的損失，給地方環(huán)境帶來影響。

3.3 相關(guān)措施建議

(1)制定較為合理的土石方開挖與填埋措施[12]。在工程建設(shè)過程中，應(yīng)盡可能優(yōu)化管道走向，縮短管道間距，減少擾動面積。同時，在穿越大橋大河時，可采用盾構(gòu)法、頂管法和沉管法進行優(yōu)化設(shè)計，以減少土石方的挖填。采用鋼板樁支護開挖代替邊坡開挖等有效的開挖方法，可大大減少土石方的挖填量。嚴(yán)格控制土石方挖填數(shù)量，采取旁站、點檢、巡視等措施。

(2)科學(xué)控制影響時限。從標(biāo)準(zhǔn)化的因子中，可以看出控制時限對影響指數(shù)值SWII也會帶來一定的影響，根據(jù)相關(guān)文獻描述[11]，水利工程合理的影響時間為24～60個月，本例子的時間為42，正好處于中游位置，是屬于非常合理的時間，故時間對影響指數(shù)值SWII非常有益，對其影響也是最小的，但是超過一定時間，則會造成不利影響，所以科學(xué)控制并動態(tài)調(diào)節(jié)影響時間是非常重要的。

(3)嚴(yán)格進行監(jiān)管。政府部門按照有關(guān)規(guī)定進行嚴(yán)格監(jiān)管，設(shè)立紅色預(yù)警相關(guān)機制，對于超出相關(guān)指標(biāo)的工程項目應(yīng)該立即發(fā)出限時整改通知書，嚴(yán)格控制相關(guān)影響因子，建立健全水土保持相關(guān)體制機制。

4 結(jié)論

(1)各因子的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化值之間沒有同增同減的對應(yīng)關(guān)系，在專家咨詢法中所占的權(quán)重越高的因子，并不能說明其對水土保持的影響作用越大，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理的值才能用于研判一個因子影響作用的大小。

(2)通過標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)能夠得到影響水土保持的最主要因素。通過測算指標(biāo)進行統(tǒng)一調(diào)控管理，在施工過程中及時調(diào)整相關(guān)的工作措施和方案，避免某一項指標(biāo)過高導(dǎo)致整體的影響指數(shù)值過高而致使工程出現(xiàn)不必要的損失，給地方環(huán)境帶來影響。

(3)土石方開挖量是本引水工程影響水土保持的最主要因素，建議在工程建設(shè)過程中，應(yīng)優(yōu)化管道走向，縮短管道間距，采用盾構(gòu)法、頂管法和沉管法進行優(yōu)化設(shè)計等措施，以減少土石方的挖填。