內蒙古開發建設項目水土流失特點與監測技術探討

郭百平，于亞文，王志軍

(內蒙古自治區水土保持監測站，內蒙古 呼和浩特 010020)

1 內蒙古開發建設項目現狀與水土流失特點

內蒙古資源豐富，特別是煤炭資源十分豐富，現已探明煤炭資源儲量7413.9億t，居全國第一位，已成為全國重要的能源保障基地。近幾年全國經濟發展對煤炭的需求增長在很大程度上拉動了內蒙古的經濟增長，2010年內蒙古的GDP突破10000億元大關。除礦產資源的大規模開發外，其他開發建設活動也很活躍，“十一五”末，全區公路總里程達到15.7萬km，其中高速公路2365km，一級公路3387km。近年來風電產業發展速度加快，產業規?？焖傩纬?，并網風電裝機容量870萬kW，居全國首位。據統計，“十一五”期間，全區各級水行政主管部門批復的各類開發建設項目水土保持方案達2643個，涉及水土流失防治責任范圍6614km2，設計棄土棄渣量33.9億t。大規模的開發建設活動在支撐全區經濟快速發展的同時，對生態環境造成了極大的壓力，人為水土流失呈現出上升趨勢。

近年來隨著開發建設項目水土保持工作的不斷深入，特別是《開發建設項目水土保持設施驗收管理辦法》(水利部16號令)頒布實施以來，開發建設項目水土保持監測工作已逐漸被社會所接受，得以快速推進。但據2009年的統計資料，全區開發建設項目水土保持監測率還不到24%。

總結現場調查情況，內蒙古開發建設項目水土流失呈現出以下特點:

(1)水土流失范圍廣。內蒙古自治區礦產資源種類多、儲量大、分布廣，隨著礦產資源的大規模開發，交通、水利、電力等相關建設活動日趨增多增強。從呼倫貝爾草原到阿拉善荒漠從黃土丘陵溝壑區到大興安嶺山地，從農村到城市，各類開發建設活動遍地開花。開發建設活動不可避免地造成了大面積的土地開挖和植被破壞，并產生了大量棄土、棄渣，加劇了區域水土流失。

(2)類型多樣。區內地貌類型多樣，東西部氣候差異大，加之各類開發建設活動的類型不同，生產工藝、施工工藝與施工時序安排存在較大差異，造成水土流失類型多樣、形式復雜，水力、風力、重力侵蝕等多種侵蝕類型在空間上疊加，在時間上交替出現。

(3)危害大。開發建設項目施工及生產過程中的場地平整、開挖、堆填，客觀上造成地表裸露和大量松散堆積物的存在，重塑地貌甚至是改變水系，加劇了水土流失，特別是在雨季防護措施不到位的情況下，極易形成滑坡、崩塌、局部洪水泛濫，造成危害發生。主要危害有:淤積河道，降低水庫、灌溉渠道的使用壽命，埋壓農田、草場、交通設施，威脅工程安全運行，影響周邊居民的生產和生活，特別是火電廠的貯灰場、金屬礦的尾礦庫干灘受風力侵蝕時間長、強度大，給周邊居民生活造成的不良影響持續時間長、危害大。

(4)治理難度大。長期以來，開發建設活動中的表土剝離和利用一直未能得到建設單位和施工單位的高度重視，也未得到有效監控，致使十分寶貴的表土資源白白喪失，對后期的植被恢復造成了很大困難。另外，煤礦及非煤礦山的露天開采一方面造成大面積的土地挖損和植被破壞，另一方面疏干水的排放造成水資源的浪費和地下水位的降低，對區域生態環境造成不利影響，后期治理難度很大。

2 內蒙古開發建設項目水土流失類型與分布

總體來講，人為活動的影響加劇了區域水土流失。從近年來對全區大中型開發建設項目水土流失調查和監測的結果來看，內蒙古自治區開發建設項目水土流失的類型主要有水力、風力和重力侵蝕3種。

2.1 水力侵蝕

幾乎所有的開發建設項目均會造成地表強烈擾動和植被破壞，甚至是重塑地貌，進而加劇水力侵蝕。最常見的水力侵蝕形式主要有面蝕和淺溝侵蝕，其中面蝕發生于各種地貌形態和擾動單元，淺溝侵蝕主要發生在有一定匯水面積的斜坡上。開發建設項目特有的現象是在未順接至自然溝道或低洼處的排水溝末端極易造成淺溝甚至是切溝侵蝕。切溝侵蝕多見于大型排土場，排土場平臺徑流若不能有效攔蓄，常匯集到地形低洼處，在平臺與邊坡交接處形成切溝，一直發展到邊坡底部，造成嚴重的水力侵蝕。水力侵蝕從空間上講主要分布于內蒙古中東部地區，從時間上講主要分布于每年的6—8月份。

2.2 風力侵蝕

從空間分布上講，內蒙古風蝕主要發生在中西部及區內幾大沙漠沙地風蝕區、風蝕水蝕復合侵蝕區，區域自然條件特點是氣候干旱、年降水量不超過400mm，土壤類型以風沙土為主。地面組成物質以風沙土為主的地區，只要施工擾動破壞了地面植被，風蝕就會加劇;地面組成物質為黃土狀物質、黑鈣土的地區，機械碾壓強度大的擾動單元風蝕也很強烈。從時間上講，由于全區大部分地區每年3—5月份的平均風速最大，與風速分布相對應，3—5月是風蝕最為強烈的時間段。從擾動形態上講，挖損、堆積均會造成風蝕加劇，在堆積形態中，以火電廠貯灰場、金屬礦尾礦庫干灘風蝕最為強烈。

2.3 重力侵蝕

重力侵蝕在開發建設項目建設區并不普遍，其形式主要有崩塌、滑坡和陷穴?；轮饕l生在大的開挖或堆土邊坡，如位于溝谷中的工業場地的開挖邊坡、露天采掘場邊坡、排土場邊坡，發生滑坡的主要原因是基巖巖性軟弱、邊坡較陡、人工邊坡高差較大或堆土高度較高、截排水措施不到位等。崩塌主要發生在比較陡峭的人工開挖邊坡，如非等級道路邊坡、取土場邊坡、工業場地開挖邊坡，一般規模較小。陷穴主要發生在黃土或黃土狀堆積物較深厚的堆土層中，如排土場平臺外側靠近邊坡處。

3 開發建設項目水土流失監測技術路線

水土保持監測實施方案是直接用于指導監測工作的重要的技術文件，制定一個科學的、可操作的實施方案是保障開發建設項目水土保持監測成果質量的關鍵。監測技術人員應根據項目的建設內容與規模、建設活動擾動方式、項目區自然條件和水土流失特點、建設活動對水土流失的影響等制定切實可行的水土流失監測方案，并付諸實施。在監測過程中，還應根據開發建設項目的變更情況與監測過程中發現的問題，及時修正監測方案，收集和分析監測數據，指導建設單位有效防治建設過程中的水土流失。具體的監測技術路線如下:

(1)收集有關資料。包括項目區地形地貌、地質、水文、氣象、土壤、植被、水土流失與水土保持、土地利用現狀等自然概況和社會經濟概況的資料，建設工程總體布局圖、進度安排、施工工藝、棄土棄渣特點等主體工程設計資料，水土保持方案及其批復文件，掌握水土保持工程布局和要求。

(2)進行現場調查。確定項目建設區、水土流失防治分區。

(3)制定監測方案。根據收集的各方面資料和現場勘查情況，按照《水土保持監測技術規程》和水利部《關于規范生產建設項目水土保持監測工作的意見》，制定監測方案，確定監測范圍并分區，確定監測內容、指標、時間和頻次，確定監測點位和觀測設施類型。

(4)布設監測點和監測設施。

(5)開展調查和觀測工作，收集監測數據。

(6)整理、分析監測數據，編制監測報告。

4 水土流失監測方法探討

由于目前設計階段水土保持方案中的水土保持監測方案針對性不強、操作性差，實施階段監測人員對建設項目的水土流失特點把握不準，監測點位布設不合理、代表性差;監測技術與方法不成熟，監測數據不全面、不系統;項目建設區在建設過程中處于持續的擾動和變化中，監測點位的布設受到種種限制;監測單位片面地為建設單位過關服務［1］，技術力量和設備投入嚴重不足，很少在數據的采集與分析方面下工夫等原因造成監測數據難以真實反映開發建設項目的水土流失狀況水土流失監測是開發建設項目水土保持監測的核心，積極探索開發建設項目水土流失監測的技術與方法，提高監測技術水平和成果質量，有效監控開發建設項目水土流失狀況，對指導水土流失防治具有重要意義。

4.1 水力侵蝕監測方法探討

根據《水土保持監測技術規程》，開發建設項目水土流失監測可采用徑流小區、控制站、簡易觀測場(插釬法)、簡易坡面量測法(體積法)等方法。具體采用什么方法，應在充分了解區域自然概況、主體工程施工擾動特點、預判可能發生的水土流失類型與形式的基礎上，合理選擇、組合上述監測方法，布置監測設施。

(1)徑流小區是一種有效的、可考慮首選的水力侵蝕監測方法，適用于擾動面、棄土棄渣等形成的水土流失坡面的監測，不適用于純棄石組成的堆積物的監測。對大量開發建設項目水土流失監測設施的調查發現，實際工作中，徑流小區布設存在的問題主要有:未充分考慮主體工程施工進度與工序，與施工單位溝通不夠，小區布設于活動的邊坡，受施工影響較大;未考慮地形條件和匯水情況，缺少截水措施;多數監測小區面積過小，不具有代表性。開發建設項目人工邊坡的坡長、坡度因項目區地形地貌特點和工程特點差異很大，徑流小區規格受地形條件和下墊面的制約。在采用徑流小區觀測時應注意:選擇相對固定的邊坡;徑流小區的長度最好選擇全坡長;在布設時應進行適當處理，防止上游徑流匯入徑流小區影響觀測數據的準確性和代表性;布設原地貌徑流小區。

(2)簡易觀測場(插釬法)適用于項目區內類型復雜、分散、暫不受干擾或干擾少的棄土棄渣及不便于設置徑流小區或控制站的土狀堆積物的水土流失的監測。采用簡易觀測場(插釬法)應注意:選擇棄土場固定坡面，最好在相應坡度原地貌設置對照觀測場;選址時應盡量排除棄土場外圍來水的影響，建立必要的截水系統;測釬間距不應小于2 m，以避免觀測活動的影響;應考慮沉降對監測數據的影響。

(3)簡易坡面量測法(體積法)適用于暫不擾動的臨時土質開挖面或堆土坡面的水土流失量的測定。其方法是根據調查樣區內侵蝕溝的形狀、尺寸計算出侵蝕溝的體積，然后利用土壤容重換算出土壤流失量，通過溝蝕占水蝕的比例計算總的土壤流失量。此方法一般是在發生侵蝕性降雨后選擇有代表性的侵蝕坡面進行調查，在坡面的上、中、下部均勻布設觀測斷面，將侵蝕溝斷面概化為V形、U形或其他形狀，量測侵蝕溝尺寸。

值得注意的是，在暴雨后項目建設區可能出現數量不多的切溝侵蝕，具有典型性，但不具代表性，應逐個進行調查與評價。

(4)控制站適用于地面擾動程度大，棄土棄渣基本集中在一個或幾個小流域(或集水區)范圍內的開發建設項目。布設時應考慮利用或新建原地貌控制站。對于一些點式工程，利用初期建立的排水系統代替控制站不失為一種有效實用的監測方法，應注意除觀測懸移質外，還應于退水后量測稱重排水系統沉積的泥沙量。

4.2 風力侵蝕監測方法探討

風力侵蝕常用的監測方法主要有集沙儀法、測釬法、降塵缸法等，適用于地表組成物質為風沙土的風蝕區、水蝕風蝕交錯區的建設項目以及火電項目的貯灰場、冶金項目的尾礦庫干灘的風力侵蝕監測。

(1)集沙儀是一種測量風沙流強度的儀器，可收集近地不同高度氣流的挾沙量(主要是躍移量和蠕移量)，計算出距離地面不同高度的單位時間單位面積(或寬度)的輸沙量，即輸沙率［g/(cm2·min)］。其不足之處:一是儀器本身對風沙流的影響較大;二是一般集沙儀無標定系數，無法直接求得侵蝕模數，要由輸沙率推算侵蝕模數，必須通過風洞試驗厘定侵蝕模數與輸沙率的關系。

(2)測釬法簡單易行，便于操作，一般于一次大風過后或每15天測定一次測釬高度的變化量，得到風蝕厚度或風積厚度可直接計算出侵蝕量，但其觀測精度較低。

(3)降塵缸主要用于收集低空懸浮沙塵，觀測得到的是一定時段內單位面積的懸移沙塵量(g/m2)，但懸移沙塵量在風蝕總量中所占比例很小，一般不足5%［2］，因此降塵缸法只能作為輔助方法應用。

具體監測時，應選擇有代表性的原地貌作為對比區，并根據監測條件，選擇上述一種或多種方法，以獲得比較全面、可靠的水土流失數據。

4.3 重力侵蝕監測方法探討

由于現行的《開發建設項目水土保持技術規范》對重力侵蝕的預測未作明確規定，目前開發建設項目水土保持方案報告書中水土流失預測章節均未對重力侵蝕進行預測，已驗收的開發建設項目水土保持監測報告中均未反映重力侵蝕情況。重力侵蝕在開發建設項目中雖不普遍，但確實存在，并且一旦發生，危害很大?！端帘３直O測技術規程》對重力侵蝕監測提出了一些基本規定，今后有必要加強對重力侵蝕的監測。重力侵蝕的發生往往存在突發性，除有條件的項目可對滑坡進行布點連續監測外，一般可采用調查法，利用GPS確定侵蝕位置和范圍，結合使用測繩、皮尺等工具進行量測，計算侵蝕量，同時調查侵蝕造成的危害情況和損失。

5 結語

開發建設項目水土流失監測的重點時段是建設期，而建設區在建設期處于持續擾動狀態，加之開發建設項目類型多樣情況復雜、特點各異，客觀上增加了監測工作的難度。開發建設項目水土保持監測工作尚處于推進階段，具體的開發建設項目的水土流失監測方法的確定應在充分了解項目建設內容與規模、建設活動擾動方式、項目區自然條件和水土流失特點、建設活動對水土流失的影響等因素的基礎上，選擇一種或多種監測方法，或不同方法交替運用，并注意吸收水土保持科研成果以實現客觀反映開發建設項目水土流失狀況的目標。

［1］姜德文.開發建設項目水土保持監測與監控探討［J］.中國水土保持，2010(5):10－12.

［2］張洪江.土壤侵蝕原理［M］.北京:中國林業出版社，199971.