九渠分流與虹吸原理在土壤流失量監測的應用

范禮國 劉湘 陳林

摘 要：本文以金沙江阿海水電站工程為例，通過對水電站水土保持監測工作中土壤流失量常規監測設施的布設及監測原理簡要分析，結合日常監測情況，總結出常規監測方法在水電站工程土壤流失量監測方面所存在優缺點。本文結合九渠分流原理和虹吸原理，將九渠分流設施和虹吸設施組合出一套可用于水電站工程水土保持土壤流失量的監測設施，結合金沙江阿海水電站工程地形進行布設，用以探究其在水電站工程土壤流失量監測中的可行性。

關鍵詞：水電站 土壤流失量監測 九渠分流原理 虹吸原理

土壤流失量是土壤及其母質在侵蝕營力作用下產生位移并通過某一觀察斷面的泥沙數量，是水土保持監測中水土流失狀況監測指標之一。在水電站工程建設過程中，針對土壤流失量的監測方法的常規監測方法主要有徑流小區法、侵蝕溝法和測釬法。常規監測方法所布設的監測設施往往需選擇特定的位置，該位置既不能受到工程施工擾動影響，也不能影響工程主體建設施工，因此常規監測方法無法對施工區土壤流失量做到全面、持續有效的監測，最終得到的土壤流失量也存在較大誤差。

本文結合九渠分流原理和虹吸原理，以金沙江阿海水電站工程為例，設計一套能夠較為準備監測水電站工程施工區土壤流失量的監測設施。

1.項目及項目區概況

金沙江阿海水電站工程是金沙江中游河段水電規劃的“一級八庫”水電開發方案的第四個梯級。工程樞紐建筑主要由擋水大壩、壩后廠房、左岸溢流表孔及消力池、左岸泄洪（沖沙）底孔、右岸排沙底口、壩后主副廠房等組成。水庫正常蓄水位為1504m，死水位1492.0m，相應于正常蓄水位的庫容為8.06×108m3，調節庫容2.38×108m3，最大壩高132m，裝機容量2000MW（5×400MW），多年平均發電量89.92億kW·h。工程總占地面積427.14hm2（僅含壩區），工程于2007年4月（含“三通一平”）開工建設，2014年6月建設完工。

項目所在地地貌屬滇西縱谷山原區蘭坪高山峽谷亞區地貌單元，施工區河流流向大致由北向南，河谷為“V”型，兩岸地形坡度一般30°～45°;壩址區兩岸基巖大多裸露，從上游至下游依次出露有泥盆系（D）、志留系（S）和奧陶系（O）層狀地層、華力西晚期順層侵入的輝綠巖（βμ43）以及零星分布于地表及河床的第四系松散堆積物;壩址區水文條件簡單，金沙江為區內最低排泄基準面，壩址兩岸沖溝發育，只有右岸的白云溝、青云溝有常年流水，且水量較小，其余沖溝均為季節性水流。

2.常規監測方法優缺點分析

2.1阿海水電站工程土壤流失量監測設施概述

在工程“三通一平”階段，共布設固定監測點46個，其中土壤流失量監測點41個，主要監測設施有樁釘土壤流失量監測樣方、侵蝕溝土壤流失量監測樣方。

在主體工程施工建設階段，共布設固定監測點位18個，布設監測設施32個，其中布設土壤流失量監測設施14個，主要為簡易水土流失觀測場（測釬法）、侵蝕溝樣地和徑流小區等。

綜合金沙江阿海水電站工程建設各階段針對土壤流失量的監測主要采取的監測方法都是現階段行業內常用的監測方法：簡易水土流失觀測場（測釬法）、侵蝕溝法和徑流小區法三種。

2.2常規監測方法優缺點

在金沙江阿海水電站工程建設過程中針對土壤流失量的監測，采用的監測方法主要為簡易水土流失觀測場法（測釬法）、侵蝕溝法和徑流小區法，各監測方法均為土壤流失量常規監測方法。

結合本行業從事者的工作經驗，總結出土壤流失量常規監測方法的優缺點如下：

優點：（1）監測設施組成簡單，可就地取材，成本較為低廉;（2）操作簡單，數據采集方便;（3）布設程序簡單，對布設位置的要求相對較低;（4）各類監測設施已被使用多年，可借鑒經驗豐富。

缺點：（1）土壤流失量常規監測設施均布設在開挖或回填的邊坡上，無法對施工區做到全面的監測;（2）在不同施工期，特別是在工程施工高峰期，工程對原地貌擾動較為劇烈，常規監測設施無法及時布設在工程施工工作面上，無法對施工高峰期的土壤流失量做到及時監測;（3）為保證動態監測的連續性，在布設監測點時十分注意監測點的穩定性，往往都選擇避開施工擾動劇烈的區域，由于監測設施所選位置及周邊非施工擾動劇烈區，從而用該區域監測數據代表該工作面的土壤流失情況或整個項目區的土壤流失情況是不符合實際情況;（4）通過土壤流失量常規監測設施，獲得的監測數據往往僅是針對某一坡面，將該數據用來計算整個項目區的土壤流失量也與實際情況不符。

3.利用九渠分流原理和虹吸原理對水電站工程土壤流失量監測的構思

3.1九渠分流原理簡介

標準徑流小區分流箱是在產流量大、集流桶容積有限時，或安置區狹小不能增多集流桶等情況下采用，可一級或多級分流。分流箱往往是由薄鋼板或混凝土澆筑，在分流箱上部設置分流孔（分流孔數量根據匯流情況確定），分流孔規格一致，排列均勻，布置在同一水平面上，因此可以起到分流的效果

3.2虹吸原理

虹吸原理是利用液面高度差的作用力，將液體充滿一根倒U形的管狀結構內后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內的液體會持續通過虹吸管向更低的位置流出。在生活中，虹吸原理利用較多的主要為虹吸式雨量計、虹吸式屋面排水系統。

3.3利用九渠分流原理和虹吸原理設計土壤流失量監測設施

3.3.1利用金沙江阿海水電站工程布設土壤流失監測設施的構想

本文結合金沙江阿海水電站工程區地形，上游監測設施布設在工程區征地紅線外側上游河道，下游監測設施布設在征地紅線外側下游河道，從而保證整個施工擾動區域均在監測范圍內。

3.3.2土壤流失量監測設施結構設計

土壤流失量監測設施主要由兩部分組成：取水設施和分流設施。

取水設施利用虹吸原理，在河道上布設取水口，通過虹吸管，引水至分流設施。

分流設施利用九渠分流原理，將虹吸管引進的河水，經過一級或二級（或多級）分流，分流出多余的河水通過水渠匯入河流中，作為測量樣方的河水最終流入集水池中，進行泥沙含量實驗取樣使用。

集水池泥沙含量計算可參照徑流小區泥沙含量計算方法進行。

3.3.3土壤流失量監測設施原理

施工前，在規劃施工區紅線上游、下游各布設一套土壤流失監測設施，通過測量出一段時間內上、下游斷面泥沙含量，并結合該時段內施工區內河流流量，即可計算出施工前施工區規劃紅線范圍內原生土壤流失量。

3.3.4土壤流失量監測設施可行性分析

土壤流失量監測設施可利用河流自然落差所存在的勢能，通過計算選擇合適位置布設監測設施即可滿足監測設施取水需要。

通過多級分流，可減少匯入集流池內的樣方水量，能夠減少集水池的尺寸，也能夠滿足以往監測頻次要求，即雨季每月一次常規監測的需求。

該土壤流失量監測設施不僅能夠做到對施工區土壤流失量的全面監測，而且還可以根據實際需要，做到某一次強降雨前后施工區土壤流失量的變化情況。

4.結語

本文僅是提出一種新的土壤流失量監測設施的構想，要用于實際監測工作中，還需要經過更多的論證及結構優化設計。因此希望更多的工作者參與探討，不斷提高土壤流失量監測方法的技術水平，并提出更多的土壤流失量監測方法。

參考文獻：

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