長距離引水工程的水土保持分析評價

王 琳

(遼寧省海城市水利事務服務中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

水土流失對農業經濟和生態環境的破壞極其嚴重，據統計中國屬于水土流失最為嚴重的地區之一，每年因水土流失造成的土地資源浪費和經濟損失巨大，對區域生態文明建設和經濟持續發展造成嚴重威脅[1]。為解決干旱地區持續緊張的水資源供給矛盾，長距離引水工程成為當前最為有效的方法之一，但此類工程具有挖方量大、跨越地形種類多及輸送距離遠等特征，加之管路周圍土場多等條件限制，對水保工作的開展產生嚴重不利影響，科學評價工程區水土保持狀況具有重要意義[2-3]。

長距離引水工程水土保持評價是指考慮各類自然因子潛在作用和水土流失區條件限制，在人類生產活動下而產生的水土流失危害，可為其它類似工程的科學管理和水土保持能力評價提供指導。項目區水土流失的發生、發展與原地貌條件之間存在密切的關聯，同時也存在較大的異。除重力、水力等常規侵蝕外，土壤侵蝕區還將產生特殊的工程侵蝕和水資源系統的破壞等，例如以堆墊或人為開挖的土石邊坡替代天然的地形地貌、以土壤和破碎巖石組成的巖土混合物替代單純的地表土壤等，其中項目建設過程為發生侵蝕的主要時段。通過分析確定能夠顯著影響水土流失的參數，結合項目實際情況和評價結果提出有效的對策和建議，對于指導工程區水土流失治理具有重要意義[4-8]。當前，AHP法、關鍵性要素分析法、專家咨詢法、仿真綜合評價法等為應用較為成熟的理論方法。

為確保評價結果的可靠性和精確度，將關鍵績效因素分析法和專家咨詢法相結合開展綜合研究。首先，對每個要素的重要性依據專家經驗和知識水平給予分析，從而確定各因子初始權重，經運算處理將數據反饋至專家，以此往復開展多輪反復論證，直至各專家意見較為接近為止；然后利用獲取的權重構造數學模型，在諸多評價要素中篩選區關鍵性因子，考慮了權重計算的數學模型能夠較為準確、可靠的定量表征水土流失受各因子的影響程度；最后，結合評價結果和長距離引水工程實際情況提出有效的建議措施，為水保方案的編制和治理項目投資提供指導。

1 工程概況

遼寧省某引水工程輸水隧洞長150km，洞室主體埋深為120-340m，洞室最大和最小埋深分別為570、12m，屬于無壓水隧洞工程，主要由引水和水源工程構成。工程建設投資約72億元，設計年供水量1.8億m3。建設項目的實施為解決區域性整體缺水問題、促進當地農業發展和構建多水源保障體系等具有重要意義[9]，同時有利于改善生態環境和解決地下水超采問題，項目概況見表1。

表1 長距離引水工程概況

項目區人多地少、丘多坡陡、地形復雜且植被覆蓋率較高，開發建設項目具有棄渣量大，對地表擾動強度高，涉及范圍廣等特點，部分農田和生態植被在建設過程中被破壞，原本脆弱的生態系統很容易產生水土流失。另外，考慮到項目區特殊的地形條件，對于棄渣的處理存在的難度較大，因此合理的評價水土保持現狀可為治理方案的編制和優化設計提供科學的依據。

2 水土保持評價分析

受項目區降水條件、土壤類型、地形地貌和地質等因素影響，加之不合理的開發利用，使得當地土壤保持能力差且生態環境脆弱，水土流失災害影響范圍廣、面積大且農林牧副業生產發展極不平衡。根據該工程的復雜性影響因素，結合水土保持驗收資料和現場實地勘查結果，采用關鍵績效因子分析法和專家咨詢法構建綜合評價數學模型，將建設項目水土流失影響從“水利工程”的角度開展分析，為判別建設項目是否滿足同類工程水土保持標準引入SWII水土流失影響指數，對比分析了各評價因子的影響程度[10]。

2.1 評價過程

選擇的長距離引水工程影響要素較多，不利于實際工程的推廣和數學方法的測算；若選擇的指標數量過少，則無法系統、客觀的反映項目區水土流失治理情況。綜上分析，文章結合水土保持的特性和建設項目特征，結合專家意見和項目水土保持目標要求選取6個代表性因子，即恢復度、流失水土量、棄渣量、土石方挖填、工程面積和影響時限因子。

根據各評價因子具體內涵和專家咨詢法，合理確定各指標權重見圖1。結合專家意見和工程實踐經驗，流失水土量和可恢復程度明顯高于其它因子的重要度，這兩個要素與項目區的生態承載力相關，工程建設實施時具有較高的不可控性。因此，為合理控制這兩項要素應選擇對環境有益，且恢復程度較高的工程地質；另外，棄渣量、土石方挖填、工程面積和影響時限因子具有一定的可調節、可控制性，建設項目施工時應注重對這幾項因子的調控。

圖1 項目區水土流失影響因子權重

SWII水土流失影響指數利用考慮因子權重的數學模型求解，其表達式為：

(1)

式中：ai、xi為評價因子i及其比重；

根據各因子內涵利用下式對各項初始數據進行歸一化處理，從而獲取各因子標準值，其數學計算式為：

(2)

根據長距離引水工程建設項目實際情況獲取各要素初始值、最小和最大值，然后采用上述歸一化公式對各評價因子實際值、最小和最大值進行處理，由此確定各要素標準值，各因子初始值和標準值見表2。

表2 水土保持各評價因子實際值及其標準值

根據圖2可知，水土保持各評價因子標準值、權重并未存在明顯的同減、同增的特征，依據專家咨詢法確定的權重較高的評價指標，其對工程建設水土保持的影響程度并不一定較大，為準確評判各因子的貢獻程度必須進行標準化處理。比較分析權值的大小可知，權重最小的土石方挖填量經歸一化處理后，其標準值最大，對工程建設水土保持的影響最高，因此各要素對評價結果的影響不能僅僅從權重的角度評判。

圖2 因子權重及標準化值

2.2 結果分析

按照SWII值越小則建設項目水土保持越優的原則，評價分析長距離引水工程的水土流失治理情況。SWII值越低，則建設項目的影響時間和地表擾動強度越低，覆蓋面積和影響范圍越小，工程建設產生的水土流失量就越小，對于水土保持的治理越有利；反之，SWII值越大，則工程建設造成的土壤侵蝕量越大，引起的水土流失和地表擾動就越強。

通常情況下，大型水利樞紐、水庫大壩等工程的施工周期較長、棄渣量和占地面積較大，因此這些項目的SWII值一般>0.5；供水管線工程、長距離堤防工程等的SWII值較小，一般為0.1。經過計算分析，該長距離引水工程的SWII影響指數為0.058，小于工程建設影響的平均值0.2668和長距離工程的0.1，相對于理論值評價值較小。由此可認為該建設項目具有良好的水土保持成效，工程建設對當地水土流失的影響較低，評價結果與建設項目實際情況基本一致。

另外，結合各評價因子的標準化值確定影響時限、土石方挖填為6項指標中數值最小和最高值。根據各因子標準化值，能夠確定工程建設過程中哪些因子對水土流失影響最為嚴重，通過科學管理和統一調控這些因子及時調整相應的施工方案、技術措施，從而避免某項因子值過高而引起的SWII值偏大，對地方生態環境造成不利影響，給建設項目帶來經濟損失。

2.3 建議措施

長距離引水工程水土保持方案應明確工程治理的目標要求和重點防治對象，依據工程區區自然概況和項目建設特點，充分考慮工程建設造成土壤侵蝕的形式、水土流失量、擾動面積和侵蝕強度的變化特征，提出優化設計主體工程的要求。然后從水土資源高效利用和水土流失科學防治的角度，基于生態學原理確定項目區不同水保措施的分布狀況、建設規模、施工進度、措施數量等，由此建立綜合防治措施體系，結合工程治理目標估算水土保持投資[11]。項目實施過程中為確保水土流失治理成效，應采取的措施如下：

1)土石方開挖和填埋方案的合理設計。為盡可能的減少工程建設擾動范圍、縮短引水管道的間距，項目施工時盡量在征地覆蓋區堆放表土，嚴格控制開采方式和料場開采方式，優化設計管道走向；另外，采用沉管法、頂管法和盾構法等優化設計穿越大橋大河的管道，從而避免不必要的土石方挖填。為減少土石方的挖填量，將邊坡開挖等利用鋼板樁支護開挖替代，采取巡視、點檢和旁站等措施嚴格控制土石方挖填數量；采取不穩定邊坡防護、開挖棄渣及時清理以及盡可能縮減路基開挖等措施，盡可能的在地形平坦、場地平整少的地區布設施工附企，在符合建設要求的條件下最大程度的選用居民用房作為施工營地。

2)影響時限的科學控制。根據各評價要素標準化數值可知，影響指數SWII在一定程度上受到控制時限的影響，結合現有研究資料確定引水工程的影響時間一般為24-60個月，該工程為36個月，處于中間水平，因此影響時限的控制較為合理。雖然時間對SWII的影響程度較低，但將其控制在一定的時限內有利于保證項目的順利完成，若超過該界限值將產生不利影響，對建設項目影響時間的動態合理調控具有重要的意義。

3)嚴格監管。政府部門應嚴格監管長距離引水工程的水土保持治理情況，通過設立預警紅線確保水土流失的有效治理，發出限時整改通知書嚴格監控超出有關指標的建設項目，結合區域實際建立水利工程水土保持防治體系。

3 結 論

1)水土保持各評價因子標準值、權重并未存在明顯的同減、同增的特征，依據專家咨詢法確定的權重較高的評價指標，其對工程建設水土保持的影響程度并不一定較大，為準確評判各因子的貢獻程度必須進行標準化處理。

2)根據各評價因子標準值確定水土保持關鍵性影響因子，通過科學管理和統一調控這些因子及時調整相應的施工方案、技術措施，從而避免某項因子值過高而引起的SWII值偏大，對地方生態環境造成不利影響，給建設項目帶來經濟損失。

3)影響該長距離引水工程水土保持的最主要因素為土石方開挖量，為縮短管道間距和減少土石方的開挖，建議采取沉管法、頂管法、盾構法等優化措施以及優化管道走向等措施。