水利樞紐水土保持生態(tài)效應(yīng)分析

易子明

（廣東中灝勘察設(shè)計咨詢有限公司,廣東 廣州 510700）

1 引言

隨著近些年我國工程技術(shù)的進步和經(jīng)濟發(fā)展的需求,新建了大量水利水電工程,并且大型工程占比較大,又多集中在高山峽谷地區(qū)[1-2]。這些區(qū)域具有土壤稀薄、地表坡度比較大、生態(tài)環(huán)境非常脆弱,水土易流失的特點。而水電工程的施工中的邊坡處理、便道建設(shè)無疑會加劇區(qū)域的水土流失程度,使環(huán)境進一步惡化[3]。所以,水電工程建設(shè)中水土流失防治是非常關(guān)鍵的,對環(huán)境保護有著重要作用。而水土保持措施所耗資金較大,怎樣真實準(zhǔn)確地對水土保持措施生態(tài)效應(yīng)進行評價是當(dāng)前技術(shù)人員的研究熱點。但如今的水土流失評價指數(shù)大部分是針對設(shè)計階段或工程初期,缺少與項目水土流失特點、保土措施相結(jié)合的生態(tài)效益綜合評價的研究,也未形成完善科學(xué)的評價指標(biāo)體系。基于此,本文以某水力樞紐工程為例,通過完善評價指標(biāo)體系,構(gòu)建水土保持評價模型來分析其水土保持的生態(tài)效應(yīng)。

2 水利樞紐概況

此水利樞紐工程等級為Ⅰ等,地處清江流域,10850 km2為其控制的流域面積,在全流域面積里占比達到64%,1850 MW為其裝機容量,每年可達到39.85 億kW·h的發(fā)電量。608.5 hm2為項目的占地總面積,其中臨時占地和永久占地面積分別為144.73 hm2和463.72 hm2。工程土石方挖方、填方、棄方總量分別是3471.5萬m3、1966.9 萬m3、1504.6萬m3,其中棄方運送至五個棄渣場。在各個放置區(qū)都設(shè)置了植物措施、水土保持措施、臨時工程。

3 評價分析方法

3.1 評價體系

參考水電工程水土保持成效以及水土流失的特征發(fā)現(xiàn),此類工程水土保持的生態(tài)效應(yīng)具體呈現(xiàn)在三個方面,分別是植被恢復(fù)、保土和調(diào)水。選取指標(biāo)時要根據(jù)下面三個原則來進行：第一原則是結(jié)合局域性與全局性；第二原則是結(jié)合空間和時間；第三原則是結(jié)合獨立性與系統(tǒng)性。依據(jù)水土流失表現(xiàn)特征,選取能夠獲得的數(shù)據(jù),結(jié)合國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,在最后根據(jù)層次分析法把水力樞紐工程水土保持生態(tài)效應(yīng)劃分成三級指標(biāo)層次,目標(biāo)層為最高層,代表著水土保持生態(tài)效益；準(zhǔn)則層作為第二層包含有三個評價指標(biāo)因子,依次為恢復(fù)植被、保土效益和調(diào)水效益；指標(biāo)層為最后一層,涵蓋了評價指標(biāo)因子9 個,分別是林草植被恢復(fù)率、攔渣率、硬化地面控制率、土石方利用率、土壤侵蝕模數(shù)等。如圖1所示為層次結(jié)構(gòu)。

圖1 層次結(jié)構(gòu)圖

3.2 指標(biāo)獲取和評價模型

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》來對圖1中指標(biāo)層C中的9個指標(biāo)進行計算。此水利水電樞紐建設(shè)周期為2000年～2009年,2000年～2015年為其評價指標(biāo)監(jiān)測時間。運行初期和施工期的監(jiān)測時間分別為2010年～2015年和 2000 年 ～2009 年。

此次研究所用的評價模型選取因子加權(quán)求和法建立而成的。此方法是以研究區(qū)水土保持生態(tài)效應(yīng)評價指標(biāo)的等級指數(shù)為基礎(chǔ),借助已得到的各因子權(quán)重,把參與評價的各因子等級指數(shù)和其權(quán)重相乘,然后各項累加即可得到評價綜合指數(shù),其具體計算公式如下：

式中：Ek為第k個評價項目的生態(tài)效應(yīng)指數(shù)；Wi為權(quán)重；第i個指標(biāo)在經(jīng)過處理的定量值為ri。

3.3 確定指標(biāo)權(quán)重

各個指標(biāo)的重要程度經(jīng)專家對比之后確定,并在1～9分范圍內(nèi)對其進行打分,分越高,重要程度越高。根據(jù)專家對各個指標(biāo)定出的重要度分值來對判斷矩陣進行填寫。對判斷矩陣的最大特征根值進行計算,并檢驗各單層次權(quán)重的一致性,具體結(jié)果見表1、表2。表1結(jié)果顯示,有兩個因子（植被恢復(fù)、保土）的值較大,這符合了水土保護手段的相關(guān)效果。

表1 B層權(quán)重

表2 C層權(quán)重

從表2能夠看出,水土流失總治理度在調(diào)水因子里有非常大的權(quán)重；攔渣率、土壤流失控制比和土壤侵蝕模數(shù)是保土因子里權(quán)重比較大的因子；林草植被恢復(fù)率是植被恢復(fù)因子里權(quán)重最大的因子。這些現(xiàn)象都和水土保持手段起到的恢復(fù)生態(tài)、防止土壤被侵蝕作用相符合。各指標(biāo)總權(quán)重通過層次分析法進行計算,結(jié)果見表3。從表3可以看出,在水土保持生態(tài)效應(yīng)中權(quán)重比較高、影響力較大的指標(biāo)有5個,分別是林草覆蓋率、水土流失總治理度、林草植被恢復(fù)率、土壤侵蝕模數(shù)和土壤流失控制比。

表3 工程水土流失防治責(zé)任范圍及防治分區(qū)表 單位： hm2

表3 層次分析法得出的指標(biāo)權(quán)重

3.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

因為每個指標(biāo)具有不相同的量綱,計算綜合指數(shù)和分析工作開展之間,要先將這些指標(biāo)值做無量綱化處理,構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)隸屬度函數(shù)為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的方法,在對指標(biāo)性質(zhì)進行分析后,再借助兩種函數(shù)（降、升半梯函數(shù)）對其計算。以項目調(diào)查中獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對各項指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化計算。

4 分析結(jié)果

借助因子加權(quán)求和法來計算運行期和運行期的植被恢復(fù)、保土、調(diào)水效應(yīng)值,同時得到水土保持生態(tài)效應(yīng)在此期間的評價值。從評價值能夠看出,此水利樞紐項目生態(tài)效應(yīng)值在實施措施前要低于實施措施后,后者較前者提高了14.8%,表明對于此項目區(qū)域,水土保持措施使其生態(tài)環(huán)境得到了很好的改善。實施措施后的植被恢復(fù)效益和調(diào)水效益都要比實施措施前要小,減小程度分別達到了10.6%和12.4%,不過保土效益呈現(xiàn)為增加狀態(tài),增加程度大82.4%。實施相關(guān)手段后的植被恢復(fù)、調(diào)水效益都低于未實施前,分別有10.6%和12.4%的降低幅度,但實施相關(guān)手段后保土效益值要比采取措施未實施前大,有82.4%的增長幅度。

項目建設(shè)初期,就實施了臨時防護手段、植被措施、水土防治措施,這些措施在很大程度上減小了因施工而導(dǎo)致的水土流失,并對水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域進行了很好的治理,因此在項目建設(shè)后期并未造成土壤的大量流失。如圖2和圖3所示為2000年～2015年期間此水利樞紐項目擾動地表面積、棄渣量、土壤侵蝕模數(shù)隨時間的變化規(guī)律。從圖2能夠看出,在施工期內(nèi),擾動地表面積隨著年限的增長而增長,當(dāng)施工處于末期,各項工作完工后,擾動地表面積也不再增長,趨于穩(wěn)定。從圖3中能夠看出,在施工期間內(nèi),棄渣量隨著年限的增長呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,并于施工中期達到峰值；在項目建設(shè)開始階段土壤侵蝕模數(shù)最大,在實施了各項水土保持措施后期逐漸減小,最后逐漸穩(wěn)定。監(jiān)測結(jié)果表示,植被和地表在運行期間不再受到人為的破壞,土壤侵蝕模數(shù)在實施了水土保持措施后漸漸保持不變,同時小于容許土壤流失量,體現(xiàn)了較好的保土效果,也驗證了生態(tài)效應(yīng)值在實施措施前要低于實施措施后是正確的。

圖2 擾動地表面積隨時間的變化

圖3 土壤侵蝕模數(shù)和棄渣量隨年份的變化規(guī)律

5 結(jié)論

本文以某水力樞紐工程為例,通過構(gòu)建水土保持評價模型和評價指標(biāo)體系來分析其水土保持的生態(tài)效應(yīng),主要得到以下結(jié)論：

（1）水電項目生態(tài)效應(yīng)值在實施措施前（0.53）要低于實施措施后（0.6087）,后者較前者提高了14.8%,生態(tài)環(huán)境得到了很好的改善；實施措施后的植被恢復(fù)效益和調(diào)水效益都要比實施措施前要小,減小程度分別達到了10.6%和12.4%,不過保土效益呈現(xiàn)為增加狀態(tài),增加程度達82.4%。采取措施后調(diào)水效益和植被恢復(fù)效益值均低于采取措施前,降幅分別為12.5%和10.6%,但保土效益值采取措施后高于采取措施前,升幅82.4%。

（2）在施工期間內(nèi),棄渣量隨著年限的增長呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,并于施工中期達到峰值；在項目建設(shè)開始階段土壤侵蝕模數(shù)最大,在實施了各項水土保持措施后逐漸減小,最后逐漸穩(wěn)定。