水利樞紐水土保持生態效應分析

易子明

（廣東中灝勘察設計咨詢有限公司,廣東 廣州 510700）

1 引言

隨著近些年我國工程技術的進步和經濟發展的需求,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[1-2]。這些區域具有土壤稀薄、地表坡度比較大、生態環境非常脆弱,水土易流失的特點。而水電工程的施工中的邊坡處理、便道建設無疑會加劇區域的水土流失程度,使環境進一步惡化[3]。所以,水電工程建設中水土流失防治是非常關鍵的,對環境保護有著重要作用。而水土保持措施所耗資金較大,怎樣真實準確地對水土保持措施生態效應進行評價是當前技術人員的研究熱點。但如今的水土流失評價指數大部分是針對設計階段或工程初期,缺少與項目水土流失特點、保土措施相結合的生態效益綜合評價的研究,也未形成完善科學的評價指標體系。基于此,本文以某水力樞紐工程為例,通過完善評價指標體系,構建水土保持評價模型來分析其水土保持的生態效應。

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。在各個放置區都設置了植物措施、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現,此類工程水土保持的生態效應具體呈現在三個方面,分別是植被恢復、保土和調水。選取指標時要根據下面三個原則來進行：第一原則是結合局域性與全局性；第二原則是結合空間和時間；第三原則是結合獨立性與系統性。依據水土流失表現特征,選取能夠獲得的數據,結合國家相關技術標準和規范,在最后根據層次分析法把水力樞紐工程水土保持生態效應劃分成三級指標層次,目標層為最高層,代表著水土保持生態效益；準則層作為第二層包含有三個評價指標因子,依次為恢復植被、保土效益和調水效益；指標層為最后一層,涵蓋了評價指標因子9 個,分別是林草植被恢復率、攔渣率、硬化地面控制率、土石方利用率、土壤侵蝕模數等。如圖1所示為層次結構。

圖1 層次結構圖

3.2 指標獲取和評價模型

根據《開發建設項目水土流失防治標準》來對圖1中指標層C中的9個指標進行計算。此水利水電樞紐建設周期為2000年～2009年,2000年～2015年為其評價指標監測時間。運行初期和施工期的監測時間分別為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求和法建立而成的。此方法是以研究區水土保持生態效應評價指標的等級指數為基礎,借助已得到的各因子權重,把參與評價的各因子等級指數和其權重相乘,然后各項累加即可得到評價綜合指數,其具體計算公式如下：

式中：Ek為第k個評價項目的生態效應指數；Wi為權重；第i個指標在經過處理的定量值為ri。

3.3 確定指標權重

各個指標的重要程度經專家對比之后確定,并在1～9分范圍內對其進行打分,分越高,重要程度越高。根據專家對各個指標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,并檢驗各單層次權重的一致性,具體結果見表1、表2。表1結果顯示,有兩個因子（植被恢復、保土）的值較大,這符合了水土保護手段的相關效果。

表1 B層權重

表2 C層權重

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

表3 工程水土流失防治責任范圍及防治分區表 單位： hm2

表3 層次分析法得出的指標權重

3.4 數據標準化

因為每個指標具有不相同的量綱,計算綜合指數和分析工作開展之間,要先將這些指標值做無量綱化處理,構建模糊數學隸屬度函數為指標標準化的方法,在對指標性質進行分析后,再借助兩種函數（降、升半梯函數）對其計算。以項目調查中獲取的數據為基礎,對各項指標進行標準化計算。

4 分析結果

借助因子加權求和法來計算運行期和運行期的植被恢復、保土、調水效應值,同時得到水土保持生態效應在此期間的評價值。從評價值能夠看出,此水利樞紐項目生態效應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%,表明對于此項目區域,水土保持措施使其生態環境得到了很好的改善。實施措施后的植被恢復效益和調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%,不過保土效益呈現為增加狀態,增加程度大82.4%。實施相關手段后的植被恢復、調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致的水土流失,并對水土流失較嚴重的區域進行了很好的治理,因此在項目建設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、土壤侵蝕模數隨時間的變化規律。從圖2能夠看出,在施工期內,擾動地表面積隨著年限的增長而增長,當施工處于末期,各項工作完工后,擾動地表面積也不再增長,趨于穩定。從圖3中能夠看出,在施工期間內,棄渣量隨著年限的增長呈現出先增大后減小的趨勢,并于施工中期達到峰值；在項目建設開始階段土壤侵蝕模數最大,在實施了各項水土保持措施后期逐漸減小,最后逐漸穩定。監測結果表示,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,體現了較好的保土效果,也驗證了生態效應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 土壤侵蝕模數和棄渣量隨年份的變化規律

5 結論

本文以某水力樞紐工程為例,通過構建水土保持評價模型和評價指標體系來分析其水土保持的生態效應,主要得到以下結論：

（1）水電項目生態效應值在實施措施前（0.53）要低于實施措施后（0.6087）,后者較前者提高了14.8%,生態環境得到了很好的改善；實施措施后的植被恢復效益和調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%,不過保土效益呈現為增加狀態,增加程度達82.4%。采取措施后調水效益和植被恢復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,棄渣量隨著年限的增長呈現出先增大后減小的趨勢,并于施工中期達到峰值；在項目建設開始階段土壤侵蝕模數最大,在實施了各項水土保持措施后逐漸減小,最后逐漸穩定。