城市長管線工程水土保持監測探析

龍 拿

(上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 200061)

隨著國家生態文明建設不斷推進，水土保持的重要性日益突出，而水土保持監測是監督建設項目落實水土保持工作的重要手段，能為生態安全預警、水土流失預防及治理和生態文明建設等提供資料及技術支持[1]。

長管線工程作為線性工程，具有擾動范圍大，擾動距離長、擾動因素復雜的特點，且城市地區的水土流失具有人為性、隱蔽性的特點，這又加大了水土保持監測的難度。要想推動城市地區長管線工程的順利開展，減少項目建設造成的水土流失，對城市地區長管線工程開展水土保持監測工作是十分重要的。

因此水利部門相繼印發了《水利部關于加強水土保持監測工作的通知》(水保〔2017〕36號)、《全國水土流失動態監測規劃(2018—2022年)》等一系列文件，要求落實和開展全國縣級及以上行政區、全國水土保持重點區域的水土流失動態監測工作，掌握其水土流失動態變化，大力推進水土保持信息化監管工作[1]。本文結合南干線改造工程水土保持監測實例，對城市地區長管線工程建設項目水土流失產生的施工環節、造成水土流失的原因、對周邊環境可能造成的危害、水土流失的強度、水土流失特點、監測難點、監測內容及監測方法等進行了探析，旨在為今后城市地區長管線工程建設期間的水保監測提供參考。

1 長管線工程水土保持監測特點

1.1 項目概況

南區污水輸送干線(以下簡稱為“南干線”)于20世紀70年代初期建成通水，是上海市中心城區建設的首條污水輸送干線，南干線建設總長度約32.2km，沿污水管線設1—6號共6座污水泵站。南干線改造工程服務面積約89.2km2，南干線的服務范圍為：浦西的魯班，浦東的周家渡、云蓮、由由、六里、張江、川沙、唐鎮等地區。

本次南干線改造工程范圍為1—6號泵站，主要建設內容有：改建南干線污水管線，管徑為DN2700～DN3500mm，長度約22.52km；新建沿線45座頂管井、13座透氣井、4座閘門井等；箱涵修復、改建4號泵站、遷建5號泵站；頂管穿越王家浜、顧家浜、呂家浜、中心河、隨塘河5條河道等建設內容。

南干線改造工程水土保持防治責任范圍為14.45hm2，除去泵站及井位等區域永久占地面積1.06hm2，其余全為臨時占地。泵站、井位及管線等區域的土石方開挖總量為34.75萬m3，后期施工回填土石方總量10.14萬m3。項目監測時間為2019年11月—2022年5月，共31個月。

1.2 項目水土流失特點

南干線改造工程呈點線狀分布，線性為主，點狀為輔。“線”主要為污水管線，“點”主要為泵站、臨時堆土場、井位及大臨等容易發生水土流失的地點。線性項目施工所造成的水土流失，因施工區域不同可分為不同的侵蝕類型，不同的侵蝕類型區侵蝕方式也有很大差異[6- 10]。

(1)管線、泵站、井位及大臨施工：工程施工一般先清基、后進行基礎開挖，除去后期自身回填的部分土方臨時堆置在建設區周邊，其余全部及時外運。工程建設期間，開挖會擾動、損壞原場地的地貌和植被。

在施工期間，管線及大臨施工開挖臨時堆置的土方及裸露面，由于其表面結構脆弱，在大雨及大風日，很容易受到水力侵蝕及風力侵蝕；

泵站和井位開挖施工期間，由于開挖深度深，開挖斷面大，需及時做好支護，如未做好支護，雨水沖刷開挖的裸露斷面，極易發生重力侵蝕，引發壁坑崩塌現象。

(2)涉河施工：涉河工程施工是造成水土流失的重要區域。河道兩側的井位及頂管施工產生的土方及泥漿都可能被水沖蝕，極易產生水力侵蝕，造成重大的水土流失。

(3)臨時堆土施工：施工期間，因場地回填需要，項目建設區域內需臨時設置堆土場，在臨時堆土期間，如遇暴雨及大風，因其表面結構脆弱，會產生嚴重的水力侵蝕(面蝕和細溝侵蝕)和風力侵蝕，如不及時處理還可能產生嚴重的水土流失現象。

1.3 線性項目水土保持監測難點

(1)項目跨度大，依托項目多

南干線改造工程沿線穿越軌交3處、各類管道8處、高壓鐵塔1處、加油站3處、立交橋4處、涉及河道5條，涉及其他項目多，交叉點多，后期監測難度大。

(2)項目建設區域分散，后期監測難度大

項目建設內容包括頂管工程、開槽埋管工程、箱涵修復、明挖箱涵等，方案評估過程中，全面掌握工程的建設內容較為困難。項目中新建頂管井、騎馬井、檢查井、透氣井、閥門井、閘門井、新建泵站、河道工程、明挖管線建設區域分散，均涉及占地，后期防治責任范圍面積統計、監管難度大。

(3)項目實施涉及標段多

項目施工過程中，將南干線改造工程劃分為NGX1.1標段—NGX1.8標段，通常涉及多個施工標段同時施工，因每個標段分屬不同建設單位，不同標段的不同工程施工時序不一致，不同標段水土保持措施的具體布設時間不一致，后續水土保持監測難度大。

(4)施工時序不一，監測周期長

根據水土保持監測要求，需要統一規劃布設建設區域內的監測點，根據建設區域內水土流失的類型，監測重點目標，來合理規劃布設監測點；線型工程施工跨度大，施工時序不一致，監測點位實際施工時間不一致，需根據實際施工進行調整。

(5)方案調整收集資料難度大

項目建設期間，建設單位會根據具體施工條件進行施工方案調整，水土保持監測因主體調整而調整。因分為多標段同時施工，方案調整及時收集資料的難度大。

2 長管線工程水土保持監測點位布設及監測方法

2.1 監測點位

監測點位的選取主要考慮以下原則：

(1)代表性的區域原則：布設的監測點位和監測得出的結果，必須具備能夠反映工程水土流失的狀況共性。

(2)全面性原則：監測點不僅能反映本工程的水土流失特點，還能具備其它工程的共性，具備可參考性。

(3)危害大地段重點監測原則：監測點布設在水土流失危害可能較大的施工單元。

(4)可行性原則：在布設水土保持監測點時，還需考慮監測點位實施的可行性。

2.2 監測方法

在南干線改造工程監測過程中主要采用以下方式進行監測：

(1)DGPS監測法

在監測南干線改造工程泵站工程區、箱涵修復工程區及施工生產生活區等點狀區域采用DGPS監測法進行監測。在現場監測時，主要為監測人員手持儀器，圍繞監測區域的邊界移動，并通過儀器記錄邊界數據；室內導出監測數據進行處理，將含監測數據的CAD圖紙與原防治責任范圍圖進行疊加，從而計算出原地表擾動面積變化情況、項目建設區域的水土流失面積增減量、土石方挖填方量變化值等數據。

(2)無人機低空遙感技術監測法

在監測南干線改造工程線狀區域時，采用無人機低空遙感技術監測法進行監測，主要通過操控無人機在Pix4D Capture設定的飛行軌跡飛行，并拍攝收集地面影像數據，通過遙感技術傳輸拍攝的影像數據，通過Pix4D Mapper軟件進行影像拼接處理，完成數據處理，并建立模型，然后進行數據分析對比。通過分析處理后的數據，可以提取工程的施工進展、建設區域擾動的長度及面積數據、水土保持措施的實施情況。通過無人機低空遙感技術可以記錄不同施工階段監測數據，間接計算監測所需的體積數據[2- 5]。

(3)實時遠程視頻監測

城市地區5G網絡等無線通信方式覆蓋較廣，利用這一點，本次水保監測在泵站及井位施工區域擾動時間較長，水土流失較易發生的區域布設了無線視頻監控點，同時配備了遠程儲存裝置，方便對已發生的水土流失現象進行回看追溯。除此之外，視頻監測系統記錄覆蓋了從區域擾動前至綠化排水設施布設完畢后的整個階段，方便了水保驗收工作時的回顧查看，并且為后續類似項目的水土流失防治工作提供了較為全面的數據庫系統。

3 結語

(1)城市地區長管線建設項目結合DGPS監測法、無人機低空遙感技術監測法和實時遠程視頻監測，既符合國家推行水土保持監測信息化的發展趨勢，也能極大地提高對水土流失產生的環節、水土流失的原因、對周邊環境可能造成的危害、防治責任范圍變化、水保措施實施進度等方面監測工作的精度及效率。

(2)水利部及地方水務部門發布了一系列文件，要求加強生產建設項目監測工作。在城市地區長管線建設項目水土保持監測時，利用無人機低空遙感技術監測，可以及時發現原地表的擾動變化情況，并同步通知建設單位規避項目施工擾動范圍超出防治責任范圍，或提出相應整改建議，為城市地區長管線建設的合規合法性提供了有力保障。

(3)本文對城市地區長管線建設項目監測做了初步探索，并利用實時遠程視頻監測建立了項目水土流失監測數據信息庫。利用貯存的監測視頻數據，可以為類似項目提供水土流失監測相關數據及防治水土流失經驗，為水土流失監測工作做出貢獻。