黃土干旱區電網工程水土流失機理及其治理方法研究
——以寧夏地區為例

錢 勇，韓 利，肖清明，紀文濤，吳 楊，石元平

（1.國網寧夏電力有限公司 電力科學研究院，寧夏 銀川 750002；2.國網寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750002；3.紫光軟件系統有限公司，北京 100084）

0 引言

黨的十八大以來，生態文明建設已經納入國家“五位一體”總體布局，黨的十九大報告明確指出：“建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計，要樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，把‘美麗中國’作為全面建成社會主義現代化強國的重要目標”。電網工程點多、面廣、線長，電網工程建設過程中的土方開挖、植被砍伐、棄土棄渣等情況易造成水土流失。根據以往研究及實踐表明，輸電線路工程擾動區域水土流失防控及工程邊坡植被修復不到位是電網工程長期存在水土流失問題的根源［1］。塔基周邊開挖的擾動面積較大，表土剝離不到位、余土處置方案不合理、邊坡植被恢復不到位、塔基順坡溜渣等情形較為普遍，后期整改和植被恢復也非常困難；大部分的植被恢復措施多采用簡單的人工植草（撒播草籽）方式，但在適生草種篩選不充分、撫育缺失、水土氣生條件不滿足時往往會出現成活率低、恢復緩慢、覆蓋度低的問題，導致坡面細溝發育充分，造成水土流失加劇，破壞了周邊景觀及生態系統，難以滿足水土流失防治的目標。

西北寧夏地區是中國重要的少數民族聚集區，也是黃河流域生態保護和高質量發展的重要先行區，該地區分布著廣泛的生態脆弱區，具有系統抗干擾能力弱、對氣候變化敏感、時空波動性強、邊緣效應顯著和環境異質性高等特點，因此，該地區的環境一經破壞就極難恢復［2-4］。

目前，許多學者針對西北電網工程建設的水土流失治理進行了較多的研究工作［5-7］。雷磊等［8］通過分析西安平原地區輸變電工程建設的水土流失特性以及項目建設與水土保持的關系，提出了一系列有針對性的水土保持措施，為將來建立水土流失數據庫，減少電網建設水土流失提供了理論支撐；鄭樹海等［9］以甘肅酒泉—湖南±800 kV特高壓直流輸電工程水土保持設施為例，分析了特高壓輸變電工程及其水土流失特點，總結了水土保持管理經驗；呂學成等［10］通過對蘭州—乾縣輸變電工程水土流失特點的分析和總結，探討了輸變電工程水土保持監理工作的任務、內容和方法，闡述了當前水土保持工作中存在的問題并提出了建議；易仲強等［11］闡述了西藏輸變電類生產建設項目的現狀及特點，對施工過程中侵占土地及損壞地表植被、開挖填筑及碾壓、臨時堆土和棄渣等水土流失環節進行了綜合分析，并對如何合理有效地進行水土流失防治提出了新的思路，為西藏后續輸變電類項目建設提供參考。

目前，國家對生態環境的監管更加嚴格，“雙碳”目標對提升脆弱區生態保護力度提出了全新的要求，也對輸變電建設項目全面落實水土保持提出了更高的目標。然而，現有的研究成果及與電網建設相關的水土保持技術難以滿足高質量發展的要求，因此，亟須系統開展西北地區生態脆弱區的輸變電工程水土流失治理研究。基于此，本文系統性提出了寧夏黃土高原地區水土流失機理及其治理方法，以期為推進寧夏地區電網生態高質量發展提供理論支撐。

1 研究區概況

寧夏位于我國西北干旱半干旱過渡地帶，地處黃河上游地區，東部和東南部與陜西省及鄂爾多斯高原、毛烏素沙漠相連，北部和西北部與內蒙古騰格里沙漠鑲嵌，是黃河上游重要的生態屏障區。根據寧夏地區地形地貌情況對研究區域進行細分，其中寧夏中北部地區的干旱草原風沙區以風力侵蝕為主，即風力侵蝕的代表性區域；寧夏南部的黃土丘陵溝壑區以水力侵蝕為主，即水力侵蝕的代表性區域。經過嚴格篩選，妙嶺750 kV輸變電工程的線路路徑正好跨越上述2個區域，故選取該工程作為本研究的試點。干旱草原風沙區的試驗點（試點1）選擇了寧夏吳忠市紅寺堡區妙嶺750 kV輸變電工程的A1塔基和A2塔基，這2處塔基所在位置均屬干旱草原風沙區，塔基位于平緩區和小型邊坡上，坡度0～15°，坡長0～4 m，土壤成分以灰鈣土和栗鈣土為主，夾雜少量碎石，土層厚度＜20 cm。B1號塔基屬黃土丘陵溝壑區，塔基位于沙蓋基巖臺地，土壤成分以巖成黃土為主，夾雜大量碎石，土層厚度不足1 m。

2 黃土干旱區電網工程水土流失機理及其治理方法

通過對西北地區電網工程水土流失治理現狀的研究和分析，同時考慮西北地區電網建設水土流失治理面臨的長期性與系統性特征，提出了黃土干旱區電網工程水土流失機理及其治理方法，詳細框架見圖4。該方法包含了2個層次，分別為技術層與實踐層，其中技術層主要為黃土干旱區坡面塔基水土流失特征研究，本文基于風力侵蝕、水力侵蝕2種主要侵蝕模型，采用試驗分析法研究了電網工程水土流失的影響因子及其主要機理；實踐層為黃土干旱區電網工程治理恢復方法研究，主要針對黃土干旱區電網工程建設范圍內土壤肥力提效方法及保墑方法進行系統研究。最后，采取工程措施與非工程措施相結合的方式解決水土流失的問題，系統性提出了適用于寧夏地區的水土流失治理方法。

3 黃土干旱區坡面塔基水土流失特征研究

基于風力侵蝕及水力侵蝕對干旱草原風沙區風蝕及黃土丘陵溝壑區擾動前后的水力侵蝕強度進行監測和預測，研究分析塔基施工擾動單元的水土流失的主要限制性因子以及黃土干旱區坡面塔基施工擾動單元的水土流失特征。

3.1 黃土干旱區電網工程水土流失機理特征

黃土干旱區電網工程侵蝕環境是指在電網工程水土流失責任范圍內可能造成水土流失的環境。侵蝕環境是影響電網工程水土流失的主要原因，可以分為自然和人為2種影響因子，其中自然影響因子主要包括植被覆蓋、土壤、地形地貌和地質條件等，人為影響因子是造成其嚴重侵蝕的主要環境因素。黃土干旱區電網工程侵蝕環境劃分為侵蝕動力系統、侵蝕對象、侵蝕單元3個部分，侵蝕動力系統包括水力作用、風力作用；侵蝕對象是指工程區域范圍內的原始地表物、余土棄渣、巖土混合物等；侵蝕單元根據實際情況劃分為塔基區、施工道路區、牽張場區，具體見圖5。

從建設階段來看，不同時期的施工導致電網工程水土流失呈現出不同的階段性特征。將電網工程線路劃分為施工期和自然恢復期，其中施工期又包括施工準備和基礎施工2個方面。通過對寧夏黃土干旱區電網工程在不同建設階段的水土流失量（表1）和侵蝕模數（表2）進行比較可知，各電網工程在施工期的水土流失量和土壤侵蝕模數均大于自然恢復期，施工期的水土流失量可達自然恢復期的1.3～16.1倍，施工期的侵蝕模數是自然恢復期的1.5～25.3倍；各電網工程施工期的水土流失占比達55.0%以上，最高為89.7%，其中站區和塔基區施工期的水土流失量占比均高于其他侵蝕單元，電網工程的水土流失多集中于施工期，施工階段是發生水土流失的主要階段，在塔基面開挖過程中，產生的土石堆在風力、水力作用下易發生流失。綜上，施工期水土流失強度是輸變電工程水土流失的主要特點之一。

表1 黃土干旱區部分電網工程不同階段的水土流失量 t

表2 黃土干旱區部分電網工程不同階段的侵蝕模數 t/(km2·a)

從不同侵蝕單元上看，各工程在站區、塔基、道路3個侵蝕單元的水土流失量較大，而牽張場、生產生活區由于受人為擾動小，水土流失相對較弱。施工期3個工程的站區、塔基區、道路區、牽張場區、生活區占總水土流失量的比重分別為24.03%、41.74%、27.52%、5.74%、0.98%。3個工程中塔基區域水土流失量占比最大的為41.74%，水土流失量為最低水土流失區域的42.42倍，站區和道路區域的水土流失量分別是最低水土流失區域的24.43和27.96倍,因此，不同侵蝕單元水土流失差異大，其中塔基區和站區的水土流失最為嚴重。

3.2 黃土干旱區塔基土壤侵蝕強度分析

3.2.1 干旱草原風沙區塔基風蝕強度測算 在塔基風蝕量監測點連續觀測、室內風蝕物測試分析的基礎上，分析人工蓄水保墑措施（不同土壤改良的植生基質梯度處理及地表覆蓋處理）及人工恢復植被條件下的土壤風蝕量特征，并與未處理的擾動區及原生植被區進行對比，定量評價其防治土壤風蝕的效應。以風蝕監測點為中心沿周邊設置試驗小區，定期（8、10月以及次年風蝕量較大的6月）測定土壤的風蝕量特征、表層土壤水分含量、植被蓋度（地上生物量）變化，為定量評價提供理論依據。此外，對土壤中N、P、K及有機質含量可能因風蝕發生的空間變異進行定期采樣測定。觀測場地按20 m×20 m設置，觀測設施應布設有序、互不干擾、對大氣通行無阻礙。風蝕盤設置在周圍，不影響集沙的距離，以迎主要風向為主設置，3個方向布設。

3.2.2 施工擾動水土流失強度 干旱草原風沙區A1塔基及其周邊的有效降水量約為55 mm，對地表的土壤侵蝕影響較小，可忽略不計，且塔基區較為平坦，整個區域產生的土壤侵蝕量可視為風蝕量進行測算分析。

本研究使用修正風蝕方程（RWEQ）作為黃土干旱區風蝕的計算模型，計算公式為：

式（1）～式（3）中Qw的單位為kg/m2，需要換算成統一的計量單位［t/(km2·a)］，s為達到最大土壤轉移量63.2%處的地塊長度，WF為氣候因子(kg/m)，EF為土壤可蝕性因子（無量綱），SCF為土壤結皮因子（無量綱），K′為土壤糙度因子(cm)，COG為結合殘茬因子（無量綱），x為模擬區域上風向不可侵蝕邊界到計算點的距離(m)。

通過現場插釬法實驗監測數據，測得單個塔基施工擾動單元在8—11月的土壤侵蝕深度，其中塔基擾動區Z1為4 mm，原始植被區Z2為1.3 mm，使用風蝕強度式（1）對其進行測算，得到的計算公式為：

式（4）中，Z為擾動區深度。根據計算，擾動區風蝕強度為5.20×103t/km2，原始植被區風蝕強度為1.69×103t/km2，擾動區的風蝕強度為原始植被區的近3倍，各擾動單元的風蝕強度見圖6。

由圖6可知，土壤風蝕強度最大的為塔基區，其為未擾動的原始植被區的3.08倍；施工道路區的土壤風蝕強度第二，為原始植被區的1.54倍；牽張場區的擾動影響較小，其土壤風蝕強度為原始植被區的1.23倍。

3.3 黃土丘陵溝壑區塔基水蝕強度分析

采用插釬法在主要水蝕季節（7—9月）測試B18塔基試驗點附近擾動區和原生植被區的實際土壤流失量，根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL 773—2018)推薦的地表翻擾型一般擾動地表土壤流失量測算方法［12］計算水蝕強度，計算公式為：

式（5）中，Qs為年平均土壤水蝕模數[t/（hm2·a）]，R為降水侵蝕力因子，A為水土流失區投影面積。N為地表翻擾后土壤可蝕性因子增大系數，取值為2.13，K為土壤可蝕性因子，L為坡長指數，S為坡度指數，B為植被措施因子，E為工程措施因子，T為耕作及整地措施因子。降水是水力侵蝕發生的外部誘因，水蝕最嚴重的地方一般為降雨量不是很大，但雨季集中、多暴雨，短時降雨強度大，同時植被條件又不好的半濕潤半干旱地區，黃土丘陵溝壑區就屬于此類典型區域。

根據插釬法在11月份現場調查黃土丘陵溝壑區的侵蝕量，評估擾動區土壤侵蝕強度。測得擾動區8—11月的土壤侵蝕強度（圖7），其中塔基擾動區水蝕強度為7.33×103t/km2，原始植被區水蝕強度為2.60×103t/km2，塔基擾動區水蝕強度同樣約為原始植被區的3倍。

由圖7可知，黃土丘陵溝壑區電網工程塔基區、施工道路區及牽張場區等單個塔基施工擾動單元中，土壤水蝕強度最大的同樣為塔基區，其為未擾動的原始植被區的2.94倍；施工道路區的土壤風蝕強度第二，為原始植被區的2.50倍，牽張場區的擾動影響較小，其土壤風蝕強度為原始植被區的1.56倍。因此，黃土丘陵溝壑區塔基擾動區的地形因子及植被覆蓋度整體最為不利，這與塔基擾動區多出現在丘陵地貌的山腰及山脊線上有關，且在整個工程施工建設期塔基擾動區受到反復擾動的頻率更高，地表相比于牽張場區與施工道路區的裸露程度更為嚴重。

綜上所述，本研究依托的妙嶺750 kV輸變電工程在黃土干旱區水蝕區的整體土壤侵蝕強度大于在風蝕區的整體土壤侵蝕強度，2個侵蝕類型區內的侵蝕強度大小規律基本一致。

3.4 黃土干旱區電網工程坡面塔基施工擾動水土流失影響因子

根據前述對黃土干旱區水土流失的相關監測及預測可知，干旱草原風沙區電網工程坡面塔基施工建設的擾動面積大、強度高，塔基區擾動后的土壤侵蝕模數達到了原始未擾動區的3倍左右，風蝕量大增。因此，干旱草原風沙區施工準備期及施工期間各種施工擾動以及采取的環水保措施均是水土流失的決定性影響因子。

根據風蝕強度研究結果，干旱草原風沙區風蝕因子一般包括起沙風速、地表粗糙度、土壤可蝕性、土壤含水率。從單個坡面施工擾動單元中包含的塔基區、牽張場區、施工道路區等水土流失防治分區（不同侵蝕子單元）上看，在塔基區、施工道路區等2個侵蝕子單元的水土流失量較大，而牽張場區由于施工行為較少，僅以機械車輛少量壓占擾動為主，因而整體人為擾動小，水土流失相對較弱。干旱草原風沙區的塔基區、施工道路區的水土流失強度為牽張場區的1.2～2.5倍。干旱草原風沙區電網工程單個塔基施工擾動單元不同侵蝕子單元的主要區別體現在植被蓋度、臨時苫蓋面積比例、開挖擾動余土量等指標參數上（表3）。通常電網工程在施工過程中以塔基區擾動破壞最大，導致土壤含水率及地表粗糙度施工前后改變較大，且因塔基區施工場地小，占地使用頻繁，臨時措施不能及時應用，從而造成了風蝕較大；而牽張場區的擾動面積比例較小，且往往因采用彩條布鋪墊等臨時苫蓋措施，土壤含水率、地表粗糙度在施工前后改變較小，故而風蝕量最小；施工道路區的風蝕量介于塔基區與牽張場區之間。

表3 干旱草原風沙區電網塔基擾動單元風蝕影響因子

由圖8可知，干旱草原風沙區施工擾動前后的土壤測定數據變化的相關性分析結果表明，土壤容重與土壤含水率具有較強的相關性。施工3個月后，土壤容重整體有所降低，土壤含水率也同步有所降低；表明施工行為的破土效應在某種程度上加速了土壤水分的蒸散。

綜上，干旱草原風沙區施工擾動侵蝕影響因子綜合確定為：施工季節的不同、植被恢復（含保留）覆蓋度及臨時苫蓋面積比例、開挖擾動余土量、表土或客土回覆量、土地整治壓實度。

3.5 黃土丘陵溝壑區電網工程坡面塔基施工擾動水土流失影響因子

黃土丘陵溝壑區電網工程塔基單元施工擾動水蝕主要影響因子包含：施工擾動面積、地形因子（坡長和坡度）、工程措施因子、植被覆蓋因子（包括臨時苫蓋）、土壤可蝕性因子。考慮到黃土丘陵溝壑區電網工程塔基單元擾動前原有植被主要以稀疏灌木或草地為主，故工程施工擾動地表計算單元新增土壤水蝕量原則上可參考標準SL 773—2018中推薦的公式進行計算，計算公式為：

式（6）中，擾動區域與原始區域在工程塔基開挖擾動前后取值不同、植被覆蓋因子B、B0開挖擾動前后及自然恢復期的取值不同，臨時苫蓋措施的取值可對應植被覆蓋因子，開挖擾動前后的取值不同；工程措施因子E及E0，開挖擾動前后的取值不同。

根據水蝕公式及黃土丘陵溝壑區電網工程坡面塔基不同侵蝕子單元的立地條件，統計分析各子單元的水蝕影響強度及因子，開挖擾動因立地條件不同而有所差異；塔基區、施工道路區擾動面積比例在施工擾動前后取值變化較大；地形因子本身對水蝕模數影響較大；植被覆蓋因子（采取臨時苫蓋）在施工擾動前后取值變化較大，工程措施（整地、截水溝等）在施工中和施工后取值變化較大。

從塔基區、牽張場區、施工道路區等侵蝕子單元上看，本研究依托工程在塔基區、施工道路區2個侵蝕單元的水土流失量較大，而牽張場區由于受人為擾動小，水土流失相對較弱。根據實測值，黃土丘陵溝壑區的塔基區和道路區水土流失強度為牽張場區的1.6～1.9倍。對于黃土丘陵溝壑區電網工程坡面塔基擾動地而言，建設過程中將會產生大量的挖方、填方，使原地形、地表植被和土壤結構遭受人為干擾和破壞，從而使得地表的抗蝕力下降，引發和加速水土流失。由于施工場地平整、施工道路及基礎開挖，各類開挖擾動導致原地表植被受到擾動和破壞，隨著施工擾動面積的增大加大了地表裸露及土壤可蝕性；尤其是坡面施工余土堆存面積的加大導致侵蝕強度加大，且塔基及道路施工還增大了局部地形坡度；擾動后相比原有的土壤侵蝕模數加大了2.5～3.0倍。塔基區擾動后相比原有的土壤侵蝕模數，達到3.0倍左右。

綜上，黃土丘陵溝壑區不同防治分區施工擾動侵蝕影響因子為：施工擾動面積比例、地形因子（主要影響開挖量及余土堆存面積、因子本身對侵蝕強度影響最大）、工程措施（如余土堆放、攔擋，水平階整地，影響擾動面積及侵蝕強度）比例、植被恢復（含保留）覆蓋度及臨時苫蓋面積比例、開挖余土量、表土或客土回覆量、土地整治壓實度；黃土丘陵溝壑區邊坡塔基施工擾動主要侵蝕影響因子為：施工擾動面積比例、地形因子（主要影響開挖量及余土堆存面積）、工程措施比例（余土堆放、攔擋，影響擾動面積及侵蝕強度）、臨時苫蓋面積比例、植被恢復（含保留）覆蓋度。

4 黃土干旱區電網工程治理恢復技術研究

結合前述對黃土干旱區水土流失機理特征及影響因子的分析結果，對主要影響因子進行治理恢復技術研究，主要包括擾動區土壤含水率、氮、磷、鉀等水肥因子。針對黃土干旱區土壤少氮缺磷的狀況，在土壤肥力提升方面確定了復合肥用量10～15 g/m2，實現擾動區域土壤肥力的快速提升；另一方面通過采用不同的保水劑、粘接劑梯度實驗，篩選植被恢復效果更好、土壤保水效果更好的基質配方以及保水材料的最佳施用量，實現擾動區域雨水的高效利用，并形成優化的黃土丘陵溝壑區基質配方和干旱草原風沙區基質配方。

在保墑技術方面，通過對與植被恢復相結合的無紡布、水凝膠新材料的水土流失阻控效果研究表明，無紡布覆蓋措施及水凝膠噴施措施可保蓄雨水，減少水分散失，相比對照可有效提高土壤水分的含量，均能顯著減少水土流失強度并促進植被恢復。最終通過將優選的黃土干旱區植物配方與整地措施以及覆蓋無紡布、水凝膠噴施等覆蓋措施相結合，制定出植被快速恢復與不同覆蓋材料與整地措施相結合的低擾動施工技術。

4.1 黃土干旱區土壤改良技術研究

4.1.1 原狀土壤性質研究 寧夏地區屬于我國半荒漠和荒漠土壤地區，其土壤的主要類型為灰漠土（北部、中部），其余還包括灌淤土（黃河沿線）、綿土（南部）、灰褐土（南部少量）、栗鈣土（南部少量）。取樣測定黃土干旱區電網工程典型塔基區周邊原狀土壤的性狀特征，在塔基區及其周邊3個區域采用環刀取樣法采集土壤表層0～20 cm深度的原狀土壤樣品，通過稱重后減去環刀質量即可得土的質量，除以環刀的容積即為土的體積，進而可求得土壤的容重，其他指標采用便攜式速測儀器，測量土壤含水量、土溫、電導率等判斷性基礎指標（表4）。總體而言，土壤含水率及有機質含量均較低，需進行改良，改良土壤保水保墑功能，促進旱生植物萌發。

表4 干旱草原風沙區改良前的土壤指標

4.1.2 黃土干旱風沙區土壤肥力提升試驗 試驗小區在A1塔基附近進行現場試驗，植生基質配方設置5個梯度(A1～A5)與1個對照(A6)。植生基質主要包括蓄水保墑的保水劑、粘接劑、有機種植土等，其中保水劑、粘接劑均為有機樹脂，吸水膨脹系數極高，可有效改善土壤的吸附力，有機種植土可改善沙地團粒結構，增加持水能力（表5）。

表5 干旱草原風沙區植生基質配方梯度設計 g/m2

通過對不同基質配方下植被存活情況進行現場調查，結果表明不同基質梯度下存活株數具有顯著差異（圖9），其中多年生禾草、多年生雜類草、一二年生豆科等的總存活株數在不同基質處理間均存在明顯的差異；A2～A4處理的總存活率均較高，A2～A4處理的多年生禾草、一二年生禾草、一二年生雜草類存活株數與A1、A5、A6處理的有明顯的差異，A3和A4處理的多年生豆科、一二年生豆科與其他基質梯度有明顯的差異。因此，A2～A4處理采用的保水劑、粘接劑能較好地滿足禾草類生長對水分的要求，豆科植物對水分的依賴相對較小。

4.1.3 黃土丘陵區土壤肥力提升試驗 基質配方設置4個梯度(D1～D4)與1個對照(D5)。植生基質主要包括蓄水保墑的保水劑、粘接劑、有機種植土等，其中保水劑、粘接劑均為有機樹脂，吸水膨脹系數極高，可有效改善土壤的吸附力，有機種植土可改善沙地團粒結構，增加持水能力(表6)。

表6 黃土丘陵溝壑區植生基質配方梯度設計 g/m2

由圖10可知，其中D2～D4處理與D1、D5（對照）處理的總存活株數具有明顯的差異，且存活率均較高，D2～D3處理的多年生禾草、多年生豆科、一二年生雜草類保存率與D1、D4、D5處理的均有顯著差異；D2～D4處理的多年生雜草、一二年生豆科與D1、D5處理有明顯的差異。因此，D2～D3處理基質采用的保水劑、粘接劑量能較好地滿足禾草類生長對水分的要求，而豆科植物對水分的依賴相對較小。

圖1 A1號干旱草原風沙區塔基試驗點位置示意圖

圖2 A2號干旱草原風沙區試驗點位置示意圖

圖3 B1號黃土丘陵溝壑區塔基試驗點位置示意圖

圖4 黃土干旱區水土流失機理及治理方法的框架圖

圖5 黃土干旱區電網工程侵蝕環境組成

圖6 黃土干旱區單個塔基施工擾動單元的土壤風蝕強度

圖7 黃土丘陵區單個塔基施工擾動單元土壤風蝕強度

圖8 干旱草原風沙區施工前后土壤容重與含水率的相關性分析

圖9 干旱風沙區不同基質配方梯度、不同類型草種的單位面積存活株數

圖10 黃土丘陵溝壑區不同基質配方梯度、不同類型草種單位面積存活株數

4.2 黃土干旱區保墑技術試驗研究

4.2.1 無紡布覆蓋保墑室內試驗 試驗在3個長54 cm，寬28 cm，高6 cm的侵蝕槽內，采集黃土干旱區干旱草原風沙區B95塔基附近的風沙土，土壤容重為1.47 g/cm3，土壤含水率約為7.5%。將土鋪設于侵蝕槽內，厚度約8 cm，3個侵蝕槽設置坡度為30°，處理F1鋪設無紡布規格10 g/m2，處理F2鋪設無紡布規格為20 g/m2，CK為不覆蓋無紡布。澆水后測得土壤含水率約為26.2%，在1周后測量土壤含水量并進行分析。

由表7可知，無紡布10 g/m2覆蓋下含水量單均約10.8，而無紡布20 g/m2覆蓋下含水量為單均12.6%，2個處理與CK相比具有顯著差異，其均提高了土壤含水量；20 g/m2的無紡布能起到更好的保墑效果，含水量增加了60%以上，可以在黃土干旱區進行實際應用。

表7 無紡布覆蓋對土壤含水量影響分析

4.2.2 水凝膠噴施保墑室內試驗 采用分子量300～400萬的聚丙烯酰胺(PAM)制作水凝膠，設計潤濕深度均為5 mm，PAM水凝膠的配置濃度分布為1、5 g/m2，并設置CK，不添加PAM只配置水，用量5 L/m2。干燥1周后測量土壤含水量并進行分析。不同噴施梯度的水分含量具有明顯的差別，PAM水凝膠噴施濃度為1、5 g/m2時，均能達到較高的含水率（表8）。室內試驗結果表明，采用PAM水凝膠噴施濃度為1、5 g/m2時，均能達到較高的持水量，與CK相比具有明顯的差異，均能顯著增加土壤含水量；同時2個濃度之間的土壤含水量也具有顯著差異，可在黃土干旱區進行實際應用。

表8 水凝膠溶液對土壤含水量影響分析

4.2.3 黃土干旱區土壤改良技術現場應用 主要在干旱草原風沙區開展應用土壤改良技術的土壤含水量持水效果試驗，對A1～A6處理基質配方梯度采用了4個組合覆蓋梯度，形成正交試驗。試驗前1天與當天上午9點將所有測試小區均澆水1 L/m2，約30 h后，于第2天下午3點進行土壤含水量測定和數據統計，并進行方差分析和多重比較。

由圖11可知，在相同基質梯度條件下，采用無紡布覆蓋及噴施水凝膠均與不覆蓋具有顯著差異，且無紡布覆蓋與單獨噴施水凝膠也有顯著差異；采用無紡布覆蓋含水量可達14.5%，比只采用水凝膠覆蓋高出14.0%左右；采用水凝膠覆蓋含水量達到12.7%，對照（不覆蓋）含水量為5.8%～8.5%；采用無紡布覆蓋比對照提高50%～85%。因此，在有條件的地區推薦采用無紡布覆蓋，因人為破壞或通電運行期間不適宜無紡布覆蓋的區域可采用水凝膠結合澆水進行植被恢復。

圖11 干旱草原風沙區土壤含水量分析

5 結論

（1）本文系統提出了寧夏黃土高原區水土流失機理及治理方法。該方法主要由黃土干旱區坡面塔基水土流失特征研究、黃土干旱區電網工程治理恢復技術研究2個部分組成。該方法是解決“雙碳”發展背景下國網工程建設中水土流失、生態環境等問題的重要研究，是貫徹新時期高質量發展思路、落實寧夏高質量發展先行區建設的實踐和創新。

（2）根據黃土干旱區坡面塔基水土流失特征研究成果，得出干旱草原風沙區塔基主要施工擾動侵蝕影響因子包括：施工擾動投影面積比例、臨時苫蓋面積比例、植被恢復（含保留）覆蓋度、開挖擾動余土量。黃土丘陵溝壑區施工擾動水蝕響因子依次為：施工擾動面積、地形因子（坡長坡度）、工程措施因子、植被覆蓋因子（包括臨時苫蓋）。整體上看，黃土干旱區電網工程在施工期的土壤侵蝕模數均大于自然恢復期的，塔基區施工期的侵蝕模數是自然恢復期的3.0倍。對于相同地貌類型，不同施工地段侵蝕單元所造成的土壤侵蝕強度各不相同。塔基區、施工道路區的土壤侵蝕模數高于牽張場區的。從不同地理分區上來看，相同的侵蝕單元，黃土丘陵溝壑區的土壤侵蝕模數均大于干旱草原風沙區的，是干旱草原風沙區的1.23倍。

（3）結合黃土干旱區坡面塔基水土流失特征的研究成果，針對主要的影響因子進行試驗研究并提出了土壤肥力提升及土壤保墑技術，這對治理寧夏地區電網建設的水土流失問題具有重要的現實意義。在土壤肥力提升方面，針對土壤少氮缺磷的狀況，通過測土配方，增加復合肥用量10～15 g/m3，改良后的種植區土壤速效氮經檢測不低于15 mg/kg，速效磷不低于12 mg/kg，即可滿足種子發芽及持續生長的需求。此外，通過施用保水劑、粘接劑可提高土壤增加保肥功能。在保墑技術方面，采用無紡布覆蓋及噴施水凝膠均與不覆蓋具有顯著差異，且無紡布覆蓋與單獨噴施水凝膠也有顯著差異，均能改善土壤含水量。因此，有條件的地區推薦采用無紡布覆蓋，不允許無紡布覆蓋的地區可采用水凝膠結合澆水進行植被恢復。此外，基質配方本身也具有較好的持水性。