山區輸變電工程土壤侵蝕與水土保持特征研究

［關鍵詞］

山區輸變電工程；降水；土壤侵蝕；水土保持

［摘" 要］

輸變電工程作為點線復合工程代表，開展其土壤侵蝕和水土保持特征研究可為相關工程水土流失治理提供指導。以渝鄂直流背靠背聯網工程為例，通過長期連續觀測影響土壤侵蝕的降水、擾動地表面積、土石方特征量、水土保持措施實施完成情況等因素，闡釋輸變電工程土壤侵蝕規律。結果表明：①降水、擾動地表面積、土石方特征量和水土保持措施實施完成情況均是影響工程土壤流失量的重要因素，其中雨季（4—9月）降水量占項目區年總降水量的72.69%，且換流站產生的土壤流失量占工程總土壤流失量的93.25%，是開展水土流失治理的重點對象；②落實批復方案設計的工程措施、植物措施和臨時措施，是減少工程建設造成土壤流失的主要途徑，土壤流失量相較于方案預測減少96.42%；③建議后續輸變電工程措施設計綜合考慮行業特點及相關規范，合理配置植物措施，并確保在滿足水土流失治理要求的基礎上將植物措施有效落實。

［中圖分類號］ S157.1" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.11.020

［引用格式］ 蘆杰豐，龐吉林，趙慶.山區輸變電工程土壤侵蝕與水土保持特征研究：以渝鄂直流背靠背聯網工程為例［J］.中國水土保持，2024（11）：80-84.

輸變電工程作為能源基礎設施的重要組成部分，直接關系到水力、火力等能源的輸送和分配，作為電力資源輸送的主要載體，已經成為支撐國民經濟的重要基礎設施［1-2］。輸變電工程的優化設計和運行顯著減少了煤電等傳統能源消耗，同時間接降低了溫室氣體排放，對減緩全球氣候變暖起到積極作用［3］。

山區輸變電工程建設不可避免會擾動地表，破壞原地貌及植被，容易造成水土流失等生態環境問題［4］。現階段，針對輸變電工程水土流失問題，國內外許多學者開展了相關研究。如學者針對輸變電工程侵蝕特征展開研究，取得了系列成果［5-7］；針對不同水土保持措施對輸變電工程水土流失影響，以及針對不同氣候區、不同地貌類型、不同等級輸變電工程及不同防治分區水土保持措施對產流產沙規律和水土流失量預測等的影響進行了理論分析，為相關工程開展水土流失治理提供了參考［8-12］。另外，運用遙感、地理信息系統等現代技術手段，結合高清和歷史影像處理、無人機航拍等對輸變電工程建設區域的水土流失情況進行監測和評估等方面的研究也引發關注［13-15］。

綜上所述，對于輸變電工程土壤侵蝕規律和水土流失治理研究以定性分析為主，缺乏量化分析成果。因此，急需開展山區輸變電工程土壤侵蝕規律和水土流失治理量化研究，為解決輸變電工程施工導致的生態環境破壞、水土流失危害等問題提供幫助，同時可以促進山區輸變電工程可持續發展，為改善由工程建設導致的侵蝕環境問題提供技術支持。

1" 項目及項目區概況

渝鄂直流背靠聯網工程涉及湖北省宜昌市夷陵區、恩施土家族苗族自治州咸豐縣，主要建設內容包括新建南通道換流站、新建北通道換流站2個點型工程，在2個換流站分別新建500 kV交流輸電線路，新建鐵塔42基，拆除鐵塔16基。項目區地貌類型為中低山地貌，土壤類型以黃壤、水稻土為主，地帶性植被以針葉林、闊葉林及針闊混交林為主，沿線林草覆蓋率為57.4%～84.3%。項目區位于北亞熱帶季風氣候區，多年平均氣溫為16.3～16.9 ℃，多年平均降水量1 061.0～1 450.3 mm，20 a一遇24 h降水量162～201 mm，多年平均蒸發量1 020～1 239 mm，屬于以水力侵蝕為主的南方紅壤丘陵區，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。本研究降水量、擾動地表面積、土石方特征量、土壤流失量及水土保持措施完成情況等均通過工程實際監測數據獲取。

2" 項目區降水及侵蝕特征

2.1" 降水特征

降水是導致土壤侵蝕的主要外營力，經過擊濺、剝蝕、搬運和沉積等系列循環過程使得坡面土體流出項目區并最終進入溝道、河道，造成水土流失，甚至影響行洪安全。因此，研究項目區降水特征，是開展水土流失治理、合理布設水土保持措施的先決條件。本工程建設時間為2017年6月—2019年7月。統計結果表明，項目區年總降水量大小關系為：2017年（1 736.98 mm）＞2018年（1 254.26 mm）＞2019年（1 018.55 mm）。其中工程建設期間2017年、2018年和2019年降水量分別為1 203.32 mm、1 254.26 mm和725.94 mm，分別占項目區年總降水量的69.28%、100%和71.27%（見表1）。

總體來看，隨建設工期推進，項目區年總降水量呈遞減趨勢，但從工程建設期間降水量看，2019年的降水量顯著小于2017年和2018年，2017年和2018年兩年的降水量相近。

從季度降水量統計來看（見圖1），總體上，項目區不同季度降水量均值大小關系為：第二季度（518.07 mm）＞第三季度（458.13 mm）＞第四季度（194.44 mm）＞第一季度（165.95 mm）。第二、三季度降水量之和占項目區年總降水量的比例為71.06%～74.79%，均值為72.69%，表明研究區的降雨集中在第二和第三季度，降雨作為坡面徑流侵蝕的主要驅動力，該時段也是侵蝕發生的主要時段，從場次降雨分析，由暴雨導致的侵蝕也是導致坡面嚴重侵蝕的主要外在因素。經統計，2017年7月和10月最大日降水量分別達到133.60、137.67 mm，2018年的4月和7月最大日降水量分別為62.23、65.79 mm，2019年6月和7月最大日降水量分別為89.66、37.08 mm，根據《降水量等級》（GB/T 28

592—2012）劃分標準，24 h降水量超過50 mm為暴雨，超過100 mm為大暴雨，即本工程建設期間不同年份均出現了暴雨甚至是大暴雨。

2.2" 擾動地表特征

批復方案確定項目擾動地表總占地為39.99 hm2，劃分為北通道換流站、南通道換流站和輸電線路區3個水土流失一級防治區占地面積分別為16.52、19.22和4.25 hm2。根據施工、監理、監測記錄資料及現場復核，項目實際總占地為37.49 hm2，較批復方案減少6.25%（見表2）。其中2017年施工半年擾動地表面積占擾動地表總面積的62.34%，2018年擾動地表面積達到最大，2019年未有新增擾動占地?？傮w上本工程實際擾動地表面積與批復方案較一致。

從一級防治區看，北通道換流站實際擾動地表面積較批復方案新增了1.51%，而南通道換流站和輸電線路區分別較批復方案減少8.58%和25.88%。從擾動時間分析，北通道換流站和南通道換流站作為點型工程，2017年施工初期就出現較大范圍擾動，

擾動地表面積分別達到實際擾動地表總面積的73.34%和58.62%；而輸電線路作為線性工程，點多面廣，且需要詳細的路徑勘探和設計，因此在施工初期的擾動地表面積僅占實際擾動地表總面積的24.44%。到2018年建設中期，3個一級防治區全面施工，均達到了最終實際擾動總地表面積。作為點型工程的北通道換流站和南通道換流站的實際擾動地表面積之和占工程擾動地表總面積比例為91.60%，而線性工程輸電線路擾動地表面積占比僅為8.40%。

從水土保持角度分析，輸變電工程的換流站一般可以分為站區、進站道路區、供排水管線區、施工生產生活區、站用電源區、施工力能區和專項設施遷建區等二級防治區，如站址存在較大高差，則還需設置取土場或棄渣場。而輸電線路區按照不同功能，可分為塔基區、牽張場區、施工便道區和跨越施工場地區4個二級防治區。圖2為不同二級防治區實際和批復方案擾動地表面積。由圖2可知，從不同二級區占地比例看，站區工程實際擾動地表面積占換流站實際擾動地表面積的57.45%，而輸電線路區中塔基區的實際擾動地表面積也達到輸電線路區實際擾動地表面積的67.30%。因

2.3" 土石方特征

土石方工程作為工程建設區水土流失的主要來源，臨時堆土的數量和范圍直接影響工程總水土流失情況。圖3為方案批復和實際實施的挖填方量和棄方量。由圖3可知，工程實際挖方量和填方量相較于批復方案設計分別增大1.14%和8.99%，但由于填方增大幅度大于挖方，因此實際的棄方相比批復方案設計減少了31.36%。這表明工程土石方的綜合利用效率提高，符合水土保持法對土石方開展綜合利用的具體要求，也是落實“無廢城市”建設的具體體現。輸變電工程臨時堆土場或棄渣場受地形及占地等影響，一般形成高陡邊坡，同時由于堆積過程中散亂堆棄，在強降水條件下極易形成嚴重水土流失，因此需要重點對臨時堆土場和棄渣場開展專項設計，避免產生嚴重水土流失。作為點型和線性混合的代表，輸變電工程中單個塔基占地面積小，加之在高低不平區域采用高低腿等先進措施，較大限度減少了對地表的擾動和土石方工程量，同時其附屬工程（牽張場、跨越施工場地、施工便道等）一般也較少進行挖填施工，輸電線路區的挖填方量僅占工程挖填方總量的0.63%，即北通道和南通道2個換流站的挖填方量占比達到99.37%。因此，對于輸變電工程而言，換流站導致的水土流失問題相比輸電線路區更需引起關注。

2.4" 土壤流失特征

表3為批復方案預測及不同年份實際觀測到的不同防治分區的土壤流失量。由表3可知，批復方案預測的北通道換流站和南通道換流站2個換流站可能發生的土壤流失量之和占工程總土壤流失量的98.75%，輸電線路區土壤流失量占比僅為1.25%。實際觀測結果表明，換流站和輸電線路區土壤流失量分別占工程總土壤流失量的比例分別為93.25%和6.75%，與擾動地表特征和土石方特征分析結果一致。這進一步表明擾動地表特征和土石方特征是影響工程土壤流失量的重要因素。

然而，批復方案預測的土壤流失量是基于工程施工過程中不采取水土保持措施且是在最不利的氣候條件下的，但水土保持法律法規及相關規范明確要求工程水土保持工作需要嚴格落實水土保持“三同時”制度，即水土保持措施需要與主體工程“同時設計、同時施工、同時投產使用”。施工期間水土保持工程措施和臨時措施與主體工程同步實施，在主體土建工程竣工后，水土保持植物措施也要及時發揮作用。實際觀測土壤流失量（467.34 t）較預測流失量（13 066.60 t）減少了96.42%，其中北通道換流站、南通道換流站和輸電線路區分別減少96.28%、96.92%和80.60%。從不同年份看，3個一級防治區的土壤流失量均表現為2018年＞2017年＞2019年，與施工期內降水量變化趨勢一致。其中2018年土壤流失量比2017年增大51.37%，而2019年土壤流失量分別比2018年和2017年減少61.72%和42.05%。2017年和2018年工程處于施工初期和中期，臨時堆土量增大，擾動地表面積快速擴張，施工過程中僅水土保持臨時措施發揮一定的水土保持效果，工程措施和植物措施尚無條件實施，導致了較大的土壤流失量。2019年工程已接近竣工，未有新增擾動地表，同時臨時堆土已回填，水土保持工程措施、植物措施和臨時措施實施后均發揮了顯著的水土保持效益，進而使得土壤流失量顯著減小。因此，工程建設初期和中期導致的土壤流失問題是水土保持工作應關注的重點。

3" 水土保持措施配置

為達到水土流失防治目標，按照“預防為主、保護優先、全面規劃、綜合治理、因地制宜、突出重點、科學管理、注重效益”的水土保持工作方針，以植物措施、臨時措施、工程措施相結合，提高水土保持效果，改善生態環境等為總體原則，分區開展水土保持措施設計。經現場復核，本工程實際實施的水土保持措施與批復方案設計基本一致。其中：工程措施包括高強植基袋、PMS生態防護、截排水溝、鋪設碎石、土地整治、表土剝離及回覆、漿砌石護坡和防沖消能措施；植物措施包括撒播草籽綠化和栽植喬灌；臨時措施包括表土臨時防護、臨時堆土場攔擋、臨時排水溝、臨時沉沙池和邊坡臨時防護、臨時苫蓋。

圖4為各防治區水土保持措施完成比例情況。北通道換流站工程措施、植物措施和臨時措施完成比例分別為123.25%、50.87%和123.94%，南通道換流站和輸電線路區3種措施完成比例分別為185.20%、25.74%、224.67%和92.86%、122.22%、66.72%，不考慮分區，工程措施、植物措施和臨時措施完成比例均值為133.77%、66.28%和138.44%。結果表明，對于換流站等點型工程，工程措施和臨時措施均能按照批復方案落實，且完成的比例甚至超過設計值，但植物措施完成的整體比例較低，主要是受輸變電行業安全要求，無法落實方案設計的喬灌栽植措施。而對于線性的輸電線路工程，臨時措施完成比例較批復方案減少43.28%，

這可能是由于實際施工中的土石方和擾動地表減少進而使得措施量縮減。土壤流失量分析還表明，換流站的站區臨時堆土和棄渣場是導致土壤侵蝕的最典型單元，但實際實施過程中表土臨時防護、臨時堆土攔擋、臨時沉沙池和邊坡臨時防護措施完成比例分別達到129.21%、136.05%、371.43%和110.00%，對減少水土流失起到顯著成效?？傮w來看，落實批復方案設計的各項水土保持措施，同時能夠充分完成設計的工程量，是防治工程建設導致土壤流失問題的主要途徑。

4" 結束語

1）渝鄂直流背靠聯網工程建設區降水集中在每年的4—9月，期間降水量占全年降水總量的72.69%。

2）站區工程實際擾動地表面積占換流站實際擾動地表面積的57.45%，輸電線路區中的塔基區實際擾動地表面積占輸電線路工程實際擾動地表面積的67.30%，且換流站土石方挖填總量占工程土石方挖填總量的比例達到99.37%，是后續開展水土保持工作的重點。

3）落實批復方案設計的水土保持措施，同時嚴格控制擾動地表面積，可以大大減少水土流失。

［參考文獻］

［1］ 周孝信，趙強，張玉瓊.“雙碳”目標下我國能源電力系統發展前景［J］.科學通報，2024，69（8）：983-989.

［2］ 李子牛.我國電力工業發展的現狀及未來展望［J］.自動化應用，2023，64（6）：54-57.

［3］ 楊丹，李金陽，杜思穎，等.輸變電建設項目對周邊生態環境的影響建模研究［J］.環境科學與管理，2023，48（12）：129-133.

［4］ 劉強，李熙，江世雄，等.輸變電工程邊坡生態防護關鍵問題及發展趨勢［J］.人民長江，2022，53（增刊1）：16-20.

［5］ 李熙，劉強，江世雄，等.典型紅壤區輸變電工程堆積體邊坡細溝侵蝕特征［J］.長江科學院院報，2023，40（9）：61-67.

［6］ HAO L C，LI Y S.Study on the major factors causing road slope strong deformation of the Shuiluo River transmission project in Sichuan［J］.In Applied Mechanics and Materials，2012，178-181：1314-1320.

［7］ 于洋，姜群鷗，王紫璇，等.基于WEPP模型的工程建設中施工便道邊坡水土流失特征：以林芝市巴宜區為例［J］.水土保持學報，2023，37（5）：31-39，47.

［8］ 潘明九，豐佳，王文龍，等.山丘區輸電線路工程水土流失特征及治理技術對比研究［J］.水土保持研究，2023，30（1）：47-53.

［9］ 韓利，錢勇，方濟中，等.黃土丘陵區輸變電工程水土流失特征及防治措施研究［J］.水利水電技術，2023，54（增刊2）：457-464.

［10］ CHEN X M， OU Y T. Carbon emission accounting for power transmission and transformation equipment： An extended life cycle approach［J］.Energy Reports，2023，10：1369-1378.

［11］ 潘曉穎，張長偉，孫蓓.輸變電工程特征及其水土流失防治措施［J］.人民長江，2016，47（23）：28-30，75.

［12］ 陳卓鑫，李魁，王文龍，等.不同類型山丘區輸變電線路工程水土流失的來源、影響因素及措施體系配置［J］.水土保持通報，2021，41（4）：151-157，240.

［13］ 程曦，翟曉萌，倉敏，等.無人機低空遙感技術在輸變電工程水土保持監測中的應用［J］.中國水土保持，2023（2）：50-53.

［14］ 王少軍，雷磊，鄭樹海，等.輸變電工程水土保持在線監測系統應用試驗研究［J］.電網與清潔能源，2022，38（7）：25-31，37.

［15］ 龔小舞.500 kV國安輸變電工程水土保持監測實踐與分析［J］.亞熱帶水土保持，2015，27（4）：64-68.

收稿日期： 2024-07-10

基金項目：國家電網公司總部科技項目（8100-202019156A-0-0-00）

第一作者： 蘆杰豐（1986—），男，山西太原人，高級工程師，碩士，主要從事生產建設項目水土保持與環境保護工作。

通信作者： 趙慶（1988—），女，山西太原人，高級工程師，碩士，主要從事生產建設項目水土保持與環境保護工作。

E-mail： 2747@ecepdi.com

（責任編輯" 楊傲秋）