黄土丘陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究.pdf
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1、水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2韩利,钱勇,方济中,等.黄土丘陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):457-464.HAN Li,QIAN Yong,FANG Jizhong,et al.Study on the characteristics of soil and water loss and its control measures in power transmis-sion and transf
2、ormation engineering area of loess hilly regionJ.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,54(S2):457-464.黄土丘陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究韩 利1,钱 勇1,方济中1,吴 杨1,张庆霞1,石元平2(1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院,宁夏 银川 750002;2.紫光软件系统有限公司,北京 100084)收稿日期:2023-04-28基金项目:黄土干旱区电网工程水土流失防控及恢复技术研究(5229DK21000S)作者简介:韩 利(1984),男,高级工程师,
3、硕士,主要从事输变电工程生态环境修复技术。E-mail:hanli-1612 通信作者:钱 勇(1992),男,工程师,硕士,主要从事电网工程环境保护与水土保持新技术应用研究。E-mail:774779558 摘 要:为更好地了解黄土丘陵区输变电工程水土流失特征并提出合理的防治措施,减少水土流失对干旱区生态环境的影响,以宁夏某 750kV 线路工程为研究对象,选取典型塔基区通过野外调查与监测、室内试验以及野外应用试验,研究坡面塔基区土壤侵蚀强度变化、水土流失主要影响因素、临时阻控措施及合理有效的植物措施。结果表明:(1)黄土丘陵区塔基施工扰动对土壤侵蚀强度有较强的影响,且塔基扰动区水蚀强度约为
4、原始植被区的 3 倍。(2)施工扰动后整地措施与临时阻控措施组合实施对减缓水土流失起到良好效果,其中开沟措施可使土壤侵蚀厚度减少约 56%,开沟加无纺布组合对侵蚀厚度的阻控程度约 70%,而开沟加无纺布加水凝胶的效果最好,阻控程度可达 74%。(3)建立了一套适用黄土丘陵区的植物措施混播配方。黄土丘陵区输变电工程加剧水土流失,施工前期与扰动期利用无纺布覆盖可较大程度减轻扰动,工程后开沟整地措施效果良好。植被恢复措施可以达到持久的固土护坡目的,建立适用于黄土丘陵区植被恢复的混播配方,应通过优选混播配方植被快速恢复的方式,尽快达到存活株数期望目标,形成一定盖度,同时配方应逐渐演替。关键词:输变电工
5、程;水土保持;防治措施;黄土丘陵区;塔基区DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.072中图分类号:S157.1文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)S2-0457-08Study on the characteristics of soil and water loss and its control measures in power transmission and transformation engineering area of loess hilly regionHAN Li1,QIAN Yong1,FANG Jizhong1,WU Yang1
6、,ZHANG Qingxia1,SHI Yuanping2(1.Electric Power Research Institute of State Grid Ningxia Electric Power Company,Yinchuan 750002,Ningxia,China;2.Unisplendour Software Systems Co.,Ltd.,Beijing 100084,China)Abstract:To better understand the characteristics of soil erosion and control measures for transf
7、ormer projects in loess hilly are-as,reduce the impact of soil erosion on the ecological environment of arid regions,and study the soil erosion intensity changes,main influencing factors,and temporary control measures for landslides in typical tower foundations in Ningxia one 750kV line 754韩 利,等/黄土丘
8、陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期project.Taking the tower foundation area as the research object,through field survey and monitoring,indoor experiments,and field application tests,the soil erosion intensity changes,main influencing factors,and temporary control measures for landslid
9、es were investigated.The result shows:(1)The construction disturbance of transformer foundations in loess hilly areas has a strong impact on soil erosion intensity,and the water erosion intensity of the disturbed foundation area is about 3 times that of the origi-nal vegetation area.(2)The combinati
10、on of ditching measures and temporary control measures has a good effect in alleviating soil erosion.Among them,the ditching measures can reduce the soil erosion thickness by about 56%,and the combination of ditching and non-woven cloth has a control effect of about 70%.The best effect is achieved b
11、y combining ditching and non-woven cloth with hydrogel,with a control effect of about 74%.(3)A mixed planting formula suitable for vegetation restoration in loess hilly areas should be established.The power transmission and transformation project in the loess hilly region aggravated soil and water l
12、oss.The non-woven cloth covering can reduce the disturbance to a large extent in the early construction and disturbance period,and the land preparation measures after the project were good.Vegetation restoration measures can achieve the purpose of soil consolidation and slope protection for a long t
13、ime,and the mixed sowing formula suitable for vegetation restoration in the loess hilly area should be established.The vegetation recovery method of mixed sowing formula should be selected to achieve the de-sired number of viable plants as soon as possible and form a certain coverage.Meanwhile,the f
14、ormula should be gradually re-placed.Keywords:transmission and transformation line project;soil and water conservation;prevention measures;loess hilly region;tower base area0 引 言0 引 言 由于人口剧增和大量开发建设,黄土高原草原植被遭到严重破坏,西北地区出现严重的土壤侵蚀、土地沙化和荒漠化问题,水土流失成为制约黄土高原区域经济健康发展的重要限制因素。随着“十四五”期间经济的发展,黄土干旱区电网建设加快1,工程实施对天
15、然环境加以破坏加剧黄土高原水土流失2。黄土高原水土流失与综合治理问题一直是我国土壤侵蚀研究的重点方向,黄土高原水土流失控制和治理历来受到人们的关注,黄委会也在黄土高原多处设置水土保持试验区。目前我国土壤侵蚀和水土保持方面的研究在理论上已相对成熟3,然而,对黄土高原丘陵区工程建设中的水土流失特征与实际有效的防治措施研究有待加强。黄土干旱区电网工程侵蚀单元根据实际情况划分为塔基区、施工道路区、牵张场区,其中在塔基区机械进场、基础施工、多余土体临时堆放时人为扰动程度较大,使原有地表破坏程度大,侵蚀模数增加与新增水土流失的问题最为显著4。尽管塔基施工扰动面积相比其他建设单元较小,但电网工程整体塔基数量
16、多,总体土地扰动面积大,尤其是黄土丘陵区地形条件复杂、地势陡峭,塔基开挖难度大、破坏面较大且较难恢复,存在突发性和潜在危害性5。研究证实,灌草植被可以强化土壤抗冲性与土壤通透性和蓄水容量,增加入渗、消减超渗径流,防止冲刷。尤为重要的是灌草植被可以分散或消除上方袭来的股流,增加坡面径流运动阻力,削弱径流侵蚀能力,进而减少当地的水土流失。灌草植被在西北干旱半干早地区的非森林适生区植被建设中具有不可替代的作用。根据张振克6在苏南孔山地区人为裸露坡面土壤侵蚀下植被自然恢复过程的年际系列观测结果,草本植被覆盖度的增加可减轻水土流失的程度。在人为裸露坡面的草本植被自然恢复过程中,植被覆盖度的明显增加并未产
17、生防止水土流失的明显效果,只有达到植被完全覆盖坡面、地表草本植物落叶层出现时,土壤侵蚀才趋于停止。对人为裸露坡面区水土流失的防治,仅靠植被自然恢复过程来减轻水土流失是不可行的,应采取其它措施降低人为裸露坡面土壤侵蚀过程、减轻水土流失危害。草本植物因其恢复快,适应性强,易形成合理的群落结构,水土保持作用显著,故在人为裸露坡面植被自然恢复过程中占有十分重要的位置。在试验与观测的基础上,选择适合不同的气候区植被自然恢复的草本先锋植物属种,在裸露坡面上进行种植,对重建植被、改善生态环境,提高生物措施在防止水土流失中的作用具有重要意义。综上所述,针对黄土干旱区坡面塔基施工扰动条件下水土流失影响因子、土壤
18、侵蚀强度以及水土流失防治措施研究亟待开展。研究成果可以科学指导电网工程建设的水土保持工作,为具体工程编制水土保持方案、水土流失监测方案及进行水土保持工程专项监理提供技术依据,对促进黄土高原电网建设与环境的协调发展,对节约资源、改善区域生态环境,加速和推动经济社会发展都具有重要的理论和现实意义。854韩 利,等/黄土丘陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期本研究基于相关理论及应用示范积累,结合电网工程施工特点及工程的实际需求,通过分析影响坡面塔基施工扰动条件下水土流失影响因子,开展研究区周边自然植被现状调查、植物生境现场调查,结合生态
19、学地带性及非地带性特征、人工繁殖特性植被建植方法、土壤-植物系统调控机制、植被次生演替理论及恢复生态学理论与方法,利用室内与野外应用试验,探究适用于黄土丘陵区坡面塔基施工扰动情况下,施工期临时阻控措施、整地措施以及水土保持长期植物措施的多种防治措施组合效果,建立针对性适用黄土丘陵区的水土流失防治措施方案。1 材料与方法1 材料与方法1.1 研究区概况 研究区位于宁夏回族自治区,是典型的北方农牧交错区,气候干燥,降水差异明显,生态条件脆弱,水土流失、草地退化、沙漠化等问题较为普遍。宁夏回族自治区是我国西北部黄土干旱区五省(自治区)之一,境内包含甘青宁黄土丘陵国家级水土流失重点治理区。黄土丘陵区主
20、要位于吴忠市境东南部、南部,为鄂尔多斯高原西部与黄土高原北部衔接地带,群山环绕,沟壑纵横,是低山或丘陵状地貌。本次重点选取了某 750 kV 输变电工程 B18 塔基作为研究试验点。塔基位于同心县附近,塔基所处环境为温性草原类型,丘陵地形,土壤为典型黄土,水土流失类型以水力侵蚀(以下简称“水蚀”)为主。水蚀是由水力作用造成的土壤侵蚀,以明显的冲沟现象为特点。研究区场地属缓坡丘陵地貌,海拔高程在 12871295 m 之间,地形较开阔,局部地形起伏较大,呈宽圆、缓倾斜的小山体。区域年均气温 9.0,年均降水量 267.7 mm,69 月降水量占 63%,多年平均蒸发量 1320 mm,无霜期 1
21、52 d,年大风日数 17.9 d,最大风速 22 m/s,最大冻土深度为 110 cm。土壤类型主要为岩成黄土,土壤侵蚀严重。天然植被多表现为稀疏的灌丛草地,林草覆盖率在 15%左右,区域内适生植物以速生阳性植物为主,植物区系中的优势科,包括禾本科、菊科、豆科及藜科,主要植被包括柠条、达乌里胡枝子、红砂、沙蒿、紫花苜蓿、沙打旺、冰草、冷蒿、针茅等。1.2 研究方法1.2.1 室内试验(1)植被配方室内发芽试验。根据研究区主要植被类型开展种子室内萌发试验,优选出在黄土干旱区夏秋季室外温度能快速发芽、发芽率强的草种,以旱生类群为主,包含少量超旱及耐旱的旱中生种类,搭配物候期时间跨度长、植物群落空
22、间结构丰富的若干种植被修复适生群落混播配方。试验开展于 2021 年3 月,检测草种在温度 1525、湿度为 60%条件下一周发芽率。(2)无纺布与水凝胶水土流失阻控室内试验。试验采用3 个长54 cm、宽28 cm、高 16 cm 的侵蚀槽,土壤使用研究区内采集的黄土,土壤容重为 1.40 g/cm3,土壤含水率约为 12.1%。在侵蚀槽内铺设风干、过0.5 cm 筛的黄土,土层厚度约 8 cm,设置坡度为30。槽试验分无纺布覆盖与水凝胶两组开展,各 3个。无纺布组 3 个侵蚀槽分别设置铺设规格为10 g/m2与 20 g/m2无纺布,以及无铺设的对照。水凝胶组 3 个侵蚀槽采用分子量 30
23、0400 万的聚丙烯酰胺(PAM)制作水凝胶。设计润湿深度为 5 mm,PAM 水凝胶分别配置浓度为 1 g/(5 Lm2)与 5 g/(5 Lm2),对照组只配置水不添加 PAM,用量 5 L/m2,各配置5 L,分别装在同规格喷壶里。侵蚀槽填好 4 d 后土壤表面干燥,采用洒水壶作为喷淋装置固定在侵蚀槽上方约 2 m 处,分别对 3 个侵蚀槽进行降水模拟。放入等量的自来水 4 kg,控制洒水壶相同的出水倾斜角度、流速和出水量,4 kg 水约 3 min 喷淋完,加水 2 次共喷淋 3 次。模拟的降雨强度为 50 mm/h。2 组侵蚀槽均喷淋 3 次,每次降雨模拟 3 min 喷淋后收集一次
24、径流样品。样品在 105 烘箱中干燥,随后称其质量,将三组沙量进行平均作为最终产沙量。1.2.2 塔基区野外应用试验(1)塔基区土壤侵蚀强度监测。本次研究在 2021年 6 月2022 年 7 月间开展土壤侵蚀强度试验与监测,采用插钎法于 11 月中旬测试 B18 塔基试验点塔基扰动区和原生植被区实际土壤侵蚀厚度,并对研究区进行全年土壤侵蚀厚度进行监测,评估研究区背景条件与扰动条件下土壤侵蚀强度差异。测钎布设面积为 5 m2,测钎区坡度为 20。在插钎的同时,按照每次有效降水时间,记录实际降水量。雨量观测设备采用雨量计,安装于距离塔基较近的同心县市区。雨量计观测在每日 8 时整进行,当降水量多
25、或暴雨时要经常巡视,以排除故障,防止漏记降雨过程。自 2021 年 8 月 17 日至 10 月 30 日,同心县附近 B18 塔基有效降雨量为 90 mm,对坡面土表侵蚀影响较大。954韩 利,等/黄土丘陵区输变电工程水土流失特征及防治措施研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期(2)植被措施野外应用试验。植被措施野外试验根据播种量公式对其参数进行确定后,计算不同配比下的播种量,草种的播种量按下式计算W=AF/(1000B E C D P)(1)式中,W 为单位施工面积的播种量(g/m2);A 为播种后期望的发芽成苗株数(株/m2);F 为种子的千粒重(g);B 为田
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