云南土石山区输变电线路工程水土流失特征研究

丰 佳，陈晓刚，王文龙，潘明九，速 欢，顾晨临，孟 欢，伍 欢

(1.国网浙江省电力有限公司，浙江 杭州 310007；2.中国科学院/水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；3.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；4.国网浙江省电力有限公司 经济技术研究院，浙江 杭州 310020；5.国网甘肃省电力公司 电力科学研究院，甘肃 兰州 730070；6.中国电力工程顾问集团 西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

我国电力工程具有跨越距离远和建设周期长、规模大的特点[1]，其中输变电线路工程是一种典型的点、线结合的工程，在建设过程中存在跨区域施工，塔基开挖、牵张场地平整、施工便道修筑等工程项目对地表产生较大扰动，并对建设区及周边土壤环境产生影响，造成地表植被破坏，引起严重的水土流失[2]。

许多专家学者针对输变电线路工程的水土流失特征进行了研究，认为输变电线路工程的水土流失具有不可控因素多、局部点状水土流失强烈等特点[3-5]，输变电线路工程建设引起的水土流失量可高达原地貌的5.1倍[6]。目前国内关于输变电线路工程水土流失的研究大多集中在黄土高原区，黄土高原区输变电线路工程中施工道路区的水土流失量最高，一般占工程总水土流失量的40%～70%[7]。我国是一个多山国家，山地丘陵面积约占国土总面积的70%，尤其是云南省，山地丘陵面积占全省总面积的90%以上。为完善山丘区电网结构、提高供电可靠性、推动地区经济发展，云南省内输变电线路工程数量逐年增多[8]，造成生态环境脆弱的山丘区产生严重的水土流失，甚至加速诱发滑坡、崩岗、泥石流等自然灾害[9-10]。山丘是输变电线路工程水土流失的主要源地之一，认真开展山丘区输变电线路工程水土保持工作对保护区域生态环境具有十分重要的意义，而目前针对山丘区输变电线路工程水土流失特点及水土保持措施的研究相对较少。因此，选取位于云南土石山区的6个典型输变电线路工程[包括永昌500 kV输变电工程、澜沧江上游梯级电站500 kV送出工程、荣兴500 kV输变电工程、威信500 kV输变电工程、腾冲县(现为腾冲市)110 kV芒棒输变电工程和乌东德电站至禄劝换流站500 kV输变电工程]作为样本，通过查阅统计相关文献、水土保持方案、规划报告等，研究云南土石山区输变电线路工程水土流失特点，从地形地貌、气候、土壤、植被等方面分析输变电线路工程的水土流失影响因素，探讨其水土流失防治重点，为构建因地制宜、合理有效的输变电线路工程水土保持措施体系提供参考。

1 云南土石山区土壤侵蚀动态变化

云南省山高坡陡，地貌类型和气候类型多样，生态环境敏感脆弱，是我国水土流失最严重的省份之一。全省土地总面积39.40万km2，2020年水土流失面积10.06万km2，占全省土地总面积的25.53%。按照水土流失强度等级划分，轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别为6.71、1.42、0.89、0.65、0.39万km2，占水土流失总面积的66.70%、14.11%、8.85%、6.46%、3.88%。云南省每年土壤侵蚀总量约4.8亿t，平均侵蚀模数1 253.3 t/(km2·a)，年均侵蚀深度0.94 mm。

2 云南土石山区输变电线路工程水土流失特征

2.1 不同时段水土流失特征

可将输变电线路工程建设时段分为施工期(含施工准备期)和自然恢复期，不同时期的土壤侵蚀模数背景值存在明显差异(见表1)。各输变电线路工程项目区的土壤侵蚀模数背景值在施工期大于自然恢复期，最高可达到自然恢复期的24倍，表明输变电线路工程建设对项目区水土流失的影响主要集中在施工期阶段[11-12]。在施工期，浇注杆塔基础、修建边坡及建排水沟等土方开挖工程会改变原地表的坡度，导致边坡稳定性变差，暴雨时极易造成严重的水蚀和重力侵蚀。此外，土石方及相关建筑材料的临时堆放也会造成大量水土流失，在无防护的情况下，分散堆放的弃渣堆积体产生的水土流失尤为严重。工程建成后的自然恢复期采用植被绿化、恢复耕作、固化处理等生物措施和工程措施，逐步降低水土流失。

表1 不同时段输变电工程土壤侵蚀模数 t/(km2·a)

2.2 分区水土流失特征

依据输变电线路工程占地类型、用途、施工布设、水土流失现状和水土流失防治措施等划分水土流失分区[13]，通常把输变电线路工程水土流失区分为站区、塔基区、施工便道区、站外施工场地区、牵张场区、弃渣场区、材料站区7个防治分区，统计6个样本输变电线路工程施工期各防治分区水土流失量占工程水土流失量的比例(见图1)。结果显示，总体上站区和塔基区的水土流失量最高。其中，威信500 kV输变电工程和永昌500 kV输变电工程的站区水土流失量占工程水土流失量的85.8%和73.3%；乌东德电站至禄劝换流站500 kV输变电工程和澜沧江上游梯级电站500 kV送出工程的塔基区水土流失量占工程水土流失量的80.7%和72.4%%。究其原因是：基础开挖、临时堆土和土方回填会破坏原地貌，形成更加高陡的边坡，降低边坡稳定性，同时会损坏地表植被和土体结构，降低土壤抗蚀性，造成水土流失急剧增加。这个结果与大部分研究结果一致[8, 14]。此外在腾冲县110 kV芒棒输变电工程中，弃渣场产生的水土流失量占工程水土流失量的40.1%。

图1 输变电线路工程施工期各防治分区水土流失量占比

2.3 分区土壤侵蚀强度

为进一步分析输变电线路工程施工期水土流失特征，计算了6个样本输变电线路工程各防治分区扰动后的土壤侵蚀模数，统计了各防治分区扰动后土壤侵蚀模数平均值及侵蚀级别(见表2)。结果显示，各防治分区扰动后土壤侵蚀模数均较高。其中，站区土壤侵蚀模数最高，为8 530 t/(km2·a)，年平均土壤流失厚度达5.9～11.1 mm，侵蚀级别为极强烈；塔基区、施工便道区、弃渣场区的土壤侵蚀模数分别为7 587、6 728、5 864 t/(km2·a)，年平均土壤流失厚度为3.7～5.9 mm，侵蚀级别为强烈；站外施工场地区和牵张场区的土壤侵蚀模数分别为4 198、4 083 t/(km2·a)，年平均土壤流失厚度为1.9～3.7 mm，侵蚀级别为中度；扰动后土壤侵蚀模数最小的为材料站区，材料站区土壤侵蚀模数为1 798 t/(km2·a)，年平均土壤流失厚度为0.37～1.9 mm，侵蚀级别为轻度。结果反映输变电线路工程不同防治分区的水土流失具有不均匀性和重点防护性，需重点加强站区、塔基区、施工便道区、弃渣场区等侵蚀重点区域的水土流失监测和防治。

表2 不同防治分区扰动后土壤侵蚀模数及侵蚀级别

3 云南土石山区输变电线路工程水土流失影响因素

云南省位于中国西南边陲，介于北纬21°8′～29°15′，东经97°31′～106°11′，属低纬度内陆地区[15]。依据通用土壤流失方程，地形地貌、气候、土壤、植被等自然条件对输变电线路工程水土流失具有重要影响。

3.1 地形地貌

坡度、坡长、坡形、沟壑密度、分水岭与谷底和河面的相对高差等地形因素对水土流失有很大影响[16]。云南土石山区地形复杂，属于山地高原地形，垂直地带性显著，表现为山高、谷深、坡陡。山地面积占全省总面积的88.6%，平均海拔2 000 m左右，具有各种类型的喀斯特地貌。全省坡度>15°的坡地面积占全省总面积的74.8%，坡度>35°的极陡坡坡地面积占19.7%，坡长>50 m的山地面积占全省总面积的51.0%，坡长>90 m的长坡山地面积占32.2%[17]，破碎复杂的地形极易发生水土流失。

云南土石山区输变电线路工程通常跨越山地和高大山岭，穿过不同地形地貌类型区域，塔基通常修建在山顶和陡峭边坡，运输条件差、成本高、难度大。此外，长坡、陡坡引起地表径流的加速汇集，为土壤侵蚀发生发展提供了极大的内动力，造成严重的水土流失。由6个样本输变电线路工程的水土流失特征和土壤侵蚀强度分析可知，站区和塔基区的开挖量大，水土流失量大，这与当地地形地貌特征关系密切，山区开挖、弃渣等活动对原地貌造成损坏，易加剧土壤侵蚀。

3.2 气 候

云南土石山区属于低纬度山原季风气候区，冬季受干燥的大陆季风控制，夏季盛行湿润的海洋季风，立体气候特点显著，同时具有寒、温、热(包括亚热带)三带气候特征，日照强、年温差小、日温差大。降雨的季节分配极不均匀，主要集中在5—8月，期间降雨量占全年的75%，局地短历时强降雨较多，且降雨地域分布差异大，降雨量最多的区域年降水量可达2 200～2 700 mm，最少的仅有584 mm。降雨是造成云南土石山区严重水土流失的直接动力和主要气候因子[18]，温度、湿度、日照时间等气候因素对植物类型、土壤性质、岩石风化等产生间接影响，也会影响区域水土流失[19]。

云南土石山区特殊复杂的气候特点对塔基工程有很大影响[20]。雨季的强降雨对塔基造成集中冲刷，在边坡形成不同程度的沟蚀，降低边坡稳定性，暴雨下极易发生严重水力侵蚀和重力侵蚀。日照强和温差大等特点易造成塔基混凝土开裂，导致工程后期植被生长困难，成活率低，植被恢复效果不佳。立体气候特点导致输变电线路工程侵蚀营力差异性大，易引发不同程度的土壤侵蚀，极大地增加水土保持工作难度。

3.3 土 壤

土壤类型直接决定通用土壤流失方程中的土壤可蚀性因子，对降雨侵蚀力因子和植被覆盖因子也有间接影响[21]。云南土石山区土壤母质以玄武岩、花岗岩、砂页岩类为主，红壤是全省面积最大、分布最广的土壤类型，占全省土地面积的30.22%[22]。土壤有机质的腐殖质化程度高，土壤养分高。

红壤在高湿多雨的气候条件下易风化，易分解，抗冲蚀能力差，透水性差。输变电线路工程的建设导致表层土壤流失严重，露出板结而无结构的土层，造成植被生长困难，进一步降低了红壤的抗蚀性[23-24]。土壤表层通常覆盖一层松散碎石土，土层相对较薄，呈现“石多土少”的特点，当雨季来临时集中径流的冲刷易引发崩岗、滑坡等自然灾害，加剧水土流失。

3.4 植 被

良好的植被覆盖可以有效减少水土流失。云南省植被类型复杂多样，寒、温、热三带植物均有分布，从南到北随着纬度增加和海拔升高，植被分布依次为热带雨林，热带稀树草原，亚热带常绿阔叶林、混交林和针叶林，温带、寒温带针叶林[25]。历史上，乱砍滥伐、毁林开荒等行为，导致云南省良好的森林资源遭受严重破坏，尽管近年来持续进行植树造林和封山育林，但幼林和残次林地的面积较大，森林资源整体质量较低。当林下缺少灌木或草本植物，易出现“林下流”的现象。植被覆盖率低的地表，受到雨滴强力击溅时易顺着山坡下泻，造成土壤流失[26]。

在输变电线路工程的施工期，基础开挖、土方回填、施工扰动等会破坏地表植被，且输变电线路工程通常选址在林木稀疏的生态脆弱地段，易引起严重的水土流失。在工程建成后的自然恢复期，土地平整、复耕、覆土绿化等措施恢复或改善原有的地表条件，使水土流失得到一定程度的控制。输变电线路工程线路长、跨度大，同一工程不同分段的植被特征不同，因此植被恢复应按照“宜林则林、宜草则草、宜荒则荒”的原则，选择因地制宜的植被恢复措施，注重灌木和草本植物的合理补植。通过统计6个样本输变电线路工程的植被恢复措施，总结出云南土石山区输变电线路工程的植被恢复主要采用乔灌草相结合的造林模式。其中：乔木多选用香樟、桤木、旱冬瓜、马尾松、麻栎等；灌木多选用柑橘、枇杷、女贞、野蔷薇、火棘、余甘子等；草种多选用狗牙根、黑麦草、爬山虎、百喜草等。

4 云南土石山区输变电线路工程水土流失防治措施

依据水土保持措施的布设原则，基于水土流失现状及水土流失防治分区特点，形成水土保持工程措施、植被措施和临时措施相结合的综合防治体系，有效防治水土流失。

(1)输变电线路工程的选址和水土保持措施体系的布设应根据地形特点，优化线路路径和布设位置。如在腾冲县110 kV芒棒输变电线路工程中，位于陡坡地段的塔基基于地形特点采用全方位高低腿设计，实现依据地形的自由调节，减少基面开挖和对塔基附近植被的破坏，进而减少水土流失。

(2)各防治分区的水土流失特征差异大，防治重点和措施配置各不相同。云南土石山区输变电线路工程的开挖和土方开采通常位于山地、丘陵、河谷及陡峻的斜坡地段，造成原有地形地貌的改变，形成了新的陡峭土体和高边坡堆积体，在暴雨等自然因素或人类活动的触发下，尤其是在塔基区，易产生崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蚀，因此在塔基处应修建挡墙等工程措施。

(3)云南土石山区土壤表层多为松散石土，开挖堆积后形成孔隙大、黏结力差的弃土弃渣，雨季极易发生严重的水土流失。因此，施工期时应对站区、塔基区和弃渣场区实施重点防治，如：边坡处布设护坡，坡脚处修建挡墙，坡顶处设置截水沟，斜坡上修建排水工程等；施工弃土弃渣应妥善堆放，可采取场地平整、播撒草种、修建泥浆池、利用编织袋围挡等措施。

(4)输变电线路工程建设会对自然景观造成破坏，导致不同尺度的“生态伤疤”。因此，布设的水土保持措施在满足水土流失防治要求的同时也应注重提升生态景观品质，达到美化环境的要求[27]。

5 结 论

输变电线路工程具有跨越距离远、建设周期长和规模大、扰动点多且分散的特点，输变电线路工程的建设会对周边区域环境产生破坏，引起水土流失。选取云南土石山区6个典型输变电线路工程，划分7个防治分区，分析云南土石山区输变电线路工程和各防治分区水土流失特点。结果显示，云南土石山区输变电线路工程施工期的土壤侵蚀模数大于自然恢复期。总体上施工期站区和塔基区产生的水土流失量最大，站区、塔基区、施工便道区和弃渣场区是水土流失防治的重点区域。分析地形地貌、气候、土壤、植被等自然因素对云南土石山区输变电线路工程水土流失的影响，基于云南土石山区的自然环境因素和输变电线路工程的水土流失特点，提出云南土石山区输变电线路工程的水土流失防治重点，为构建科学实用、合理有效的水土保持措施体系提供参考。