李曉莉LI Xiao-li

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，張掖 734000）

0 引言

金川區(qū)龍景村小沙溝山洪溝道項(xiàng)目區(qū)地形地貌復(fù)雜，局部地區(qū)高強(qiáng)度暴雨形成的洪災(zāi)以及人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)自然的破壞日趨嚴(yán)重。每到汛期，浸溢塌岸并存，嚴(yán)重威脅溝道兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)項(xiàng)目區(qū)的地形地貌、土壤植被、地表組成物及水土流失現(xiàn)狀等因素進(jìn)行調(diào)查全面分析，結(jié)合擬建工程特點(diǎn)，確定水土流失預(yù)測(cè)的重點(diǎn)位置。同時(shí)根據(jù)工程具體布局，著重對(duì)工程施工過(guò)程中可能造成的地表擾動(dòng)、植被破壞、可能會(huì)損壞水土保持設(shè)施的情況，以及各施工單元的新增水土流失量及其危害進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，并掌握工程施工過(guò)程中新增水土流失的重點(diǎn)時(shí)段和部位，為制定水土流失防治總體方案和單項(xiàng)防治措施設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。

1 綜合說(shuō)明

1.1 項(xiàng)目位置 金川區(qū)龍景村小沙溝山洪溝道治理項(xiàng)目位于金昌市金川區(qū)寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)龍景村境內(nèi)，距金昌市約10km，地理坐標(biāo)：經(jīng)度102°09′38″，緯度38°25′34″。金川區(qū)位于甘肅省河西走廊東部，巴丹吉林沙漠前緣。東北與武威市民勤縣接壤，西北與內(nèi)蒙古阿拉善右旗及張掖市山丹縣毗鄰，南與金昌市永昌縣相依。

1.2 項(xiàng)目基本情況 金川區(qū)屬大陸性溫帶干旱氣候，主要特點(diǎn)是：氣候干燥，光照充足，全年多風(fēng)且多西北風(fēng)，四季分明，晝夜溫差較大，霜期長(zhǎng)，春季多大風(fēng)。境內(nèi)氣溫北高南低，降水北少南多，具有顯著的高程分布特征。祁連山山區(qū)海拔2500～4000m，屬于高寒半濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫為-0.2℃，年降水量311～600mm，年日照時(shí)數(shù)2200h；淺山區(qū)海拔2000～2500m，年平均氣溫為5.4℃，平均年降水量211.8mm，年蒸發(fā)量1990.2mm；走廊平川區(qū)海拔1300～2000m，年平均氣溫為9.5℃，平均年降水量122.3mm，年蒸發(fā)量2808.2mm，年日照時(shí)數(shù)2955h。項(xiàng)目為新建建設(shè)類(lèi)項(xiàng)目。項(xiàng)目區(qū)新建攔洪主壩1座，副壩1座，放水建筑物1座（包括臥管、消力池、涵管）、渠道維修500m。工程建設(shè)施工總工期2個(gè)月。本工程占用土地，主要分為兩大塊，一塊是攔洪壩建筑物永久占地，另一塊是臨時(shí)占地。其中永久占地0.159hm2，臨時(shí)占地0.06hm2。占地類(lèi)型均為荒草地。項(xiàng)目區(qū)河谷發(fā)育，地勢(shì)起伏不平，左右岸巖石裸露，岸坡以上為三、四級(jí)階地，階地具二元結(jié)構(gòu)，基巖岸坡自然邊坡1:0.2，河谷底寬50～180m。項(xiàng)目區(qū)周邊無(wú)飲用水水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、風(fēng)景名勝區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、重要濕地等，不涉及水土保持敏感區(qū)。

根據(jù)全國(guó)水土保持區(qū)劃（甘肅省部分），項(xiàng)目區(qū)屬內(nèi)陸河流域防治區(qū)（Ⅲ）河西走廊平原區(qū)（Ⅲ-5），地貌類(lèi)型主要為戈壁平原，水土流失類(lèi)型以風(fēng)力侵蝕為主，項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值取值2000t/km2·a，侵蝕強(qiáng)度為輕度。根據(jù)甘肅省相關(guān)公告，項(xiàng)目區(qū)屬內(nèi)陸河流域省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，項(xiàng)目區(qū)容許土壤流失量為1500t/km2·a。

1.3 水土流失防治責(zé)任范圍 根據(jù)相關(guān)規(guī)定，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍應(yīng)包括項(xiàng)目永久征地、臨時(shí)占地以及其他使用與管轄區(qū)域。本項(xiàng)目占地面積共計(jì)0.219hm2（3.28畝），占地類(lèi)型均為荒草地，均屬甘肅省金昌市金川區(qū)管轄。

根據(jù)水土流失分區(qū)原則和工程建設(shè)特點(diǎn)、施工工藝特征、水土流失特點(diǎn)，本方案將項(xiàng)目區(qū)劃分為：主體工程防治區(qū)及臨時(shí)生產(chǎn)生活區(qū)兩個(gè)防治分區(qū)（表1）。

表1 防治責(zé)任范圍表

1.4 水土流失防治目標(biāo)

①執(zhí)行等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水利部辦公廳相關(guān)文件、規(guī)劃區(qū)劃及甘肅省相關(guān)公告，項(xiàng)目區(qū)水土保持區(qū)劃屬于北方風(fēng)沙區(qū)。項(xiàng)目區(qū)位于甘肅省金昌市金川區(qū)寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)，在甘肅省省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)中屬于內(nèi)陸河流域省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，本項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行北方風(fēng)沙區(qū)建設(shè)類(lèi)項(xiàng)目一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

②防治目標(biāo)。項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆谝燥L(fēng)力侵蝕為主的北方風(fēng)沙區(qū)，容許土壤流失量為1500t/（km2·a）。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目防治目標(biāo)取值具體見(jiàn)表2。本項(xiàng)目到設(shè)計(jì)水平年，水土流失治理度達(dá)到82%，土壤流失控制比達(dá)到0.80，渣土防護(hù)率達(dá)到87%。本項(xiàng)目所處位置植被覆蓋率較低，工程結(jié)束后不設(shè)植物措施，臨時(shí)占地自然恢復(fù)，因此林草植被恢復(fù)率和林草覆蓋率不考慮；由于工程區(qū)位于北方風(fēng)沙區(qū)，因此對(duì)表土保護(hù)率不作要求。

表2 水土流失防治指標(biāo)值

2 水土流失分析與預(yù)測(cè)

2.1 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)文件，工程所在地不屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)。項(xiàng)目區(qū)處于內(nèi)陸河流域省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。因此，水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行建設(shè)類(lèi)項(xiàng)目一級(jí)防治標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《甘肅省水土保持區(qū)劃》，工程區(qū)屬河西走廊農(nóng)田防護(hù)防沙區(qū)。工程區(qū)地處金昌市金川區(qū)東部的河谷階地上，地形較為平坦，地勢(shì)南北高差約2.8m，水土流失類(lèi)型以風(fēng)蝕為主，兼有少量水力侵蝕，工程區(qū)容許土壤流失量為1500t/（km2·a）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，工程區(qū)植被稀疏，主要為耐旱、耐貧瘠的荒漠草本植物，林草覆蓋率10%左右。地表土壤為灰棕荒漠土，顆粒較細(xì)，地表結(jié)皮厚度為3～10mm，對(duì)地表的保護(hù)作用較好。根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)合對(duì)工程區(qū)地表物質(zhì)組成、植被狀況和地形地貌等現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)照《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007），綜合分析確定土壤侵蝕模數(shù)背景值為2000t/（km2·a），侵蝕強(qiáng)度為輕度。

2.2 水土流失影響因素分析

本項(xiàng)目建設(shè)中水土流失成因較為復(fù)雜，影響因素多種多樣，其中主要因素為自然因素和人為因素。本項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中，涉及到挖方、填方，該操作導(dǎo)致原有土地坡度、面積出現(xiàn)較大變化，大部地區(qū)形成縱行深度較深的溝壑，部分地方出現(xiàn)較大土坡。由于人為破壞地貌作用，最終引發(fā)嚴(yán)重水土流失現(xiàn)象。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)施方案，并利用地形圖和勘界圖對(duì)擬建項(xiàng)目區(qū)域進(jìn)行勘查，調(diào)查工程在施工期開(kāi)挖擾動(dòng)地表和損壞林草植被的程度，在此基礎(chǔ)上對(duì)項(xiàng)目區(qū)各工程區(qū)占地面積進(jìn)行量算和統(tǒng)計(jì)，預(yù)測(cè)出工程項(xiàng)目擾動(dòng)原地貌總面積為0.219hm2。結(jié)合野外調(diào)查，確定本工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施面積為0.219hm2。

2.3 土壤流失量預(yù)測(cè)

2.3.1 預(yù)測(cè)單元 水土流失預(yù)測(cè)范圍涵蓋整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)，按各單元工程及占地利用情況，考慮到施工營(yíng)地區(qū)（臨時(shí)道路區(qū)和臨時(shí)堆土區(qū)）位于道路工程區(qū)內(nèi)，故不重復(fù)計(jì)列。項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐譃橹黧w工程區(qū)和施工營(yíng)地區(qū)兩個(gè)單元。

2.3.2 預(yù)測(cè)時(shí)段 本工程預(yù)測(cè)時(shí)段包括項(xiàng)目施工期（含施工準(zhǔn)備期）和施工結(jié)束后自然恢復(fù)期兩個(gè)階段。各預(yù)測(cè)單元的施工期和自然恢復(fù)期應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目施工進(jìn)度分別確定；施工期為實(shí)際擾動(dòng)地表時(shí)間；自然恢復(fù)期為施工擾動(dòng)結(jié)束后，不采取任何水土保持措施的情況下，土壤侵蝕強(qiáng)度自然恢復(fù)到擾動(dòng)前土壤侵蝕強(qiáng)度所需的時(shí)間。

工程建設(shè)過(guò)程中的水土流失除了受區(qū)域氣象水文、土壤植被、地形地貌等因素影響外，還受施工建設(shè)活動(dòng)的影響，使施工區(qū)域內(nèi)水土流失表現(xiàn)出特殊性，導(dǎo)致水土流失隨不同施工場(chǎng)地和施工進(jìn)度的變化而變化，表現(xiàn)出時(shí)空變化的動(dòng)態(tài)性。同時(shí)考慮到水土流失主要發(fā)生在風(fēng)季（3～5月）或雨季（6～8月）的特點(diǎn)，確定預(yù)測(cè)時(shí)間應(yīng)在考慮施工持續(xù)時(shí)間的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工跨風(fēng)季情況作適當(dāng)調(diào)整。水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段按具體施工時(shí)間所處的水土流失季節(jié)，以不利時(shí)段進(jìn)行預(yù)測(cè)，超過(guò)風(fēng)季或雨季長(zhǎng)度的按一年計(jì)算，不超過(guò)風(fēng)（雨）季長(zhǎng)度的按所占比例計(jì)算。依據(jù)本工程的施工進(jìn)度及雨季的分布時(shí)段，確定施工期預(yù)測(cè)時(shí)間為2個(gè)月，自然恢復(fù)期為5a。各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)間劃分見(jiàn)表3。

表3 各單元工程預(yù)測(cè)時(shí)段劃分

2.3.3 土壤侵蝕模數(shù)

①預(yù)測(cè)方法。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施方案、地形圖，經(jīng)了解工程施工對(duì)地表、植被的擾動(dòng)情況，廢棄物的組成、結(jié)構(gòu)及其堆放位置和形式，對(duì)工程施工造成的新增侵蝕量采取數(shù)學(xué)模型與有關(guān)水保部門(mén)提供的觀(guān)測(cè)資料分析相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)各年新增的侵蝕量，求得項(xiàng)目施工期和自然恢復(fù)期的侵蝕總量。對(duì)項(xiàng)目區(qū)建設(shè)過(guò)程中一次性擾動(dòng)的地表，在植被未恢復(fù)前，計(jì)算新增侵蝕量，植被覆蓋后，不再進(jìn)行計(jì)算施工過(guò)程中造成的新增水土流失量。土壤流失量預(yù)測(cè)采用數(shù)學(xué)模型法。

1）原生地表土壤侵蝕量按以下預(yù)測(cè)模型計(jì)算：

上式中：WS0為原生地面土壤侵蝕量，t；i為預(yù)測(cè)單元，1，2，3，……，n-1，n；F0i為不同土地利用類(lèi)型面積，km2；M0i為不同預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)背景值，t/km2.a；T0i為預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

2）擾動(dòng)地表土壤侵蝕量按以下預(yù)測(cè)模型計(jì)算：

對(duì)于擾動(dòng)地表，不同的分部分項(xiàng)工程、不同時(shí)段、擾動(dòng)形式和程度不同，其侵蝕模數(shù)亦不相同。因此擾動(dòng)地表土壤侵蝕量，按以下預(yù)測(cè)模型計(jì)算：

式中：WS1為擾動(dòng)地表新增水土流失量，t；i為預(yù)測(cè)單元，1，2，3，……，n-1，n；F1i為第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積，km2；M1i為不同預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2.a；T1i為預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

3）新增土壤侵蝕量按下式計(jì)算：△Ws=Ws1-Ws0

式中：Ws0為原生地面土壤侵蝕量，t；Ws1為擾動(dòng)地面土壤侵蝕量，t；△Ws為新增土壤侵蝕量，t。

②侵蝕模數(shù)的確定。

1）土壤侵蝕模數(shù)背景值。項(xiàng)目區(qū)屬于省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。根據(jù)對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的勘察，項(xiàng)目區(qū)水土流失類(lèi)型以風(fēng)力侵蝕為主，地貌類(lèi)型屬于荒漠戈壁。結(jié)合工程區(qū)地形地貌、地表組成、植被狀況等現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和咨詢(xún)專(zhuān)家，綜合分析確定該區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值為2000t/（km2·a）。

2）擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)的確定。項(xiàng)目區(qū)擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)的確定是按規(guī)范要求由原地貌侵蝕模數(shù)乘以加速侵蝕系數(shù)。本項(xiàng)目區(qū)加速侵蝕系數(shù)是按工程建設(shè)過(guò)程中不同的分項(xiàng)工程對(duì)地表、植被的擾動(dòng)程度不同，確定其加速侵蝕系數(shù)不同。根據(jù)黃委會(huì)天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站、甘肅省水土保持科學(xué)研究所、天水市水土保持工作總站等單位的研究資料，結(jié)合本項(xiàng)目占地特點(diǎn)、擾動(dòng)特點(diǎn)等，綜合分析確定該地區(qū)擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)一般為原地表土壤侵蝕模數(shù)的3～7倍。各預(yù)測(cè)單元侵蝕模數(shù)見(jiàn)表4。

表4 本工程侵蝕模數(shù)取值 （單位：t/km2.a）

2.3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)各預(yù)測(cè)單元施工期、自然恢復(fù)期各擾動(dòng)面的侵蝕模數(shù)，采用預(yù)測(cè)模型公式，計(jì)算擾動(dòng)地表土壤侵蝕量（表5）。

表5 水土流失量預(yù)測(cè)計(jì)算表

2.4 水土流失危害分析

①在工程建設(shè)活動(dòng)過(guò)程中，將對(duì)地表及植被造成擾動(dòng)、損壞，使原土壤失去抗蝕作用，在受到降雨、大風(fēng)時(shí)極易發(fā)生水土流失。②工程施工現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行土方開(kāi)挖、回填、轉(zhuǎn)運(yùn)、裝運(yùn)時(shí)，除施工機(jī)械本身產(chǎn)生的廢氣和煙塵外，還會(huì)產(chǎn)生少量的粉塵污染。③地表持續(xù)被剝蝕，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到破壞，恢復(fù)較困難，該區(qū)域環(huán)境抗逆能力持續(xù)降低。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

本工程建設(shè)期預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐譃橹黧w工程區(qū)和施工營(yíng)地區(qū)兩大分區(qū)，預(yù)測(cè)時(shí)段為62個(gè)月，其中施工期2個(gè)月（含施工準(zhǔn)備期），自然恢復(fù)期60個(gè)月。

本工程擾動(dòng)地表面積為0.219hm2，損壞水保設(shè)施面積為0.219hm2。經(jīng)分析預(yù)測(cè)，本項(xiàng)目背景流失量為20.34t，預(yù)測(cè)流失量為28.53t，新增水土流失量為8.19t。其中施工期可能造成水土流失量3.06t，占總流失量的10.7%；自然恢復(fù)期可能造成水土流失量25.48t，占總流失量的89.3%，分析可知，水土流失主要集中在自然恢復(fù)期，自然恢復(fù)期是防治水土流失的重點(diǎn)時(shí)段。

從整個(gè)項(xiàng)目來(lái)看，預(yù)測(cè)單元中主體工程區(qū)、施工營(yíng)地區(qū)新增水土流失量分別為5.76t，2.43t，分別占整個(gè)項(xiàng)目區(qū)新增水土流失量的70.3%，29.7%。因此，主體工程區(qū)是防治水土流失的重點(diǎn)區(qū)域。

3.2 建議

通過(guò)水土流失預(yù)測(cè)分析，對(duì)本項(xiàng)目水土流失的防治提出以下指導(dǎo)建議：①根據(jù)侵蝕預(yù)測(cè)結(jié)果，道路工程區(qū)和建筑工程區(qū)是產(chǎn)生水土流失的主要部位。因此，控制道路工程區(qū)和建筑工程區(qū)的水土流失為本方案水土流失防治的重點(diǎn)。②大風(fēng)季節(jié)施工應(yīng)采取臨時(shí)灑水、臨時(shí)苫蓋措施。③根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，項(xiàng)目建設(shè)期是新增水土流失較嚴(yán)重的時(shí)期，建議在施工過(guò)程中優(yōu)化主體工程施工進(jìn)度安排，有效縮短產(chǎn)生水土流失時(shí)段。④根據(jù)水土流失危害分析與評(píng)價(jià)，建設(shè)單位應(yīng)參照水土保持方案執(zhí)行。