干旱區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)研究

劉衛(wèi)國，常浩娟

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院一分院，新疆石河子832000;2.新疆大學(xué)，新疆烏魯木齊830000;3.石河子大學(xué)，新疆石河子832000)

通常把年降水量在250 mm以下的地區(qū)稱為干旱區(qū)。干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重，再加上人們長(zhǎng)期以來違背自然規(guī)律的不合理活動(dòng)如濫墾、亂建等，加速了區(qū)域水土流失和環(huán)境的惡化。嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致耕地減少，影響水資源的有效利用，加劇洪澇災(zāi)害等，造成區(qū)域經(jīng)濟(jì)落后、生態(tài)環(huán)境惡化，并制約著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。由于干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱，所以在該區(qū)域從事開發(fā)建設(shè)活動(dòng)的同時(shí)，必須做好水土保持工作，保護(hù)好區(qū)域生態(tài)環(huán)境。開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失常以“點(diǎn)狀”或“線形”、單一或綜合的形式出現(xiàn)，具有水土流失量大、集中、突發(fā)性強(qiáng)、危害大等特點(diǎn)[1]。筆者試以典型內(nèi)陸干旱區(qū)新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失預(yù)測(cè)為例，探討干旱區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失預(yù)測(cè)方法。

1 項(xiàng)目區(qū)和項(xiàng)目概況

項(xiàng)目區(qū)氣候?qū)儆诘湫偷拇箨懶愿珊禋夂?，四季氣溫懸殊，光照充足，干燥少雨。年平均降水?10.6 mm，多年平均氣溫7.4℃，年均≥10℃積溫3 589.5℃。年均風(fēng)速為1.5 m/s，夏季最大風(fēng)速20.0 m/s，冬季最大風(fēng)速12.0 m/s，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟?，最大凍土深?40 cm。項(xiàng)目區(qū)土壤為灰漠土，具有黑鈣土、棕鈣土與灰棕漠土之間的過渡性質(zhì)。野生植被主要以耐旱性強(qiáng)的旱生小灌木為主，人工栽培的植物有新疆楊、白楊、小葉楊等，農(nóng)作物有小麥、玉米、棉花等。

該機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容有:①機(jī)場(chǎng)工程，包括場(chǎng)內(nèi)的飛行跑道、航站樓及附屬設(shè)施等。②場(chǎng)外防洪工程，在機(jī)場(chǎng)南側(cè)新建防洪工程。③場(chǎng)外電力、通信工程。④場(chǎng)外道路工程。場(chǎng)外交通主要通過修建3.5 km的公路與外界連接。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目永久征地共計(jì)209.15 hm2(機(jī)場(chǎng)和場(chǎng)外防洪工程征占地共計(jì)198.65 hm2，場(chǎng)外電力和通信線路征地3.51 hm2，場(chǎng)外道路征地6.99 hm2)，臨時(shí)占地1.73 hm2，共計(jì)210.88 hm2。

本工程于2011年6月開工建設(shè)，2013年8月將基本完工，尾工計(jì)劃于2013年12月完成。工程建設(shè)總工期為3年，計(jì)劃于2014年年初完成竣工驗(yàn)收工作，驗(yàn)收通過后交付使用。工程總投資為5.8億元，其中土建部分投資為1.7億元。

2 預(yù)測(cè)范圍和預(yù)測(cè)時(shí)段

2.1 預(yù)測(cè)范圍

水土流失預(yù)測(cè)范圍即為工程建設(shè)可能造成的水土流失面積，根據(jù)主體工程總體布局及項(xiàng)目特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘與實(shí)地調(diào)查，施工期該項(xiàng)目可能造成的水土流失面積為210.88 hm2。自然恢復(fù)期考慮到扣除主體工程建筑物的占?jí)杭坝不乇淼母采w，則根據(jù)統(tǒng)計(jì)自然恢復(fù)期可能造成的水土流失面積為101.55 hm2。各預(yù)測(cè)單元的面積見表1。

表1 新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)單元及預(yù)測(cè)時(shí)段

2.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

水土流失預(yù)測(cè)從施工準(zhǔn)備期開始，自然恢復(fù)期末結(jié)束，根據(jù)不同時(shí)段水土流失的差異性，將飛機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)的水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段劃分為施工期(含施工準(zhǔn)備期)和自然恢復(fù)期兩個(gè)。各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)段根據(jù)實(shí)際施工時(shí)段確定，并按最不利的情況考慮，凡超過當(dāng)?shù)赜昙鹃L(zhǎng)度的按全年計(jì)算，不超過的按雨季長(zhǎng)度占全年的比例計(jì)算，各預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段取值詳見表1。

3 水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容和方法

3.1 預(yù)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定及擬建工程的特點(diǎn)，確定該工程水土流失預(yù)測(cè)的內(nèi)容主要包括以下5個(gè)方面:①原地貌、土地及植被破壞情況的預(yù)測(cè);②損壞水土保持設(shè)施面積的預(yù)測(cè);③可能產(chǎn)生的棄渣量預(yù)測(cè);④可能造成的水土流失量的預(yù)測(cè);⑤可能造成水土流失危害的預(yù)測(cè)。

3.2 采用類比法進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)分析

預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的取值采用位置相近、地貌相似、擾動(dòng)特點(diǎn)相近、已實(shí)施水土保持監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目作為取值參考。土壤流失量可按下式計(jì)算[2-3]:

新增土壤流失量可按下式計(jì)算:

上三式中:W為擾動(dòng)地表土壤流失量，t;ΔW為擾動(dòng)地表新增土壤流失量，t;i為預(yù)測(cè)單元，i=1，2，3，…，n;k為預(yù)測(cè)時(shí)段，k=1，2，3，分別代表施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期;Fi為第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積，km2;Mik為擾動(dòng)后不同預(yù)測(cè)單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a);ΔMik為不同單元不同時(shí)段新增土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a);Mi0為擾動(dòng)前不同預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a);Tik為預(yù)測(cè)時(shí)段(擾動(dòng)時(shí)段)，a。

(注:①當(dāng)各區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度恢復(fù)到擾動(dòng)前土壤侵蝕模數(shù)值及以下時(shí)，不再計(jì)算;②當(dāng)棄土棄渣外表面積每年變化時(shí)應(yīng)分年計(jì)算和預(yù)測(cè)。)

3.3 預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取值

(1)選擇的類比工程。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘與調(diào)查分析，項(xiàng)目建設(shè)期選擇同區(qū)域某熱電廠(2×125 MW)熱電聯(lián)產(chǎn)工程作為類比工程，類比工程目前已投產(chǎn)運(yùn)行，并在建設(shè)期間開展了水土保持監(jiān)測(cè)工作。飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)的自然條件、水土流失狀況和工程建設(shè)過程中可能造成水土流失的原因、程度和影響與該工程類同。

(2)根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)水土保持規(guī)劃，本項(xiàng)目區(qū)屬輕度風(fēng)蝕、輕度水蝕區(qū)，根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)，結(jié)合全國第二次土壤侵蝕普查結(jié)果以及項(xiàng)目區(qū)所在區(qū)域的地形地貌、土壤植被情況進(jìn)行分析，確定各預(yù)測(cè)單元的土壤流失背景值為1 000～1 600 t/(km2·a)。

(3)擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)。項(xiàng)目施工建設(shè)中，一方面損壞了原有地貌和植被，降低了土壤的抗蝕性;另一方面，由于場(chǎng)地平整時(shí)，破壞了原有地表植被，造成大面積的裸露松土，使土壤侵蝕模數(shù)增加。通過對(duì)類比工程的實(shí)地調(diào)查，收集有關(guān)的水土保持分析資料，結(jié)合對(duì)類比工程兩年的監(jiān)測(cè)，確定新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程擾動(dòng)地貌侵蝕模數(shù)見表2。

表2 新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)分期土壤侵蝕模數(shù) t/(km2·a)

4 水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果

4.1 原地貌、土地及植被損害情況

工程建設(shè)過程中，地面設(shè)施的興建，土石方的開挖、填筑等都不同程度、不同形式地?cái)_動(dòng)了原地貌形態(tài)，損壞了地表土體結(jié)構(gòu)和地面林草植被。根據(jù)對(duì)主體工程可研報(bào)告的分析及現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，結(jié)合施工擾動(dòng)特點(diǎn)，工程建設(shè)中擾動(dòng)原地貌、損壞土地和植被面積合計(jì)為210.88 hm2，具體見表3。

表3 新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)施工原地貌及植被損壞面積分區(qū)統(tǒng)計(jì) hm2

4.2 損壞水土保持設(shè)施的數(shù)量

項(xiàng)目建設(shè)損壞水土保持設(shè)施數(shù)量是指上述工程占地范圍內(nèi)因建設(shè)活動(dòng)造成植被毀壞、占?jí)海r(nóng)田被占用或毀壞，以及其他水土保持設(shè)施的破壞面積或數(shù)量。項(xiàng)目建設(shè)損壞的水土保持設(shè)施數(shù)量通過地形地貌、植被狀況調(diào)查與分析確定。

項(xiàng)目區(qū)沒有已建的專項(xiàng)水土保持設(shè)施，根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水土保持設(shè)施補(bǔ)償費(fèi)、水土流失防治費(fèi)收繳使用管理暫行規(guī)定》，損壞水土保持設(shè)施按照工程建設(shè)擾動(dòng)面積計(jì)算。因此，本工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施面積與擾動(dòng)原地貌、損壞土地面積相同，為210.88 hm2。

4.3 可能產(chǎn)生棄渣量的預(yù)測(cè)

(1)永久棄渣。根據(jù)工程可研報(bào)告及土石方平衡計(jì)算得知，挖方大部分被綜合利用，僅有0.96萬m3的棄方堆放于防洪堤后。

(2)施工期臨時(shí)堆土。通過對(duì)主體工程施工工藝和時(shí)序分析，施工期間的臨時(shí)堆土總量為1.75萬m3，分別堆放于建筑物基坑周邊，建筑物基礎(chǔ)施工結(jié)束后回填基坑。

4.4 可能造成新增水土流失量的預(yù)測(cè)

施工期和自然恢復(fù)期分別對(duì)機(jī)場(chǎng)建設(shè)區(qū)、進(jìn)場(chǎng)道路區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)，根據(jù)土壤侵蝕量的預(yù)測(cè)模式，計(jì)算工程建設(shè)不同區(qū)域、不同時(shí)段的水土流失量，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)

由上表可知，本工程建設(shè)造成的水土流失總量為29 971.79 t，新增水土流失量為21 904.17 t。

5 預(yù)測(cè)結(jié)論及指導(dǎo)性意見

5.1 主要預(yù)測(cè)結(jié)論

通過對(duì)工程進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)可知，該工程建設(shè)對(duì)項(xiàng)目區(qū)水土流失的影響主要是施工過程中對(duì)原地面的擾動(dòng)，在一定程度上改變、破壞了原有地貌及植被，造成土層松散、地表裸露，使土壤失去了原有的固土防風(fēng)能力，從而造成水土流失。通過對(duì)工程建設(shè)中水土流失類型、分布及水土流失量進(jìn)行綜合分析預(yù)測(cè)，主要預(yù)測(cè)結(jié)果見表5。

表5 新疆某飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)新增水土流失量

5.2 指導(dǎo)性意見

(1)防治重點(diǎn)區(qū)域的指導(dǎo)性意見。本項(xiàng)目建設(shè)期水土流失量較大的主要是飛行區(qū)、航站樓及附屬設(shè)施區(qū)。對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為施工過程中基礎(chǔ)開挖和臨時(shí)堆土對(duì)地面擾動(dòng)大，改變和破壞了項(xiàng)目區(qū)原有地貌、植被和土壤結(jié)構(gòu)，在不同程度上對(duì)原有水土保持設(shè)施造成破壞。如不采取有效的水土保持措施進(jìn)行預(yù)防和治理，當(dāng)遇到大風(fēng)及降雨天氣，就會(huì)產(chǎn)生水土流失，影響正常施工和本區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況。

(2)防治措施的指導(dǎo)性意見。工程防治措施應(yīng)從臨時(shí)防護(hù)、減少地面擾動(dòng)等幾個(gè)主要方面入手，并與必要的植物措施相結(jié)合，盡量避免水土流失的發(fā)生。對(duì)施工區(qū)及臨時(shí)堆土場(chǎng)的臨時(shí)堆土應(yīng)以臨時(shí)性攔擋、遮蓋和排水等措施為主進(jìn)行防治。所采取的防治措施應(yīng)結(jié)合主體工程，采取工程措施和臨時(shí)措施相結(jié)合，待施工接近尾聲時(shí)，再進(jìn)行植物措施布設(shè)。當(dāng)主體工程建成投入使用時(shí)，工程措施和植物措施均應(yīng)及時(shí)到位。

(3)施工進(jìn)度安排的指導(dǎo)性意見。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，工程的土建施工期是水土流失較嚴(yán)重的階段。因此，合理安排施工進(jìn)度，可以有效減少水土流失的發(fā)生。臨時(shí)堆土區(qū)和施工區(qū)、施工生活區(qū)堅(jiān)持堆土后立即實(shí)施擋護(hù)、遮蓋等臨時(shí)性防護(hù)措施;線路工程區(qū)應(yīng)堅(jiān)持分段施工、開挖一段防護(hù)一段和非汛期施工的原則，注重防護(hù)措施的時(shí)效性。根據(jù)主體工程的施工進(jìn)度，合理安排水土保持工程和植物措施的施工進(jìn)度，可以在土建施工的同時(shí)實(shí)施植物措施。

(4)水土保持監(jiān)測(cè)工作安排的指導(dǎo)性意見。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，基建期的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)轱w行區(qū)、航站樓及附屬設(shè)施區(qū)，主要內(nèi)容應(yīng)包括臨時(shí)堆土場(chǎng)土體變化情況、風(fēng)蝕和水蝕因子作用下土壤流失量以及植被覆蓋度的觀測(cè)。

6 結(jié)語

干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境在氣候變化的影響下已經(jīng)極端脆弱，人類的開發(fā)建設(shè)行為會(huì)造成大量水土流失，更是加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化，所以搞好干旱區(qū)的水土保持工作對(duì)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。合理預(yù)測(cè)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失，可以有針對(duì)性地提出水土保持措施，利于在開發(fā)建設(shè)的同時(shí)做好環(huán)境保護(hù)工作。

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[3]冷光義，陳萍.類比法在山區(qū)高速公路水土流失預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].公路交通技術(shù)，2010(5):148-151.