干旱區開發建設項目水土流失預測研究

劉衛國，常浩娟

(1.新疆生產建設兵團勘測規劃設計研究院一分院，新疆石河子832000;2.新疆大學，新疆烏魯木齊830000;3.石河子大學，新疆石河子832000)

通常把年降水量在250 mm以下的地區稱為干旱區。干旱區生態環境脆弱，水土流失嚴重，再加上人們長期以來違背自然規律的不合理活動如濫墾、亂建等，加速了區域水土流失和環境的惡化。嚴重的水土流失導致耕地減少，影響水資源的有效利用，加劇洪澇災害等，造成區域經濟落后、生態環境惡化，并制約著經濟、社會、環境的可持續發展。由于干旱區的生態環境脆弱，所以在該區域從事開發建設活動的同時，必須做好水土保持工作，保護好區域生態環境。開發建設項目水土流失常以“點狀”或“線形”、單一或綜合的形式出現，具有水土流失量大、集中、突發性強、危害大等特點[1]。筆者試以典型內陸干旱區新疆某飛機場建設項目的水土流失預測為例，探討干旱區開發建設項目的水土流失預測方法。

1 項目區和項目概況

項目區氣候屬于典型的大陸性干旱氣候，四季氣溫懸殊，光照充足，干燥少雨。年平均降水量210.6 mm，多年平均氣溫7.4℃，年均≥10℃積溫3 589.5℃。年均風速為1.5 m/s，夏季最大風速20.0 m/s，冬季最大風速12.0 m/s，全年主導風向為南，最大凍土深度140 cm。項目區土壤為灰漠土，具有黑鈣土、棕鈣土與灰棕漠土之間的過渡性質。野生植被主要以耐旱性強的旱生小灌木為主，人工栽培的植物有新疆楊、白楊、小葉楊等，農作物有小麥、玉米、棉花等。

該機場項目的主要建設內容有:①機場工程，包括場內的飛行跑道、航站樓及附屬設施等。②場外防洪工程，在機場南側新建防洪工程。③場外電力、通信工程。④場外道路工程。場外交通主要通過修建3.5 km的公路與外界連接。經統計，本項目永久征地共計209.15 hm2(機場和場外防洪工程征占地共計198.65 hm2，場外電力和通信線路征地3.51 hm2，場外道路征地6.99 hm2)，臨時占地1.73 hm2，共計210.88 hm2。

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

2 預測范圍和預測時段

2.1 預測范圍

水土流失預測范圍即為工程建設可能造成的水土流失面積，根據主體工程總體布局及項目特點，結合現場踏勘與實地調查，施工期該項目可能造成的水土流失面積為210.88 hm2。自然恢復期考慮到扣除主體工程建筑物的占壓及硬化地表的覆蓋，則根據統計自然恢復期可能造成的水土流失面積為101.55 hm2。各預測單元的面積見表1。

表1 新疆某飛機場建設項目區水土流失預測單元及預測時段

2.2 預測時段

水土流失預測從施工準備期開始，自然恢復期末結束，根據不同時段水土流失的差異性，將飛機場項目建設的水土流失預測時段劃分為施工期(含施工準備期)和自然恢復期兩個。各預測單元預測時段根據實際施工時段確定，并按最不利的情況考慮，凡超過當地雨季長度的按全年計算，不超過的按雨季長度占全年的比例計算，各預測單元的預測時段取值詳見表1。

3 水土流失預測內容和方法

3.1 預測內容

根據相關技術規范規定及擬建工程的特點，確定該工程水土流失預測的內容主要包括以下5個方面:①原地貌、土地及植被破壞情況的預測;②損壞水土保持設施面積的預測;③可能產生的棄渣量預測;④可能造成的水土流失量的預測;⑤可能造成水土流失危害的預測。

3.2 采用類比法進行水土流失預測分析

預測數據的取值采用位置相近、地貌相似、擾動特點相近、已實施水土保持監測的項目作為取值參考。土壤流失量可按下式計算[2-3]:

新增土壤流失量可按下式計算:

上三式中:W為擾動地表土壤流失量，t;ΔW為擾動地表新增土壤流失量，t;i為預測單元，i=1，2，3，…，n;k為預測時段，k=1，2，3，分別代表施工準備期、施工期和自然恢復期;Fi為第i個預測單元的面積，km2;Mik為擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數，t/(km2·a);ΔMik為不同單元不同時段新增土壤侵蝕模數，t/(km2·a);Mi0為擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數，t/(km2·a);Tik為預測時段(擾動時段)，a。

(注:①當各區土壤侵蝕強度恢復到擾動前土壤侵蝕模數值及以下時，不再計算;②當棄土棄渣外表面積每年變化時應分年計算和預測。)

3.3 預測基礎數據取值

(1)選擇的類比工程。經現場踏勘與調查分析，項目建設期選擇同區域某熱電廠(2×125 MW)熱電聯產工程作為類比工程，類比工程目前已投產運行，并在建設期間開展了水土保持監測工作。飛機場建設項目區的自然條件、水土流失狀況和工程建設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)根據新疆維吾爾自治區水土保持規劃，本項目區屬輕度風蝕、輕度水蝕區，根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)，結合全國第二次土壤侵蝕普查結果以及項目區所在區域的地形地貌、土壤植被情況進行分析，確定各預測單元的土壤流失背景值為1 000～1 600 t/(km2·a)。

(3)擾動后的土壤侵蝕模數。項目施工建設中，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，由于場地平整時，破壞了原有地表植被，造成大面積的裸露松土，使土壤侵蝕模數增加。通過對類比工程的實地調查，收集有關的水土保持分析資料，結合對類比工程兩年的監測，確定新疆某飛機場建設工程擾動地貌侵蝕模數見表2。

表2 新疆某飛機場建設項目區分期土壤侵蝕模數 t/(km2·a)

4 水土流失預測結果

4.1 原地貌、土地及植被損害情況

工程建設過程中，地面設施的興建，土石方的開挖、填筑等都不同程度、不同形式地擾動了原地貌形態，損壞了地表土體結構和地面林草植被。根據對主體工程可研報告的分析及現場勘察情況，結合施工擾動特點，工程建設中擾動原地貌、損壞土地和植被面積合計為210.88 hm2，具體見表3。

表3 新疆某飛機場建設項目區施工原地貌及植被損壞面積分區統計 hm2

4.2 損壞水土保持設施的數量

項目建設損壞水土保持設施數量是指上述工程占地范圍內因建設活動造成植被毀壞、占壓，農田被占用或毀壞，以及其他水土保持設施的破壞面積或數量。項目建設損壞的水土保持設施數量通過地形地貌、植被狀況調查與分析確定。

項目區沒有已建的專項水土保持設施，根據《新疆維吾爾自治區水土保持設施補償費、水土流失防治費收繳使用管理暫行規定》，損壞水土保持設施按照工程建設擾動面積計算。因此，本工程建設損壞水土保持設施面積與擾動原地貌、損壞土地面積相同，為210.88 hm2。

4.3 可能產生棄渣量的預測

(1)永久棄渣。根據工程可研報告及土石方平衡計算得知，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)施工期臨時堆土。通過對主體工程施工工藝和時序分析，施工期間的臨時堆土總量為1.75萬m3，分別堆放于建筑物基坑周邊，建筑物基礎施工結束后回填基坑。

4.4 可能造成新增水土流失量的預測

施工期和自然恢復期分別對機場建設區、進場道路區和施工生產生活區進行水土流失預測，根據土壤侵蝕量的預測模式，計算工程建設不同區域、不同時段的水土流失量，計算結果見表4。

表4 新疆某飛機場建設項目區水土流失預測

由上表可知，本工程建設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 預測結論及指導性意見

5.1 主要預測結論

通過對工程進行水土流失預測可知，該工程建設對項目區水土流失的影響主要是施工過程中對原地面的擾動，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能力，從而造成水土流失。通過對工程建設中水土流失類型、分布及水土流失量進行綜合分析預測，主要預測結果見表5。

表5 新疆某飛機場建設項目區新增水土流失量

5.2 指導性意見

(1)防治重點區域的指導性意見。本項目建設期水土流失量較大的主要是飛行區、航站樓及附屬設施區。對環境的影響主要表現為施工過程中基礎開挖和臨時堆土對地面擾動大，改變和破壞了項目區原有地貌、植被和土壤結構，在不同程度上對原有水土保持設施造成破壞。如不采取有效的水土保持措施進行預防和治理，當遇到大風及降雨天氣，就會產生水土流失，影響正常施工和本區域生態環境狀況。

(2)防治措施的指導性意見。工程防治措施應從臨時防護、減少地面擾動等幾個主要方面入手，并與必要的植物措施相結合，盡量避免水土流失的發生。對施工區及臨時堆土場的臨時堆土應以臨時性攔擋、遮蓋和排水等措施為主進行防治。所采取的防治措施應結合主體工程，采取工程措施和臨時措施相結合，待施工接近尾聲時，再進行植物措施布設。當主體工程建成投入使用時，工程措施和植物措施均應及時到位。

(3)施工進度安排的指導性意見。根據預測結果，工程的土建施工期是水土流失較嚴重的階段。因此，合理安排施工進度，可以有效減少水土流失的發生。臨時堆土區和施工區、施工生活區堅持堆土后立即實施擋護、遮蓋等臨時性防護措施;線路工程區應堅持分段施工、開挖一段防護一段和非汛期施工的原則，注重防護措施的時效性。根據主體工程的施工進度，合理安排水土保持工程和植物措施的施工進度，可以在土建施工的同時實施植物措施。

(4)水土保持監測工作安排的指導性意見。根據預測結果，基建期的重點監測區域為飛行區、航站樓及附屬設施區，主要內容應包括臨時堆土場土體變化情況、風蝕和水蝕因子作用下土壤流失量以及植被覆蓋度的觀測。

6 結語

干旱區生態環境在氣候變化的影響下已經極端脆弱，人類的開發建設行為會造成大量水土流失，更是加劇了生態環境的惡化，所以搞好干旱區的水土保持工作對環境保護和經濟社會的可持續發展意義重大。合理預測開發建設項目的水土流失，可以有針對性地提出水土保持措施，利于在開發建設的同時做好環境保護工作。

[1]冀秉信，王海衛，高秀娟.論開發建設項目與水土保持[J].山西科技，2002(z1):55.

[2]高旭彪.淺探開發建設項目水土流失預測存在的問題及建議[J].水力發電，2008，34(1):9-10，41.

[3]冷光義，陳萍.類比法在山區高速公路水土流失預測中的應用研究[J].公路交通技術，2010(5):148-151.