片區改造項目水土流失預測探討

李龍香

(深圳市深水水務咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

羅湖“二線插花地”棚戶區改造項目(木棉嶺片區) (以下簡稱“木棉嶺片區改造項目”)規劃用地面積25.44hm2，主要包括還遷住宅、保障性住房、學校、門診部、公用設施、道路、景觀綠化、邊坡治理等建設內容。根據主體設計資料，因施工擾動地表面積26.16hm2(紅線內未擾動地表面積0.26hm2、紅線外擾動地表面積0.98hm2)，工程總挖方489.90萬m3，總填方17.98萬m3，借方2.28萬m3，棄方474.20萬m3。項目土石方工程量較大，主體設計單位應通過豎向設計優化，盡量減少工程棄方量。該項目基坑、路基、管線等土石方開挖過程中將不可避免地產生大范圍的裸露地表，引發水土流失。如果在施工期間不采取動態臨時防治措施，對新增裸露地面不及時進行防護，必將造成嚴重的水土流失。為此，必須在調查工程實施對項目區及周邊區域水土保持設施破壞程度的基礎上，進行工程建設可能造成的新增水土流失量預測，并結合主體工程設計中具有水土保持功能的工程進行分析論證，補充提出防治對策及具體的水土保持措施。

2 水土流失預測

2.1 預測時段

該項目水土保持方案編制時結合《開發建設項目水土保持技術規范》(GB50433-2008)及相關規范，將水土流失預測時段分成施工準備期、施工期及自然恢復期等。木棉嶺片區改造項目施工期從2017年12月開始，至2022年6月結束，歷時55個月，施工過程中對地表擾動強度較大，且必然會破壞原地表結構，引發原生地面土壤抗侵蝕能力退化。遭遇暴雨的情況下，必將造成嚴重的水土流失。而當項目施工結束，進入恢復期(2022年7月-2023年6月)后，林草植被逐漸恢復，所采取的水土保持措施也會逐漸發揮作用，施工期間導致水土流失加劇的各項因素也隨之消失，水土流失將持續減少。

2.2 預測方法及參數的選擇

2.2.1 預測方法

類比預測法主要通過分析和比較開發建設項目毗鄰地區已建成工程的水土流失觀測及研究成果，引用由類比項目研究成果及監測站所取得的類似資料展開對擬建工程水土流失量的預測[1]。為保證預測過程的可比性與結果的精確性，必須確保兩個類比工程屬于同一自然地理區域，并且在植被、土壤、氣候、地質、地貌等方面具備相似性和可比性。大量工程實踐證明，類比預測法簡便易行、省時省力。如果類比工程選擇得當，則預測結果準確性較高。但是由于我國當前定位觀測及動態監測數據較為缺乏，水土保持編制單位一般較難獲得毗鄰地區類似工程項目監測及實驗數據，導致該方法在應用過程中存在一定難度。

木棉嶺片區改造項目水土流失量通常由地表擾動流失量和棄渣流失量兩部分構成，即：

W=W1+W2

(1)

式中：W為水土流失量，t；W1為地表擾動流失量，t；W2為棄渣流失量，t。

其中，地表擾動流失量主要根據加速侵蝕系數予以計算，公式如下：

W1=∑(F×M×A×T)

(2)

式中：F為原地貌侵蝕模數，t/km2·a；M為地表擾動面積，km2；A為加速侵蝕系數，若A>1，地表擾動流失量主要取決于地表開挖、擾動及破壞程度；T為預測時段，a。值得注意的是，地表擾動流失量應分項目區，并根據具體施工時間測算，不同測算期間加速侵蝕系數A的取值必須>1。

棄渣流失量則通過流棄比法測算，即：

W2=∑(V×R×B)

(3)

式中：V為棄渣堆積體體積，m3；R為棄渣堆積體密度，t/m3；B為流棄比，為不采取任何水土保持措施的情況下，棄渣體自然流失直到達到自然穩定時的棄渣流失總量與棄渣體總量之比。當B≤1時，流棄比主要受地理位置、地形地貌、水文氣象、棄渣體級配、形態等因素的影響；當缺乏實測及實驗資料時，主要通過類比法確定。棄渣流失量也應分不同的棄渣場情況，按照實際棄渣來源、年堆渣量和施工具體情況進行測算。在棄渣場流棄比確定的基礎上，主要根據年棄渣量進行其流失量測算，當然也可以根據棄渣體接近穩定狀態的年限，將流棄比向流失年限內合理分配。根據分配情況和流失年限逐年計算棄渣流失量。

2.2.2 參數取值的選擇

1)加速侵蝕系數A。根據《開發建設項目水土保持技術規范》(GB50433-2008)及木棉嶺片區改造項目水土保持初步設計報告，項目區現狀水土流失類型主要表現為水力侵蝕，待表面土體開挖裸露后，受侵蝕程度大大增加，侵蝕模數可達到原地表侵蝕模數值的15～55倍[2]。參照毗鄰地區某工程開發項目資料，并對毗鄰地區不同地表侵蝕模數展開分析，最終確定出的木棉嶺片區改造項目施工期加速侵蝕系數取原地表侵蝕模數(500t/km2·a)的16～60倍。

2)棄渣體流棄比B。結合毗鄰地區某酒廠技改項目初步設計階段水土流失預測時段、建設期棄土棄渣量以及項目實施區域水文地質、地形地貌、土體類型、植被覆蓋率、降水量及平均氣溫等因素，很容易被水流沖刷。根據類比法所確定出的木棉嶺片區改造項目棄渣體流棄比具體見表1。

表1 項目棄渣體流棄比

該項目的建筑垃圾全部交由專業公司綜合利用，棄方則運至建設單位承諾的合法受納場，不計算棄土棄渣運出項目區后的水土流失量。該項目棄土及時外運，不設置棄土、棄渣場，故不涉及棄渣流棄比。

2.3 預測結果

2.3.1 水土流失量背景值預測

在綜合考慮建設項目實際占地范圍內水土流失情況的基礎上展開背景值預測，為進行工程項目實施所引發水土流失影響程度的分析，必須使背景值預測時段和項目水土流失預測時段保持一致。木棉嶺片區改造項目水土流失預測時段分為施工期和自然恢復期，背景值測算結果為185.65t，具體見表2。

表2 水土流失背景值預測

2.3.2 施工期水土流失量預測

木棉嶺片區改造項目主體工程施工歷時55個月。經計算，施工期水土流失總量為12619.54t，具體見表3。

表3 施工期水土流失量預測

2.3.3 自然恢復期水土流失量預測

經計算，該項目區工程施工結束后的自然恢復期內水土流失總量為60.40t，具體見表4。

表4 自然恢復期水土流失量預測

綜上所述，木棉嶺片區改造項目主體工程施工期間及自然恢復期內水土流失總量為12679.94t，其中：根據公式所計算得項目區水土流失背景值185.65t，施工期和自然恢復期水土流失量分別為12619.54t和60.40t，因施工造成新增水土流失量為整個項目建設期直到植被恢復時的水土流失總量與水土流失背景值之差，為12494.29t。具體見表5。

表5 水土流失量預測總表

該項目所在區域降雨較為集中且雨量大，土壤質地較為黏重，地表水滲透力不強，在地表徑流過于集中時工程項目的實施很容易造成表土大面積剝落。經實地考察，該工程施工期間水土流失類型主要表現為濺蝕、面蝕、溝蝕等水力侵蝕，還會改變原土壤結構及地面物質構成，使土壤抗侵蝕能力大大降低[3]。此外，遭遇暴雨洪水時，挾帶泥沙的匯水沖入排水箱涵及管網，引發周邊市政排水管網淤積、堵塞。

3 結 論

綜上所述，水土流失預測是工程建設項目水土保持工作的起點，主要通過對水土流失影響程度的測算和分析，為建設項目水土流失防治分區、防治措施布置、水土保持監測等工作提供客觀依據；水土流失預測應分為定性預測和定量預測兩個階段，考慮到木棉嶺片區改造項目水土歷史觀測資料經過初設階段充分積累后已經趨于完善，故其水土流失量預測應采用定性預測和定量預測相結合的做法，通過類比法得到較為準確和可信的項目區水土流失預測結果。