管道建設項目水土流失預測及防治措施布設實例研究

陳強 廣州穗水工程咨詢有限公司

在眾多生產建設項目中，管道工程建設對推動國民經濟持續發展具有重要戰略意義，但管道工程的施工對周圍的地貌環境、土壤結構以及生態景觀方面均造成很大影響,如果在施工前未進行科學嚴謹的防護措施設計就很容易引起嚴重的水土流失現象,造成水土流失危害，這對生態環境建設及工程施工運營是極為不利的。因此,加強水土流失預測，有的放矢的布設水土流失防治措施，控制水土流失，減輕水土流失對環境及項目自身的影響。

1.管道工程水土流失的特點

與普通“點”型、“線”型生產建設項目不同，管道工程“點”、“線”相結合，線路長、跨越多，周邊地貌、植被類型差異大。具體水土流失特點如下：

第一：管道溝槽開挖時，開挖土方一般放置在溝道兩側或一側，施工占地受限，堆土較高、陡，無防護措施，遇降雨，松散堆積土方極易發生水土流失。

第二：管道工程線路長，堆土成條狀分布，管道沿線的土壤類型、地貌條件不同，土壤流失模數具有多樣性。土壤抗蝕性較差，易發生嚴重的水土流失。

第三：管道工程順坡布設時，徑流易進入管道溝槽，沖刷溝槽，存在水土流失隱患。管道橫坡布設時，堆土、溝槽攔截原有的排水渠道，堆土坡面堆置，易滑溜，擴大擾動范圍。

第四：管道穿越江河大開挖時，通常會在河流兩岸或溝道內堆放土方，如遇上游來水，易產生嚴重的水土流失，影響原有河道水系的排洪功能。

第五：管溝管槽、站場閥室等施工會破壞周邊植被，若山區立地條件差，植被受到破壞后，恢復困難。

2.土壤流失量計算方程

由于管道工程自身特殊性，其存在不同的預測時段及單元，并且也存在不同的防治區域，在土壤流失量計算中，選擇的是新增土壤流失量計算方法，對未實施防護下的水土流失情況進行計算。如公式（1）所示：

如公式（1）所示，i表示實際預測區域的編號，可以是除0之外的任意自然數，j表示預測單元的編號，可以是除0之外的任意自然數，k表示實際的預測時段，與i、j不同，施工準備時段用1表示，施工時段用2表示，自然恢復時段用3表示，Mijk表示土壤的侵蝕模數，單位為t/（km2?a），Aij表示預測區域i中j單元的實際面積，單位為km2，Tijk表示實際預測時段，單位為a。如公式（2）所示，擾動地表新增土壤流失量：

公式（2）中，ΔMijk表示的是土壤發生擾動后，新增土壤的侵蝕模數，單位為t/（km2?a），公式（3）中，Mij0表示土壤發生擾動前，土壤侵蝕背景值，單位為t/（km2?a），與ΔMijk單位一致。

3.實例與分析

某一工程管道敷設長25.1千米。在工程中存在473個標志樁，1座站場以及閥室2 座，穿越情況較為復雜，穿越省道2次，長為129米，穿越鐵路及高速公路4次，長為240米，穿越其他公路、鄉道等25次，長為655米，穿越中型河流1次，長為386米，還包括5處臨時堆管場，共新建道路長度為7.20千米。總的征地面積為30.12公頃，包括臨時占地與永久占地兩種模式，面積分別為28.76公頃以及1.36公頃；填方量為24.04萬立方米，挖方量為20.76萬立方米，共44.80萬立方米，工程剝離表土3.74萬立方米，后期全部回填，需要3.28萬立方米的借方；工期為1年。

表1 預測時段表

表2 擾動地表后土壤侵蝕模數表

3.1 預測范圍及時段

工程預測范圍為水土流失防治責任范圍，主要分為五個預測單元，第一，站場閥室；第二，施工道路；第三，管道穿跨越區；第四，管道作業帶；第五，臨時堆管區。施工期預測面積為水土流失面積，共30.12公頃，自然恢復期預測面積需扣除建構筑物、硬化地表及水域面積。預測時段分為二個時段，分別為施工期（含施工準備期）、自然恢復期。自然恢復期按施工結束后2.0計算，各施工期預測時段按照最不利的情況進行預測，各期預測時段如表1所示。

3.2 確定土壤侵蝕背景值

將工程區域土壤侵蝕遙感資料作為主要依據，同時與項目相關自然條件相結合，如植被、地形地貌等，通過現場實際調查、踏勘及咨詢，確定土壤侵蝕背景值。

3.3 確定擾動后土壤侵蝕模數

調查同類工程水土保持監測數據，與采用數學模型的方式，綜合確定擾動后的土壤侵蝕模數。最終確定擾動地表后土壤侵蝕模數詳見表2。

3.4 可能造成的水土流失量

通過比較分析以及類比預測等方式得到相關數據，將數據代入到公式（1）與公式（2）中，得出本項目的土壤流失量，可能產生土壤流失1953噸，其中新增土壤流失量1663噸，場閥室土壤流失量130噸、管道作業帶土壤流失量540噸、管道穿跨越土壤流失量610噸、道路土壤流失量190噸和臨時堆管區土壤流失量193噸。水土流失重點發生的區域為管道穿跨越以及管道作業帶，重點時段為施工期（含施工準備期）。

4.水土流失防治方案

首先，水土流失防治措施體系制定的原則為植物措施與工程措施相結合、永久措施與臨時措施結合。施工過程中，應將覆蓋、排水及攔擋措施作為重點，并及時進行植物防治工作。其次，臨時道路及場地平整施工環節，為控制水土流失，需要設置臨時保護方案；施工前需要將表土剝離，將其進行集中堆置，設置臨時保護方案；同時需結合地勢做好排水沉沙防護措施。最后，從水土流失預測得出，土壤流失量的主要發生時段為施工時段，關鍵區域為管道穿跨越以及管道作業帶。因此，針對這兩個區域應進行重點防治，還要進行重點監測。

5.結論

總之，綜合防治水土流失,維護和改善生態環境,是當前我國生態建設的一項重要而緊迫的任務。水土流失預測是科學開展水土流失防治工作的基礎，管道設計、施工環節及工序布置都會直接影響水土流失的嚴重程度，在實際施工中，應結合工程實際情況，提前做好相關防護措施設計，施工中及時采取相應的防治措施，對水土流失進行有效的控制和治理，使水土資源、林草植被達到最大限度的保護與恢復。本研究可對類似工程水土流失的預測防治提供經驗參考。