基于現場觀測的深圳市典型生產建設項目水土保持措施效果分析

張志華，聶文婷，許文盛，張文杰，汪 倩

(長江水利委員會 長江科學院，湖北 武漢 430010)

深圳屬南方紅壤丘陵區，土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，局部地區存在少量崩崗、滑坡、滑塌等重力侵蝕，人為生產建設活動是造成水土流失的主要成因。嚴重的水土流失狀況從20世紀90年代初期開始逐漸顯現，當時深圳經濟特區初步建立，社會經濟高速發展。由于缺乏監管，大規模開發建設和無序管理造成大面積水土流失，水土資源一度遭到嚴重破壞。水土流失面積由1980年的3.5 km2增加到1995年的184.99 km2，約占全市土地面積的9%，其中因開發建設造成的水土流失達80%。

關于水土保持措施效果的研究，國內外已取得了較多成果。ZHANG et al.[1]結合豐富的歷史資料以及現場試驗和調查，對生產建設項目水土流失特點、水土保持措施適應性進行了概述，并結合國內水土流失特點分析了人類活動對水土流失的影響以及水土流失對當地居民的危害。OSMAN et al.[2]基于埃塞爾比亞的降雨與侵蝕，對水土保持措施、傳統水土保持技術介入的原因、背景以及傳統水土保持措施的實施框架和成果等進行了詳細的闡述，并對某些部門在水土保持工作中扮演的角色進行了分析，對以往水土保持措施的限制、現狀以及未來的趨勢進行了討論。

城市作為人類活動高度聚集、地表強烈擾動的典型區，在基礎設施加快建設過程中，隨著其承載負荷的不斷提高，土地利用情況也發生了巨大變化，城市下墊面不透水面積急劇增加，天然狀態下的水文循環過程發生改變，水土流失問題日益嚴峻[3]。國內學者結合深圳市水土流失問題，對深圳市生產建設項目水土保持效益[4-5]及監督管理工作[6-7]進行了研究。然而目前對于深圳市典型生產建設項目的水土流失特點、相關水土保持措施效果的分析研究較少。基于此，筆者對深圳市道路工程、管線工程以及河道整治工程等典型生產建設項目進行了長期現場觀測，對施工現場不同降雨條件以及水土保持措施下的降雨匯水進行取樣并進行室內處理，對不同臨時水土保持措施的水土保持效果進行了分析，研究成果可為深圳市水土保持監管提供技術支撐，也可為其他城市水土保持工作提供有益的借鑒。

1 典型生產建設項目確定及觀測

1.1 典型生產建設項目確定

選擇典型項目的原則為：①項目范圍全面性。統籌考慮在建工程項目的分布，兼顧深圳市東西各片區。②項目類別代表性。為對比項目建設不同時期各措施水土保持效果的差異，在選擇項目時，應充分考慮工程建設初期、建設中期和完工期等3個階段。③現場易于觀測性。由于后續現場觀測基本上要在選取項目的現場實施，因此應充分考慮各項目現場易于開展現場水土流失觀測。④措施類型典型性。由于不同項目的施工方在水土保持意識方面可能存在差異，導致現場落實水土保持措施的差異，為便于后續觀測和分析，應充分考慮各類項目水土保持措施實施的典型性。

基于上述選點原則，筆者及團隊多次赴深圳對典型項目進行了現場勘查與調研，確定了深圳市在建道路工程、管線工程以及河道整治工程中的多個典型生產建設項目。其中，道路工程包括35號市政路(光明城站—鳳興路)，東部過境2標段、4標段，外環高速4標段、5標段以及6標段等工程；管線工程包括華電坪山分布式能源項目天然氣高壓管道工程；河道整治工程包括坪山河流域湯坑水綜合整治工程以及茅洲河流域樓村水綜合整治工程。

1.2 現場觀測及取樣

2018—2020年，研究團隊針對已確定的深圳市典型道路、管線以及河道整治工程等生產建設項目進行了長達2年的現場觀測，通過在降雨期間采集排水溝、沉沙池或匯流小區內的水樣，進行泥沙含量分析，研究施工現場不同水土保持措施的水土保持效果。

現場取樣原則及步驟：①取樣前對取樣瓶進行編號；②根據現場實際情況，填寫現場取樣記錄表；③取樣前用取樣點處水流涮洗取樣瓶2～3次；④取樣時記錄取樣時間，可利用秒表進行記錄；⑤根據現場實際情況，利用流速儀測量水流流速；⑥因深圳降雨大部分屬于短時強降雨，根據實際情況每隔5～10 min取樣一次，每個監測取樣點至少重復取樣3次；⑦做好現場情況記錄、拍照工作；⑧利用雨量筒，記錄現場降雨情況；⑨每次取樣后記錄好每個采樣點對應的采樣瓶編號，以便后期數據整理。

通過現場勘查及觀測發現，城市類生產建設項目水土保持措施主要包括苫蓋、排水溝、攔擋、沉沙池等臨時措施以及植物措施，其中河道整治工程水土保持措施以臨時苫蓋、石籠網以及植物措施為主。

2 各水土保持措施效果分析

在進行現場取樣時發現，經過一定時間的雨淋日曬，邊坡上的苫蓋、排水溝和沉沙池等措施會有一定的損毀。隨著時間的推移，邊坡上的植被覆蓋度在逐漸增加。因此，在進行取樣前，需要對現場的臨時水土措施情況進行評估，為后續不同水土保持措施狀態下的泥沙含量分析奠定基礎。

2.1 苫蓋覆蓋率

經過近2年的現場觀測，對降雨期間深圳市道路工程中的35號市政路(光明城站—鳳興路)，東部過境2標段、4標段，外環高速4標段、5標段以及6標段采用苫蓋措施的邊坡坡腳處匯水進行現場取樣，并對取得的水樣進行室內分析，通過靜置、過濾以及烘干，得到邊坡不同苫蓋率下的泥沙含量(圖1)。

如圖1所示，邊坡坡腳處匯水的泥沙含量隨著邊坡苫蓋率的增大而逐漸減小。當苫蓋率分別為10%和50%時，泥沙含量較裸露邊坡分別降低了11.46%和67.92%。從圖中可以得出，在苫蓋率低于70%時，泥沙含量與邊坡苫蓋率呈線性分布，趨勢線與橫坐標軸交叉點處的苫蓋率為63%。由此可初步推斷，當邊坡苫蓋率達到63%以上，邊坡在降雨期間的水土流失較輕，泥沙含量較裸露邊坡降低了90%以上，水土保持臨時苫蓋措施效果良好。

圖1 不同苫蓋覆蓋率下坡腳處匯水的泥沙含量

2.2 沉沙池級數

根據施工進度，生產建設項目布設有不同級數的沉沙池進行泥沙沉淀。通過對不同級數沉沙池出口處的匯水取樣，發現不同級數的沉沙池對泥沙沉淀效果不同，其中不同級數沉沙池出口處的泥沙含量如圖2所示。

從圖2可以看出，不同降雨量下隨著沉沙池級數的增加，出口處的泥沙含量逐漸減小。隨著降雨量的增大，沉沙池內的水流泥沙含量在逐漸增大。當匯水水流經過3級沉沙池后，出口處的泥沙含量較入口處降低了10.08%。當水流分別經過6級和9級沉沙池后，出口處的泥沙含量較入口處分別降低了40.34%和71.99%。

圖2 不同沉沙池級數下的泥沙含量

2.3 植被覆蓋率

河道整治工程生產建設項目水土保持措施以臨時苫蓋、石籠網以及植物措施為主。通過在降雨期間對河道兩側邊坡植物長勢及不同覆蓋度下坡面匯水泥沙含量進行研究，分析植物措施水土保持效果(圖3)。

如圖3所示，隨著邊坡植被覆蓋度的增大，坡腳處的匯流水流泥沙含量逐漸減小。當植被覆蓋度小于60%時，其泥沙含量與邊坡植被覆蓋度成線性關系，且趨勢線與橫坐標交叉點處的植被覆蓋度為55%。由此可推斷，當植被覆蓋度達到55%以上，邊坡在降雨期間的水土流失較小，泥沙含量較裸土邊坡條件下降低了97%以上，植物措施水土保持效果良好。

圖3 不同植被覆蓋度下的坡腳水流泥沙含量

與苫蓋措施下的水土保持效果相比，植被覆蓋度值要相對較小(苫蓋率為63%)，因此植物削減水土流失的能力更強，這與植物葉子、根系在水土保持中的作用有重要關系。在工程施工過程中，邊坡水土流失受植被的影響較大，尤其隨著時間的增長，植被生長良好，邊坡植被覆蓋度在逐漸增大，水土保持效果也逐漸增強。

2.4 邊坡坡度

樓村水綜合治理工程項目區位于茅洲河流域的下游，分河道左右兩側相繼施工，河道兩側邊坡坡度不同，其中河道右側(河道下方)邊坡坡度48°，植物措施已落實；河道左側(河道上方)邊坡坡度44°，進場時該邊坡正在落實植物措施，河道兩側坡腳采用石籠護坡攔擋。對不同降雨量條件下邊坡不同位置處的匯水泥沙含量進行分析的結果表明(表1)，當邊坡裸露(如降雨量21.9 mm，坡度48°)時，坡腳處的匯水泥沙含量比坡頂處要高，表明裸露邊坡在強降雨條件下發生了水土流失，泥沙匯聚于坡腳，泥沙含量較大。通過對比分析不同坡度的坡腳處泥沙含量可知，較大坡度的坡面其坡腳處泥沙含量值較大，植物措施水土保持效果較差。例如當降雨量為34.6 mm時，在相同植被覆蓋度條件下，坡度48°的邊坡坡腳泥沙含量比坡度44°的坡腳泥沙含量增大了66.67%。

表1 河道兩側邊坡不同位置處的匯水泥沙含量

2.5 降雨量

湯坑水綜合整治工程位于坪山流域采石場至湯坑水河口處，復興路以下河段位于建成區，兩岸房屋較為密集；復興路以上河段，兩岸為菜地或山坡，場地較為開闊。進場時該觀測區域內的河道兩側邊坡臨時措施分上下兩部分布設，其中靠近河道的邊坡下半部分已落實植物措施，植被覆蓋度較低；靠近坡頂的上半部分布設了臨時苫蓋措施，右側苫蓋率90%以上，左側苫蓋遭到破壞，苫蓋率50%左右。觀測結果見表2。

表2 不同降雨量條件下河道邊坡坡腳處的泥沙含量

從表2可以看出，不同降雨量條件下邊坡水土流失狀況不同。當降雨量為181.1 mm和13.4 mm時，河道邊坡上半部分(坡度48°)由于苫蓋損壞、植被覆蓋度低等，導致坡腳處的泥沙含量比坡頂處要高，表明即使該邊坡的臨時水土保持措施已落實，當落實不到位，臨時措施未能發揮其作用時，仍有一定的水土流失；而河道邊坡下半部分(坡度46°)由于苫蓋率高，水土保持效果良好，該結論與上文中的2.1章節得出的結論保持一致。當降雨量為19.4 mm和82.8 mm時，河道兩側邊坡坡頂處的苫蓋早已被植被覆蓋，長勢良好，邊坡植被覆蓋度達到了99%，坡腳處的泥沙含量基本為0，表明當邊坡植被覆蓋度較高時，能夠更好地防止水土流失。

3 結 語

本研究對深圳市道路工程、管線工程以及河道整治工程等典型生產建設項目進行了長期現場觀測，對不同降雨條件以及水土保持措施下施工現場邊坡坡腳處的降雨匯水進行取樣并進行室內處理，對不同苫蓋率、沉沙池級數、植被覆蓋度、邊坡坡度以及降雨量條件下的水土保持措施效果分別進行了分析。當苫蓋率分別為10%和50%時，泥沙含量較裸露坡面相比分別降低了11.46%和67.92%；當苫蓋率為70%時，泥沙含量降低了97.55%。單一水土保持臨時措施條件下，當邊坡苫蓋率達到63%以上，邊坡在降雨期間的水土流失較輕，臨時苫蓋水土保持措施效果良好。當植被覆蓋度達到55%以上，邊坡在降雨期間的水土流失較輕，植物措施水土保持效果良好。與水土保持臨時苫蓋措施相比，植物措施削減水土流失的能力更強。由于兩者均存在一定的缺點，因此苫蓋與植物措施搭配實施，水土保持效果及環境綠化效果會更好。在不同降雨量條件下，隨著沉沙池級數的增大，各級出口處的泥沙含量總體逐漸減小。當匯水水流分別經過3級、6級、9級沉沙池后，出口處的泥沙含量較入口處分別降低了10.08%、40.34%和71.99%。然而，不同生產建設項目水土流失特點不同，需要落實的水土保持措施體系也不同，結合單一措施下的水土保持效果，如何針對項目工程現場實際情況對目前的措施體系進行合理優化，最大程度發揮措施的水土保持效益，還需在后續工作中進一步深入分析與研究。