項目施工期土壤流失量和背景流失量預測

費長清

(沈陽利鑫土木工程有限責任公司，沈陽 110179)

1 概 述

項目位于大連市金普新區擁政街道九里村，該項建設主要是由建筑、綠化、道路硬化以及配套工程組成[1-4]，項目建設14棟住宅(1-14)、1座公建(15)、1個幼兒園(16)和1個地下車庫(17)及配套設施等，總建筑面積131947m2。主要采用樁基礎、獨立基礎。

規劃綠地率35.10%，綠地面積1.96hm2。建筑物周邊、道路兩側及景觀小品周邊等布設綠化，采用喬、灌木相結合的形式，主要栽植適宜環境、成活率較高的植株。主體尚未考慮綠化樹種，補充設計栽植喬木281株、灌木900株、地被7500m2、綠籬6000m2、草坪5000m2。道路及硬化面積為2.48hm2。主要道路寬為4.0m，道路長約1197m，環通式布置，道路占地面積約為0.48hm2。其余硬化面積約2.00hm2，其中主體設計消防場地9處；地上車位642個，尺寸2.40m×5.30m；布設磚鋪面積992m2。道路采用6cm瀝青混凝土路面+24cm水泥穩定碎石基層構成。

2 水土流失現狀

根據大連市土壤侵蝕遙感普查可知，大連市、金普新區、擁政街道土壤侵蝕強度分布見表1。

表1 大連市及金普新區、擁政街道侵蝕強度分布表 km2

由表1可知，大連市土地面積13632.78km2，水土流失面積為3598.19km2，占大連市總面積的26.39%；大連市金普新區土地面積1732.89km2，水土流失面積為414.37km2，占金普新區總面積的23.91%；擁政街道土地面積18.99km2，侵蝕面積占總面積占擁政街道總面積的43.97。

3 水土流失影響因素分析

在自然條件中，水土流失易受項目建設區的地形和地貌影響。項目建設區地形起伏較大，地貌單元屬于剝蝕低丘陵，后經人工開挖回填，地面標高52.79m-69.25m，最大相對高差16.46m，坡度4°。在施工過程中，構筑物基礎開挖及回填，溝槽開挖、填筑，溝槽開挖土的臨時堆放以及施工設施、水、風、電、信系統建設等，將原地貌改變或完全破壞，大面積松散土壤、邊坡將完全暴露在外，容易導致水土流失。在該項目建設中，由于基礎和溝槽的開挖、回填、土方臨時堆放、臨建設施和施工人員機械的活動等。

3.1 預測范圍及預測單元

根據實際施工安排和實際對地表擾動情況，預測單元劃分為6個單元，設置各單元占地面積見表2。

表2 水土流失預測單元

3.2 預測時段

施工準備期主要是施工前期準備工作，有一定的水土流失在這個階段, 還要考慮到新的土壤侵蝕的持續性和有效水土保持植物措施的滯后性[5]，土壤侵蝕也不同程度存在自然恢復期。

3.2.1 施工期

基坑開挖及建筑施工，開挖回填破壞原有地貌，施工過程中開挖與填方之間的時間和空間差距，裸露或廢棄的土地，容易受到土壤侵蝕，該階段水土流失類型復雜、分布面廣，施工期各分區地面覆蓋情況將發生變化，且變化時間不一，因此需按照各分區具體施工進度確定侵蝕時間。

建筑物工程區在基坑開挖時開始被擾動，待基礎、底板工程完工后視為硬覆蓋，無侵蝕。由此建筑物工程區侵蝕時間為2021年9月-2022年6月。

1)車庫區：前期為裸露地面，從2021年9月裸地開始進行基坑開挖，受到施工擾動產生流失，直至2022年6月底板施工完畢，然后此區域視為硬覆蓋，后2023年3月地下車庫上方覆土后才有流失，直至2023年6月綠化工程施工結束，該區地面栽植綠植。故車庫區2021年9月-2022年6月和2023年3月-2023年6月。

2)非車庫區：前期為裸露地面，受到施工擾動產生流失，直至2023年6月綠化工程施工結束，該區地面栽植綠植。故非車庫區的侵蝕時間為2021年9月-2023年6月。

3.2.2 道路及硬化工程區

車庫區：前期為裸露地面，從2021年9月裸地開始進行基坑開挖，受到施工擾動產生流失，直至2022年6月底板施工完畢，然后此區域視為硬覆蓋，后2023年3月地下車庫上方覆土后才有流失，直至2023年5月道路及硬化工程施工結束，該區地面硬化。故車庫區的侵蝕時間為2021年9月-2022年6月和2023年3月-2023年5月。

非車庫區：前期為裸露地面，受到施工擾動產生流失，直至2023年5月道路及硬化工程施工結束，該區地面硬化。故非車庫區的侵蝕時間為2021年9月-2023年5月。

3.2.3 施工臨時占地區

施工時為硬化地面，幾乎無流失，不預測。至2023年12月拆除后交付其他施工單位進行道路施工。

3.3 自然恢復期

在施工結束后, 主要建筑區域的大部分地面被建筑物占據[6]，經過工程措施和植物綠化措施，裸地基本恢復植被，綠化工程區的自然恢復期時段確定為2年。根據工程特點，建設期水土流失侵蝕時間詳見表3。

3.4 預測方法

土壤流失量預測采用下式計算：

(1)

式中：W為土壤流失量，t；J為預測時段，j=1 ，2；I-預測單元，i=1 ，2 ，3 ，…，n-1，n；Fji為預測單元的面積，km2；Mji為預測單元的土壤侵蝕模數，t/km2·a；Tji為第j預測時段對應的第i預測單元的預測時段，a。

表3 土壤流失預測時段表

3.5 土壤侵蝕模數

3.5.1 原地貌水土流失背景值

根據現場調查，并根據區域雨量、風速特征、地形、土地組成、土地利用和植被生長等情況，項目建設區背景值確定為1800t/km2·a。

3.5.2 擾動后土壤侵蝕模數確定

項目建設區屬于水力作用下的土壤流失，施工期間項目建設區中的施工開挖區域屬于地表翻擾型的一般擾動地表。具體分類劃分詳見表4。

表4 施工期各區水土流失類型劃分表

地表翻擾型一般擾動地表計算單元土壤流失量測算公式：

Myd=RKydLySyBETA

(2)

式中：Myd為單元土壤流失量(表面擾動類型 一般擾動表面)，t；R為降雨侵蝕因子，MJ·mm/(hm2·h)；Ky-為土壤可蝕性因子，t·hm2/(hm2·MJ·mm)；Ly為坡長因子；Sy為坡度因子；B為植被覆蓋因子；E為工程措施因子；T為耕作措施因子；A為計算單元的水平投影面積。

Kyd=NK

(3)

式中：N為地表擾動后土壤可蝕性因子增加系數；K為土壤侵蝕因子，t·hm2/(hm2·MJ·mm)。

參數的計算步驟及計算公式為：

1)坡長因子公式如下：

Ly=(λ/20)m

(4)

λ=λxcosθ

(5)

式中：λ為單元水平投影長度，m，θ為計算單元坡度，°，取值范圍為0°- 90°；m為坡長指數；λX為計算單元斜坡長度，m。

2)坡度因子公式如下：

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)]

(6)

當坡度θ≤35°時，按實際值計算，當坡度θ>35°時，按35°計算。 當當坡度θ為 0°時，Sy 取 0；e為自然對數的底，可取2.72。

計算結果見表5。

表5 地表翻擾型一般擾動地表土壤侵蝕模數計算表

3.5.3 自然恢復期土壤侵蝕模數

工程施工結束后，施工臨時占地區、建筑物工程區和道路及硬化工程區為硬覆蓋或建筑，無侵蝕，不預測。綠化工程區的綠化區松散裸露地表逐步趨于穩定，第一年和第二年侵蝕模數分別為2400和1800/km2a，已經達到背景值，不再新增流失量。

3.6 預測結果

3.6.1 施工期土壤流失量預測

水土流失的總量在施工期間為334t，水土流失增加157t。詳見表6。

表6 施工期土壤流失預測表

經預測，自然恢復期土壤流失總量為82t，水土流失增量為46t。詳見表7。

表7 自然恢復期土壤流失預測表

3.7 水土流失預測匯總

通過預測，工程背景流失量為213t，預測流失量為416t，新增流失量為203t。詳見表8。

表8 水土流失預測分析匯總表

經分析可知，施工期道路及硬化工程區新增流失量最大；自然恢復期綠化工程區新增流失量最大。施工期為關鍵防治階段。

4 結 語

在預測年限內，背景流失量為213t，預測流失量為416t，新增流失量為203t。在工程施工中，水土流失防治重點階段為道路及硬化工程區，由以上預測可知，在施工期階段水土流失量比自然恢復階段的水土流失量大，因而施工期是整個施工階段的關鍵時期。