定邊民用機場水土流失預測與應對建議

羅紅林

（榆林市水土保持生態工程建設中心，陜西 榆林 719000）

1 概況

定邊民用機場為國內小型民用支線機場，按年旅客吞吐量25 萬人次、年貨郵吞吐量750 t、飛行等級4C 目標設計，兼顧通用航空發展，主要承擔支線航空運輸、通用航空飛行任務。定邊民用機場項目由飛行區、航站區組成。項目位于陜西省榆林市定邊縣十里沙村，機場進場道路由定海二級公路引接。工程建設總工期30 個月，2022 年7 月動工建設，2024年12月竣工投入運行。

2 項目區水土流失情況

2.1 地勢地貌

定邊民用機場位于地勢平緩的風沙灘地，總體地勢南高北低，最大高差約28.0 m。場址區域新月形移動半固定沙丘地貌發育，沙丘高度一般2～6 m，南側尤為發育，沙丘最大高度可達10 m。機場建設區域原地面整體起伏不大，地形開闊，覆蓋有稀疏灌木，機場圍界內、外建設區域地表覆蓋率約為29%。機場用地總面積162.02 hm2。

2.2 水土流失現狀

項目區屬毛烏素沙漠南緣風沙草灘地貌，區內起伏較小，地勢開闊，南高北低，土壤以黃綿土、栗鈣土為主，土壤侵蝕為輕度侵蝕。項目區容許土壤流失量均為1 000 t∕（km2·a）[1]。其中，機場區土壤以風力侵蝕為主，多年平均侵蝕模數為2 150 t∕（km2·a），屬輕度侵蝕區；取土場區土壤以水力侵蝕為主，多年平均侵蝕模數為9 500 t∕（km2·a），屬極強烈侵蝕區。依據《全國水土保持規劃國家級水土流失重點預防區和重點治理區復核劃分成果》和陜西省水土保持規劃（2016—2030 年）[2]，項目區屬黃河多沙粗沙國家級水土流失重點治理區和陜北及大荔沙地重點治理區。

2.3 水土流失特點

在風力和暴雨洪水條件下，風力侵蝕和水力侵蝕交替作用，在時間上不同步，有2個侵蝕高峰期，冬春季以風力侵蝕為主，夏秋季以水力侵蝕為主；水蝕時間集中，受降水因素的影響，主要發生在6—9月，占全年輸沙量的96%，且往往由幾次暴雨形成；人為水土流失嚴重，因基礎設施建設，地表植被及部分水土保持設施受到破壞，新增水土流失現象嚴重。

2.4 項目施工對水土流失的影響

工程建設期間，各項施工活動可能造成的水土流失主要有以下幾方面：①破壞原有水土保持局面。定邊機場施工范圍內各工程在建期間，場地平整等施工活動將改變原來的微地形、地表物質組成及土壤的物理性質，破壞原地面的匯水狀況，誘發新的水土流失。②加劇水土流失。施工中各區域為點狀工程，水土流失呈強度大、歷時短并兼有突發性、季節性的特點，在施工區場地平整、航站樓地下室開挖等施工過程中，不僅占壓擾動地表面積較大，而且相對集中，建設工序較為繁雜，其擾動和破壞原地貌的表現形式多樣，雨水濺蝕和地表徑流沖刷后，水土流失加劇，水力侵蝕由面蝕發展到溝蝕，由此可能產生較大的水土流失。③水土流失時段會延長。在項目實施期，受施工進度計劃變動、資金投入等制約因素影響，總體方案可能發生局部變動，進而影響項目建設周期，為工程的防治措施帶來一定程度的不確定性，故實際的水土流失時段可能會延長。

3 水土流失擾動面積分析

因建設項目各分區新增水土流失因素基本相同，為定量反映各地塊的流失量，需對各地塊進行分區預測。

（1）飛行區。飛行區布置在機場東側，采用平坡式豎向布置，占地面積132.08 hm2，建設內容包括跑道、站坪、防吹坪、導航工程、氣象工程、圍界、巡場道路及其排水工程等。飛行區分別采用鋼筋網和磚圍界與外界隔離，在飛行區兩端、航站樓北側空陸側交界的圍界處設置寬5.2 m雙向開啟大門3處。

（2）航站區。航站區布置在飛行區西側，按功能區劃分為旅客航站區、生產輔助設施區、后勤輔助設施區、公用設施區、供油設施區5 個區，占地面積15.58 hm2。航站區采用平坡式豎向布置，以航站區西南角為土方平整原點，自南向北以4‰降坡，自東向西以4‰降坡，建構筑物占地面積2.12 hm2、建筑密度14.00%，道路及硬化面積3.82 hm2、容積率0.12，綠化面積4.0 hm2、綠化率31.00%。

航站區內部道路采用網狀布置，按城市道路次干路標準設計，主干道車速40 km∕h、寬度30 m，次干道車速30 km∕h、寬度20 m，航站樓前主干道寬度9.0 m，其他場內道路均為7.0 m。航站區設置2個出口，其中1 個出口布置在航站區西北側，為人流、貨流公用；1 個出口在航站區與飛行區之間。依據主體工程設計有關資料，結合實地調查，預測本工程建設將擾動地表195.77 hm2，其中飛行區144.25 hm2、航站區17.77 hm2、取土場33.75 hm2。

表1 水土流失預測面積hm2

4 土壤流失量預測

4.1 預測單元

預測單元按地表物質組成、土地擾動程度、工程規模、施工期長短進行分析確定，本工程水土流失預測項目可分為飛行區、航站區和取土場3個預測單元。根據擾動地表和損壞植被面積分析，結合主體工程可研設計，確定項目施工期水土流失面積195.77 hm2，自然恢復期扣除各建筑物占地面積、地面硬化面積等預測水土流失面積152.91 hm2，詳見表1。

4.2 預測時段

根據主體工程施工進度安排，將該工程的水土流失預測時段分為施工準備期、施工期及自然恢復期[3]。預測時段以年計，根據本工程所在區各月平均降水量分布情況，各單項工程的預測時段均按最不利的情況考慮，凡超過當地雨季長度的按全年計算，不超過的按占雨季長度的比例計算。項目設計建設工期30 個月（含1 個月施工準備期），2022 年7 月開工建設，2024 年12 月竣工投入運行。施工準備期主要包括場地平整及“五通一平”，施工供電、供水建設等。工程建設過程中的水土流失除受自然因素中水文、氣象、土壤、地形地貌、植被等影響外，還受工程各項施工建設活動的影響。水土流失隨各個施工場地和施工進度的變化而變化，表現出時空的動態性。根據項目區自然環境條件，確定項目區自然恢復期的水土流失預測時段為5 a。

4.3 土壤侵蝕模數

4.3.1 原土壤侵蝕模數確定

根據《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007）和陜西省土壤侵蝕模數等值線圖[4]，結合實地調查，項目區容許土壤流失量為1 000 t∕（km2·a）。項目區域為風沙草灘地貌類型，確定原地面土壤多年平均侵蝕模數為2 150 t∕（km2·a），屬輕度侵蝕區。取土場區域屬丘陵溝壑地貌，確定原地面土壤多年平均侵蝕模數為9 500 t∕（km2·a），屬極強烈侵蝕區。

4.3.2 施工期土壤侵蝕模數確定

（1）風沙灘地（機場區）土壤侵蝕模數的確定。項目區以風力侵蝕為主，根據試驗觀測資料并結合項目區實際，確定地面擾動后項目建設區固定沙地、沙丘土輸沙量計算公式為：

堆土區流動沙丘輸沙量計算公式為：

沙質黃土（擾動土）輸沙量計算公式為：

半流動沙地輸沙量計算公式為：

半固定沙地輸沙量計算公式為：

式中：qi為輸沙量[g∕（cm·min）]；v為風速（m∕s），起沙風速取5 m∕s；e0.50625v為沙質黃土系數。

經計算，飛行區、航站區、取土場擾動地貌土壤侵蝕模數詳見表2。

（2）丘陵溝壑土壤侵蝕模數的確定。取土場區域屬丘陵溝壑地貌，施工期土壤侵蝕強度通過類比工程確定，根據工程類型特點和建設引發水土流失類型的成因分析，選取與本工程性質相似、地域相近的定邊縣鄉村公路為類比對象。先后在2 個取土場布置了4 個樣方，對邊坡土壤侵蝕量進行監測。經監測，取土場擾動后施工區土壤侵蝕模數取28 500 t∕（km2·a）。

（3）自然恢復期土壤侵蝕模數的確定。通過對項目區氣候因素對植物生長情況的調查分析發現，在工程建設完工后，部分地段裸露，靠植被自然恢復，要達到原地貌植被的70%以上，才能具有與原地表相同的水土保持功能，植被自然恢復達70%以上需5 a。根據有關資料分析，自然修復期植被恢復系數第1年、第2年、第3年、第4年、第5年分別為原地貌的15%、30%、45%、60%、70%。 植被蓋度越大，受侵蝕的地面就越小，土壤侵蝕面系數也就越小，而實際土壤侵蝕面與土壤侵蝕模數呈正相關關系，其相關系數為0.99，由此可推算出小區的侵蝕模數和總侵蝕量。自然恢復期土壤侵蝕模數，詳見表2。

4.4 預測結果

土壤流失量采用如下公式計算：

式中：W為土壤流失量（t）；ΔW為新增土壤流失量（t）；Fji為第j時段第i單元的預測面積（km2）；Mji為第j時段第i單元的土壤侵蝕模數[t∕（km2·a）]；Tji為第j時段第i單元的侵蝕時間（a）；ΔMji為第j時段第i單元的新增土壤侵蝕模數[t∕（km2·a）]，只計正值，負值按0計[5]；i為預測單元，i=1，2，3，…，n；j為預測時段，j=1，2，3，指施工準備期、施工期和自然恢復期。

式中相關參數取值，詳見表3。經計算，項目建設可能產生的水土流失總量為90 275 t，新增水土流失量為46 636 t，詳見表3—4。

4.5 棄渣（石、土）量

根據現場調查結合主體工程設計，經測算，項目工程建設挖方總量為97.80 萬m3，回填土方總量為241.50 萬m3；工程建設需外借土方143.70 萬m3（本項目在距離機場南約15 km 處的定邊縣磚井鎮張天渠村設置取土場1 處，借方均來自該取土場），外借方中場地平整回填利用方為137.29萬m3，綠化覆土利用方為6.41萬m3；工程建設無余方，不產生棄方。

5 應對建議

根據預測結果，施工期（含施工準備期）和自然恢復期新增水土流失量分別占新增水土流失總量的55.74%和44.26%，施工期（含施工準備期）為土壤流失產生的重點時段，飛行區和取土場新增水土流失量最大，是重點防治區和監測區。為此，特提出以下建議。

（1）建議在工程竣工后的自然恢復期，對項目區加強水土流失監測。特別是重點防治區，一定要加強施工期堆土區的監管并落實臨時防護措施，適時提前使用植物措施對裸露地表進行防護。

（2）由于項目區地處水土流失嚴重區，每年7—9 月是水土流失多發期，應加強保土排水措施的建設。項目區水土流失的特點是一次性強度大、危害大。 因此，在土壤侵蝕多發期，應有針對性地采取不同的防護措施，重視天氣預報，建立科學的水土保持防治預報系統。

（3）根據預測結果，施工期是水土流失較為嚴重的時期，應合理進行施工組織設計，避免新增場外臨時施工場地，有效減小擾動范圍，縮短施工時間。項目區場地平整盡量避開風季和汛期施工，并加強應急預防措施。植物措施應結合主體工程施工進度進行安排、分期實施。

6 結語

經分析探討和預測，定邊機場建設可能產生水土流失90 275 t，新增水土流失46 636 t，需切實加強監測，夯實水保措施，力求減少項目建設帶來的水土流失，為項目水保方案編制提供了科學依據。