河道整治工程水土保持方案中棄土處置及水土流失預(yù)測(cè)

朱曉瑩，宋 爽，陳竽舟

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州310032；2.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州310002）

河道對(duì)于營(yíng)造城市及其周邊地區(qū)良好的生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要，在城市生態(tài)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及拓展城市發(fā)展空間方面具有不可替代的作用.它與人類活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步之間的關(guān)系，也日趨緊密［1］.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高強(qiáng)度的城市開(kāi)發(fā)活動(dòng)對(duì)城市河流生態(tài)環(huán)境造成很大影響，也在一定程度上影響了河道周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.為了改善城市河道環(huán)境質(zhì)量，發(fā)揮城市河道的生態(tài)功能，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)展了大量河道整治的實(shí)踐［2］.河道整治工程是對(duì)河道采用深挖、拓寬、清淤等形式，從而達(dá)到行洪、通航、引水、排澇、擴(kuò)大蓄水容量、改善生態(tài)環(huán)境等目的.根據(jù)工程的特點(diǎn)，在施工過(guò)程中不可避免的將開(kāi)挖大量土方，在不能尋找到較為理想的土方利用途徑時(shí)，將產(chǎn)生較大的棄土，通常少部分為水上土方，大部分為疏浚淤泥.疏浚淤泥的特點(diǎn)是黏土顆粒含量多，含水量高，強(qiáng)度非常低.它一般均呈軟塑狀，甚至流塑狀，車輛搬運(yùn)非常困難［3］.因此在河道整治工程中棄土處置是水土保持方案編制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何合理選擇棄土棄置地點(diǎn)、如何對(duì)棄土的水土流失預(yù)測(cè)進(jìn)行分析是方案編制的重點(diǎn)及難點(diǎn).以太嘉河工程水土保持方案為例，對(duì)河道整治工程棄土處理及水土流失預(yù)測(cè)進(jìn)行分析，以有效避免不合理的開(kāi)發(fā)和建設(shè)導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞.

1 工程概況

太嘉河工程是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》和《浙江省太湖流域水環(huán)境綜合治理實(shí)施方案》推薦的提高水環(huán)境容量引排通道與河網(wǎng)綜合治理工程之一，同時(shí)也是《太湖流域防洪規(guī)劃》和《杭嘉湖地區(qū)防洪規(guī)劃》推薦的流域治理骨干工程之一.工程位于太湖南部的浙江省湖州市的吳興區(qū)、南潯區(qū)、德清縣.工程主要由幻溇港整治工程、湯溇港整治工程組成（幻溇港、湯溇港均為流域內(nèi)重要的北入太湖骨干河道），占地面積共計(jì)528.80hm2，主要建設(shè)內(nèi)容為河道整治53.69km（幻溇拓浚44.21km，湯溇拓浚9.48km），新建、改建和拆除橋梁45座，新建涵閘9座.

工程開(kāi)挖方共計(jì)695.66萬(wàn) m3，填筑方共計(jì)314.42萬(wàn) m3，借方28.97萬(wàn) m3（其中土方3.07萬(wàn)m3），工程共產(chǎn)生棄渣410.21萬(wàn)m3（其中水上土方39.60萬(wàn) m3、疏浚淤泥 361.63萬(wàn) m3，泥漿鉆渣13.87萬(wàn) m3，建筑垃圾0.67萬(wàn)m3，石方4.44萬(wàn)m3）.

根據(jù)資源綜合利用、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的原則，工程的棄方首先應(yīng)考慮進(jìn)行綜合利用，這樣不僅可以減少棄方的處理處置費(fèi)用，而且用于其他工程建設(shè)可以節(jié)省投資.同樣，借方中除石方來(lái)源為商購(gòu)?fù)?，土方首先?yīng)考慮從其他工程建設(shè)中調(diào)用，這樣可減少臨時(shí)占地，避免取料帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境破壞.

根據(jù)水土保持方案編制項(xiàng)目組實(shí)踐調(diào)查分析，工程產(chǎn)生的棄渣中鉆渣泥漿可就近在沉降池內(nèi)固結(jié)后就地填埋；建筑垃圾、石方可被當(dāng)?shù)鼐用襁\(yùn)走用于填高低洼地、平整宅基地或者其它村鎮(zhèn)建設(shè).剩余的棄土共計(jì)401.23萬(wàn)m3，其中水上土方39.60萬(wàn)m3、疏浚淤泥361.63萬(wàn)m3，暫時(shí)無(wú)法落實(shí)利用去向，需選擇合適的棄土場(chǎng)地進(jìn)行堆置防護(hù)，以避免亂堆亂棄造成水土流失危害.外借土方考慮到單價(jià)和運(yùn)費(fèi)等因素，需設(shè)置土料場(chǎng)自取.

2 棄土處置分析

棄土中大多為河道開(kāi)挖的疏浚淤泥，基本上為淤泥質(zhì)土，因其淤積土層含水量高，孔隙比大、靈敏度高、流塑，有較大的流動(dòng)性.根據(jù)浙江省杭嘉湖地區(qū)河道疏浚的經(jīng)驗(yàn)，棄土場(chǎng)主要方法有兩種形式：1）利用養(yǎng)殖塘、低洼地、斷頭河，先在棄土區(qū)域四周筑圍堰，然后利用吸泥船、排泥管等施工機(jī)械將淤泥（泥漿）輸送至圍堰內(nèi)進(jìn)行干化，在適當(dāng)位置設(shè)置排水口.淤泥（泥漿）排滿干化后，進(jìn)行整地（表面不需要覆蓋耕植土），恢復(fù)田間溝渠.半年或一年后即可進(jìn)行耕種；2）選擇項(xiàng)目區(qū)附近大面積的農(nóng)田作為棄土場(chǎng)，經(jīng)有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)后，在四周筑圍堰，再利用施工機(jī)械將淤泥（泥漿）輸送至圍堰內(nèi)進(jìn)行干化，在適當(dāng)位置設(shè)置排水口.淤泥（泥漿）排滿干化后，進(jìn)行整地，恢復(fù)田間溝渠.半年或一年后即可進(jìn)行耕種.

工程區(qū)河網(wǎng)密布，占地類型以耕地為主，其間布置有大量的魚(yú)塘、蝦塘等養(yǎng)殖塘，棄土處置常用的方法是將水上土方利用汽車運(yùn)輸、疏浚淤泥利用管道運(yùn)輸至預(yù)定堆場(chǎng)中堆置，堆場(chǎng)需占用耕地、養(yǎng)殖塘等范圍.同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)工程除需棄置大量土方外，還需設(shè)置土料場(chǎng)取土.根據(jù)當(dāng)?shù)赝恋乩妙愋?，取土?chǎng)一般選擇項(xiàng)目區(qū)附近的農(nóng)田，取土后形成的取土坑作為養(yǎng)殖塘進(jìn)行漁業(yè)生產(chǎn).工程同時(shí)需取土和棄土，均需占用大量農(nóng)田，因此在水土保持方案編制過(guò)程中從多個(gè)角度考慮，遵循盡量少占農(nóng)田、減少施工產(chǎn)生的影響的原則下，急需考慮如何結(jié)合取土做好工程棄土.

首先，需考慮棄土棄置的可能性.為了解工程區(qū)河網(wǎng)底質(zhì)及現(xiàn)狀土壤情況，方案編制過(guò)程中對(duì)工程區(qū)岸上的土壤情況和河網(wǎng)底質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè).底質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)照GB 4284—1984《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)照GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，2.

表1 土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)Table 1 Evaluations of soil monitoring results mg／kg

表2 底質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)Table 2 Evaluations of river sediments monitoring results mg／kg

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：工程區(qū)岸上的土壤全部指標(biāo)均符合要求，河網(wǎng)底質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足酸性土壤上施用的標(biāo)準(zhǔn)限值，工程所在區(qū)域的河道底質(zhì)中污染物含量能夠滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)用污染物控制要求.因此，工程施工產(chǎn)生的棄土，可堆置在魚(yú)塘或農(nóng)田上，不會(huì)影響土壤質(zhì)量.對(duì)于工程取土要求，若單獨(dú)設(shè)置取土場(chǎng)，會(huì)增加工程臨時(shí)占地面積，并增加取土后的防護(hù)費(fèi)用.根據(jù)工程實(shí)際情況，綜合考慮各類取土、棄渣方式，工程可采用取土場(chǎng)結(jié)合棄土場(chǎng)的方式.需要取土的線路在擬棄置場(chǎng)地處取土，形成取土坑后，再將棄渣棄于取土坑內(nèi)，可減少取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)單獨(dú)占地面積，有效地保持了耕地資源；若無(wú)取土要求的路線，棄土場(chǎng)可結(jié)合養(yǎng)殖塘、低洼地和農(nóng)田等設(shè)置，棄土區(qū)域四周筑圍堰圍護(hù)，見(jiàn)圖1.

圖1 取棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)圖Fig.1 Designed of spoil and borrow areas

采用上述取棄土場(chǎng)的設(shè)置方式后，圍堰防護(hù)可以有效防止疏浚淤泥流失.根據(jù)同類工程的經(jīng)驗(yàn)，淤泥約一年左右即可干化，棄土干化后可作為農(nóng)田和綠化用土，實(shí)現(xiàn)資源最終綜合利用.

3 水土流失預(yù)測(cè)

在水土保持方案編制過(guò)程中，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)各部分產(chǎn)生的水土流失量是非常重要的.根據(jù)水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)于水土流失嚴(yán)重的區(qū)域，采取標(biāo)準(zhǔn)高的水土保持措施進(jìn)行防治，才能達(dá)到預(yù)期效果，因此水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果不但決定著水土保持防治措施的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，還關(guān)系到水土保持措施的投資大小，所以探索適用、精確度高的水土流失預(yù)測(cè)方法，對(duì)水土保持方案編制是非常重要的［4］.

水土流失預(yù)測(cè)的范圍為整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)，根據(jù)不同的建設(shè)項(xiàng)目類型，預(yù)測(cè)的單元類型有很多種，例如建構(gòu)筑物、泵站、河道、道路、堤防、棄土場(chǎng)、料場(chǎng)區(qū)、臨時(shí)堆場(chǎng)等等.水土流失預(yù)測(cè)是河道整治工程水土保持方案中的重要內(nèi)容之一，也是方案編制中較難解決的問(wèn)題之一，水土流失的預(yù)測(cè)結(jié)果直接影響項(xiàng)目本身的評(píng)價(jià)和防治體系的布局［5］.目前，浙江省的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)基本采用類比法.類比法是通過(guò)對(duì)類比工程的調(diào)查或監(jiān)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)工程情況，對(duì)類比工程水土流失數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后，人為預(yù)測(cè)水土流失強(qiáng)度或范圍，估算出各項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的水土流失量［6］.通常采用的土壤流失量計(jì)算式為

式中：W為擾動(dòng)地表土壤流失量，t；i為預(yù)測(cè)單元，i＝1，2，…，n－1，n；j為預(yù)測(cè)時(shí)段，j＝1，2，3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期；Fji為第j時(shí)段第i個(gè)單元的面積，km2；Mji為第j時(shí)段第i個(gè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，t／（km2·a）；Tji為第j時(shí)段第i個(gè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段，a.

由式（1）可以看出：影響水土流失量預(yù)測(cè)的影響因子主要有3項(xiàng)，分別是預(yù)測(cè)地塊的面積、預(yù)測(cè)地塊的侵蝕模數(shù)和預(yù)測(cè)時(shí)段.

根據(jù)太嘉河工程的特點(diǎn)，水土流失預(yù)測(cè)可分為永久占地、施工臨時(shí)占地、表土堆場(chǎng)、回填土堆場(chǎng)、鉆渣泥漿、棄土場(chǎng)等預(yù)測(cè)單元.其中預(yù)測(cè)的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于對(duì)棄土場(chǎng)的預(yù)測(cè).工程棄土共計(jì)401.23萬(wàn)m3，其中水上土方39.60萬(wàn)m3、疏浚淤泥361.63萬(wàn)m3.在水土保持方案中共設(shè)置棄土場(chǎng)18個(gè)，棄土場(chǎng)面積合計(jì)197.73hm2，施工期2.0年.棄土主要成分為疏浚淤泥和水上土方，工程棄土場(chǎng)結(jié)合養(yǎng)殖塘、低洼地和農(nóng)田等設(shè)置，棄土區(qū)域四周筑土圍堰圍護(hù).

太嘉河工程類比工程選擇浙江省麗水市五里亭水利樞紐工程，該工程已進(jìn)行了水土保持監(jiān)測(cè)，積累了一定的實(shí)測(cè)資料，兩工程基本情況比較見(jiàn)表3，根據(jù)《浙江省麗水市五里亭水利樞紐工程水土保持監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告》，類比工程水土保持監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)表4.

表3 工程基本情況比較Table 3 Comparison on basic situation of projects

表4 類比工程水保監(jiān)測(cè)主要成果Table 4 Main results of water conservation monitoring in comparison project

工程土壤侵蝕模數(shù)的確定，是依據(jù)類比工程的實(shí)測(cè)值，通過(guò)太嘉河工程和類比工程的工程情況進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過(guò)降雨量、土壤、地形、措施等主要影響因子的修正（由于本工程降雨量較類比工程較小，降雨參數(shù)取0.77，土壤、地形參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況取0.8～1.0，措施參數(shù)取1.0），最終確定工程土壤侵蝕模數(shù)值.如利用籠統(tǒng)的類比工程棄土場(chǎng)模數(shù)計(jì)算，土壤侵蝕模數(shù)取為55 000t／（km2·a）（降雨參數(shù)取0.77，其他參數(shù)取1.0），由式（1）得，棄土場(chǎng)施工期水土流失量為217 503t.

對(duì)于太嘉河工程棄土場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析：首先，水上土方和疏浚淤泥含水率差別很大，水土流失的形式也明顯不同，水上土方通常是以面蝕的形式流失，而疏浚淤泥堆置過(guò)程中水土流失主要是通過(guò)泥漿水的形式流失.此外，水上土方和圍堰預(yù)測(cè)又有所不同，棄置的水上土方主要是以松散的形式堆置，而圍堰在砌筑過(guò)程中需壓實(shí)，達(dá)到一定的穩(wěn)定性，才能起到攔擋的作用.當(dāng)同類型的兩種土方采用不同形式堆置時(shí)，水土流失預(yù)測(cè)也存在區(qū)別.在同樣環(huán)境下，堆置的水上土方水土流失要明顯大于土圍堰.因此，在棄土場(chǎng)預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)按水上土方、疏浚淤泥、棄土場(chǎng)圍堰三部分計(jì)算.其中水上土方和棄土場(chǎng)圍堰采用式（1）計(jì)算，土壤侵蝕模數(shù)取值根據(jù)工程特點(diǎn)對(duì)類比工程監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使有關(guān)預(yù)測(cè)參數(shù)符合太嘉河工程的建設(shè)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)結(jié)果更有針對(duì)性和準(zhǔn)確性.疏浚淤泥由于含水率高、流動(dòng)性大，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，水力沖挖產(chǎn)生的泥漿水含固率一般在10%～20%（方案中按10%計(jì)算，即退水量約為水下土方的9倍），排泥場(chǎng)中泥漿雖經(jīng)初步泥水分離，但退水中一般仍含有質(zhì)量濃度較高的SS（約5 000mg／L），方案中棄土預(yù)測(cè)認(rèn)為棄土場(chǎng)排水出口的退水中的土方全部流失.綜上，太嘉河工程棄土水土流失預(yù)測(cè)分為水上土方、疏浚淤泥和棄土場(chǎng)圍堰三部分分別計(jì)算后相加.其中水上土方、棄土場(chǎng)圍堰水土流失量，通過(guò)類比工程確定的土壤侵蝕模數(shù)，結(jié)合預(yù)測(cè)面積、預(yù)測(cè)時(shí)段利用式（1）計(jì)算即可；疏浚淤泥水土流失量利用退水量×5 000mg／L計(jì)算即可，太嘉河水土保持方案中土壤侵蝕模數(shù)取值見(jiàn)表5.

表5 土壤侵蝕模數(shù)修正、取值Table 5 Values and modification of soil erosion modulus t／（km2·a）

根據(jù)太嘉河工程水土保持方案，利用上表所述數(shù)值計(jì)算得，棄土場(chǎng)施工期水土流失量為160 763t.可見(jiàn)采用兩種方式計(jì)算結(jié)果相差56 740t，經(jīng)與類似工程監(jiān)測(cè)結(jié)果比較，同時(shí)查勘當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)認(rèn)為：對(duì)于這類棄土場(chǎng)，由于水上土方、疏浚淤泥、土圍堰水土流失的特點(diǎn)及類型不同，如果用式（1）按照整個(gè)棄土場(chǎng)的面積籠統(tǒng)地計(jì)算，不具備科學(xué)性，且不符合工程實(shí)際.采用后者預(yù)測(cè)方式，更具有針對(duì)性，并更切合工程實(shí)際情況.

4 結(jié)束語(yǔ)

太嘉河工程施工過(guò)程中同時(shí)存在取土和棄土問(wèn)題，在水土保持方案編制過(guò)程中巧妙的將取土與棄土結(jié)合在一起，避免取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)重復(fù)占地，有效地保持了土地資源.水土流失預(yù)測(cè)中，在利用現(xiàn)有水土流失資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理細(xì)分水土流失預(yù)測(cè)因子，使類比法得出的水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，并更切合實(shí)際.在河道整治工程水土保持方案編制過(guò)程中，棄土處置方式及水土流失預(yù)測(cè)是一個(gè)普遍會(huì)遇到的問(wèn)題.規(guī)劃棄土方式時(shí)應(yīng)做到因地制宜，根據(jù)不同工程的特點(diǎn)、工程區(qū)土地利用類型的分布情況，準(zhǔn)確分析棄土的合理行、可行性和操作性，盡量控制因棄土產(chǎn)生的影響，達(dá)到社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)發(fā)展的目的.此外，河道整治工程棄土的水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果，目前受人為因素影響差別很大，這里以一己之見(jiàn)提出，只是一個(gè)探索的思路和方法，還需要深入的反復(fù)研究及實(shí)踐，驗(yàn)證其客觀性和合理性.

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