開發(fā)建設項目建設期土壤流失量預測方法初探

孫樹國 曾海英 李云濤

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

開發(fā)建設項目建設期土壤流失量預測方法初探

孫樹國 曾海英 李云濤

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

簡述了在開發(fā)項目建設期采用類比法及通用土壤流失方程法預測土壤流失量的基本方法，闡述了土壤流失量預測過程中存在的問題，并結合具體工程實例，采用以上兩種預測方法計算了土壤流失量，為今后土壤流失量預測提供技術參考。

類比法，土壤流失量，預測

0 引言

編制開發(fā)建設項目水土保持方案報告書的重點問題之一是水土流失量的預測，科學地預測開發(fā)建設項目建設、生產(chǎn)過程中造成的人為水土流失，分析評價水土流失對周邊環(huán)境造成的危害，從而為確定水土流失防治重點單元及時段，為水土保持措施布設安排、施工進度安排和水土保持監(jiān)測提供技術依據(jù)。

目前，預測工程項目可能造成土壤流失量的方法主要有類比法、數(shù)學模型法(包括經(jīng)驗公式法)、實驗觀測法、專家評估法和航空照片判讀法等。由于實驗觀測法受模擬實驗條件及經(jīng)費的影響，其應用較少；而專家評估法缺少監(jiān)測數(shù)據(jù)及權威的評估數(shù)據(jù)庫，其預測結果差別較大；航空照片判讀法適用于大范圍的項目，在一般的開發(fā)建設項目中存在局限。在GB 50433-2008開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范中關于水土流失量的預測主要推薦使用類比法進行預測，但由于類比工程的差異使得在土壤流失量預測方面存在一定誤差。因此，本文通過典型的數(shù)學模型法——通用土壤流失方程預測開發(fā)建設項目土壤流失量，對照類比法，對兩種預測方法進行分析探討。

1 類比法預測土壤流失量的基本方法

類比法預測土壤流失量按照以下步驟。

1.1 土壤流失強度預測

1)擾動前(原地貌)土壤侵蝕模數(shù)的確定：確定各個地類的土壤侵蝕模數(shù)以及各個預測單元的地表面積，然后按照加權平均公式進行計算，計算公式如下：

(1)

其中，QS為平均侵蝕模數(shù)；Mi為第i個單元面積；Qi為第i個單元的侵蝕模數(shù)。

2)擾動后土壤侵蝕模數(shù)的確定：選取鄰近的與本工程土壤侵蝕因素和施工工藝等相近、有實測或監(jiān)測資料的類比工程，從地形地貌、氣象特征、植被類型和林草覆蓋率、土壤和擾動地表的物質組成、地面坡長與坡度、土壤侵蝕類型、施工工藝等影響水土流失的主要因子進行可比性分析，根據(jù)影響因素的不同提出合適的修正系數(shù)，對類比工程實測或監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行修正，從而確定本工程擾動土壤侵蝕模數(shù)。

1.2 土壤流失面積預測

土壤流失面積為各預測單元的擾動地表面積和堆積物投影面積。

1.3 土壤流失量預測

根據(jù)上述預測的各單元土壤流失強度、面積和各時段預測時間，按以下公式計算土壤流失量:

(2)

(3)

(4)

其中，E為擾動地表土壤流失量，t；ΔE為擾動地表新增土壤流失量，t；i為預測單元(i=1，2，3，…,n)；k為預測時段，k=1,2，指施工期(含施工準備期)和自然恢復期；Mi為第i個預測單元的面積，km2；Qik為擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年)；ΔQik為不同單元各時段新增土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年)；Qi0為擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年)；Sik為預測時段(擾動時段)，年。

2 通用土壤流失方程預測土壤流失量的基本方法

通用土壤流失方程(USLE)是由維希邁爾(Wischmeirr)在總結40多年的實驗資料的基礎上提出來的，方程綜合考慮了影響土壤流失的各個主要因子，模型形式如下：

E=R×K×LS×C×P

(5)

式中：E——土壤流失量，t/ha； R——降雨侵蝕力因子； K——土壤可蝕性因子； LS——坡長坡度因子； C——植被和作物管理因子； P——水土保持措施因子。

通用土壤流失方程綜合考慮了土壤侵蝕諸多因素的影響，在土壤流失計算上具有科學性，其難點是各個影響因素的確定。

1)降雨侵蝕力因子R。

降雨侵蝕力是指標準條件下降雨對土壤的侵蝕能力，計算公式一般采用Wischier經(jīng)驗公式：

(6)

其中，J為全年降雨量，mm；Ji為各月降雨量，mm。

2)土壤可蝕因子K。

土壤可蝕性是反映土壤抗侵蝕的能力，其大小與土壤類型有關，一般采用以下計算公式：

K=[2.1×10-4S×1.14(12-OM)+
3.25(s-2)+2.5(p-3)]/100

(7)

其中，S為(粉砂+極細沙)的百分比與(100-粘粒的百分比)之積；OM為土壤中有機質的含量；p為滲透性等級；s為結構系數(shù)。

3)坡長坡度因子LS。

LS采用的計算式如下：

LS=(L/22.1)V·(65sin2B+4.56sinB+0.065)

(8)

其中，L為開始發(fā)生徑流的一點到泥沙開始匯集或徑流進入水道點的長度，m；S為徑流長度的平均坡度，(°)；V為模數(shù)，當sinB>0.05時，V=0.5,當0.035≤sinB≤0.05時，V=0.4,當0.01≤sinB<0.035時，V=0.3,當sinB<0.01時，V=0.2。

4)作物管理因子C。

作物管理因子是地表植被覆蓋情況對土壤侵蝕的反映，其影響根據(jù)地表植被覆蓋的不同而不同；其指標一般取0.06～0.6之間。

5)水土保持措施因子P。

該項因子指標是水土保持措施對地表影響的反映，包括地表的植被綠化、地表壓實硬化及排水措施、攔擋措施等情況對土壤侵蝕的影響。水土保持措施因子根據(jù)措施布設情況因地制宜，一般取值在0.5～0.8之間。

3 實例分析

擬建某二級公路全長64.50km，二級公路全部位于河池市某縣域，按山嶺重丘二級公路標準修建，總施工期為18個月，約1.5年。

其基本參數(shù)見表1。

表1 河池市某二級公路基本參數(shù)

1)類比法預測土壤流失量。

類比工程選取附近已建成的某二級公路，確定施工期擾動土壤侵蝕模數(shù)：其中永久占地侵蝕模數(shù)為7 250t/(km2·年)，臨時占地侵蝕模數(shù)為11 200t/(km2·年)；各施工單元擾動結束后，項目即進入自然恢復期(按規(guī)范自然恢復期取2年)，自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)取值為800t/(km2·年)，1 500t/(km2·年)。

根據(jù)式(2)及式(3)計算可得：項目建設期(包括施工期和自然恢復期)可能水土流失總量為10 827t，其中可能新增水土流失量為8 974t。

2)通用土壤流失方程預測土壤流失量。

采用通用土壤流失方程預測土壤流失量其重點在各個參數(shù)的確定，項目區(qū)內的降雨、土壤組成及坡度、坡長等指標采用調查、取樣及查閱有關資料獲取。根據(jù)上述各個參數(shù)的取值方法及式(5)～式(8)可計算得項目區(qū)內的土壤流失量。經(jīng)計算，項目建設期(包括施工期和自然恢復期)可能水土流失總量為10 511t，其中可能新增水土流失量為8 825t。

通過類比法及通用土壤流失方程預測土壤流失量其計算結果存在一定差異，但差異較小，只要選用較為合理的類比工程，其土壤流失量數(shù)據(jù)基本可信。

4 結語

科學的預測開發(fā)建設項目施工過程中造成的土壤流失量是水土保持工作的理論基礎，在全面深入分析基礎上選用合適具體項目的預測方法，一方面對編制水土保持方案報告書起到重要作用，另一方面對后期水土保持監(jiān)測及土壤流失預防起到重要作用。

[1]GB50433-2008，開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范[S].

[2] 曲德雙.類比法預測開發(fā)建設項目水土流失幾個問題的探討[J].黑龍江水利科技，2008(5)：26-27.

[3] 趙永軍.開發(fā)建設項目水土保持方案編制技術[M].北京：中國大地出版社，2007.

[4] 郭索彥，蘇仲仁.開發(fā)建設項目水土保持方案編制指南[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[5] 唐克麗.中國水土保持[M].北京：科學出版社，2004.

[6] 焦居仁.開發(fā)建設項目水土保持[M].北京：中國法制出版社，1998.

The first exploration prediction method on soil erosion of development and construction projects in construction period

SUN Shu-guo ZENG Hai-ying LI Yun-tao

(Guangxi Transportation Research Institute， Nanning 530007, China)

This paper describes the development and construction projects in the construction period by using analogy method and universal soil loss equation method to predict the amount of soil loss, expounds the problems existing in the process of prediction, and using the above two methods for predicting soil loss calculation in the specific project, to provide technical reference on the amount of soil loss prediction for the future.

analogy method, the amount of soil erosion, prediction

1009-6825(2014)36-0254-03

2014-10-14

孫樹國(1980- )，男，碩士，工程師； 曾海英(1982- )，女，工程師； 李云濤(1980- )，男，高級工程師

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