寧東基地南湖中水廠建設(shè)工程水土流失預(yù)測(cè)及分析

謝　濤，閆國(guó)忠

(1.寧夏科發(fā)水利水保技術(shù)服務(wù)有限公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏瑞沃水資源工程研究院(有限公司)，寧夏 銀川 750000)

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寧東基地南湖中水廠建設(shè)工程水土流失預(yù)測(cè)及分析

謝濤1，閆國(guó)忠2

(1.寧夏科發(fā)水利水保技術(shù)服務(wù)有限公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏瑞沃水資源工程研究院(有限公司)，寧夏 銀川 750000)

水土流失；土壤侵蝕；擾動(dòng)；預(yù)測(cè)；南湖中水廠；寧東基地

以寧夏寧東基地南湖中水廠建設(shè)工程為例，對(duì)工程施工過(guò)程中造成的水土流失進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，將項(xiàng)目區(qū)劃分為中水廠區(qū)、進(jìn)廠道路區(qū)、泵站區(qū)、廠外管線區(qū)、輸電線路區(qū)、維修便道區(qū)6個(gè)預(yù)測(cè)單元，分別對(duì)各單元可能產(chǎn)生的水土流失量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示：預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)，原地貌水土流失總量為7 880.23 t，可能造成的水土流失總量為17 838.38 t(施工期9 347.77 t、自然恢復(fù)期8 490.61 t)，新增水土流失總量為9 958.15 t；施工期內(nèi)，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)水土流失量約占施工期水土流失預(yù)測(cè)總量的96%，應(yīng)作為施工期的重點(diǎn)防治區(qū)域；自然恢復(fù)期內(nèi)，廠外管線區(qū)水土流失量約占自然恢復(fù)期水土流失預(yù)測(cè)總量的77%，應(yīng)將廠外管線區(qū)作為自然恢復(fù)期的重點(diǎn)防治區(qū)域。

寧東基地是寧夏回族自治區(qū)黨委、政府全面推進(jìn)小康社會(huì)建設(shè)、惠及全區(qū)人民的重大工程，被自治區(qū)確定為舉全區(qū)之力開發(fā)建設(shè)的“一號(hào)工程”[1]，是全區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐點(diǎn)和新的增長(zhǎng)點(diǎn)。由于寧東基地地處自治區(qū)中部干旱草原區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失和潛在的風(fēng)蝕沙漠化嚴(yán)重[2]。因此，基于寧東基地所處地理位置特點(diǎn)和脆弱的生態(tài)環(huán)境，做好該地區(qū)工程建設(shè)水土流失預(yù)測(cè)和水土保持工作具有重要的意義。

新建寧東基地南湖中水廠位于靈武市馬家灘鎮(zhèn)境內(nèi)，在小南湖建設(shè)取水泵站，通過(guò)原水管線輸至中水廠，在中水廠內(nèi)經(jīng)過(guò)臭氧氧化、混凝-沉淀-過(guò)濾等常規(guī)處理及超濾反滲透深度處理達(dá)到電廠回用水的要求后，再通過(guò)泵站和配水管網(wǎng)輸配至各用水單位。建設(shè)規(guī)模為中水廠進(jìn)水5萬(wàn)m3/d，出水3萬(wàn)m3/d。寧東基地內(nèi)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)能力在不斷上升，電廠等高耗水企業(yè)也在陸續(xù)進(jìn)駐，對(duì)生產(chǎn)用水的需求量不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)有供水系統(tǒng)已不能滿足實(shí)際需要。因此，南湖中水廠工程的建設(shè)是緩解寧東基地供水壓力、實(shí)現(xiàn)礦井水綜合利用的迫切需要。為了全面及時(shí)地掌握寧東基地大規(guī)模建設(shè)前后項(xiàng)目區(qū)的水土流失變化情況，以寧東基地南湖中水廠工程為例，對(duì)工程建設(shè)造成的水土流失進(jìn)行預(yù)測(cè)及分析，旨在為寧東基地又好又快、可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的決策服務(wù)。

1　項(xiàng)目區(qū)水土流失基本情況

寧夏寧東基地南湖中水廠屬建設(shè)類項(xiàng)目，依據(jù)《關(guān)于劃分國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的公告》和《寧夏回族自治區(qū)人民政府關(guān)于劃分水土流失重點(diǎn)防治區(qū)和限期退耕陡坡耕地的公告》，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)屬國(guó)家級(jí)重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)——陜甘寧接壤石油天然氣開發(fā)監(jiān)督區(qū)和寧夏回族自治區(qū)水土保持重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)。

根據(jù)寧夏回族自治區(qū)水土保持局調(diào)查的各行政區(qū)水力、風(fēng)力加權(quán)土壤侵蝕模數(shù)及各水系水力、風(fēng)力加權(quán)土壤侵蝕模數(shù)[3]，以及《寧夏回族自治區(qū)第二次土壤侵蝕遙感調(diào)查報(bào)告》(2001年)，靈武市水土流失以風(fēng)力侵蝕為主，兼有水力侵蝕，水土流失總面積4 533 km2，平均土壤侵蝕模數(shù)4 228 t/(km2·a)。根據(jù)地形、地貌和植被情況[4]，項(xiàng)目區(qū)平均水力侵蝕模數(shù)取1 300 t/(km2·a)，風(fēng)力侵蝕模數(shù)取3 000 t/(km2·a)。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，項(xiàng)目區(qū)土壤容許流失量為1 000 t/(km2·a)。

2　工程建設(shè)新增水土流失預(yù)測(cè)

2.1工程施工特點(diǎn)

在廠區(qū)場(chǎng)平過(guò)程中，采用挖掘機(jī)邊開挖丘陵緩坡山體邊裝入自動(dòng)裝卸汽車運(yùn)至廠區(qū)回填場(chǎng)地并及時(shí)用推土機(jī)推平、壓路機(jī)分層碾壓的方式進(jìn)行施工，開挖和回填場(chǎng)地會(huì)造成地表裸露，在遇降雨、大風(fēng)時(shí)易發(fā)生水土流失。各類建筑物采用挖掘機(jī)或人工開挖基礎(chǔ)，開挖土方臨時(shí)集中堆放在空閑場(chǎng)地上，再進(jìn)行地基處理，基礎(chǔ)處理完成后實(shí)施基礎(chǔ)回填壓實(shí)，剩余堆土被調(diào)配至場(chǎng)內(nèi)道路或進(jìn)廠道路用于路基填筑。道路路基施工采用挖掘機(jī)和人工開挖、推土機(jī)推平、壓路機(jī)壓實(shí)的施工方法，施工工藝按照路基挖填—鋪筑砂碎石墊層—路面澆筑的順序。廠外管線采用機(jī)械開挖管溝，開挖土方堆放在管溝開挖線一側(cè)，管道吊裝完成后，管溝分層回填土方(表土)并進(jìn)行作業(yè)帶掃線。

2.2預(yù)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件、主體工程情況、影響水土流失的因素，確定寧東基地南湖中水廠工程水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容為：擾動(dòng)土地、損壞原地貌和植被面積；棄土、棄石、棄渣量；損壞水土保持設(shè)施情況；新增水土流失量；可能造成的水土流失危害。按照不同的分部分項(xiàng)工程占地，將項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐譃橹兴畯S區(qū)、進(jìn)場(chǎng)道路區(qū)、泵站工程區(qū)、廠外管線區(qū)、輸電線路區(qū)和維修便道區(qū)6個(gè)預(yù)測(cè)單元，預(yù)測(cè)總時(shí)段為60個(gè)月。

2.3擾動(dòng)土地、損壞原地貌和植被面積及擾動(dòng)地表新增土壤流失量預(yù)測(cè)

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，擾動(dòng)原地貌可能造成的水土流失量分施工期、自然恢復(fù)期分別進(jìn)行預(yù)測(cè)。本工程建設(shè)運(yùn)行擾動(dòng)原地貌、損壞土地及植被總面積41.49 hm2，擾動(dòng)地表新增土壤流失量采用參考文獻(xiàn)[5]中的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.4土壤侵蝕模數(shù)選取

侵蝕模數(shù)與地面破壞程度、土壤顆粒組成和當(dāng)?shù)氐钠鹕筹L(fēng)速、降雨強(qiáng)度等有關(guān)。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院蘭州沙漠研究所研究成果，在干旱草原風(fēng)蝕區(qū)，原生地貌擾動(dòng)后風(fēng)蝕模數(shù)將成倍增加，一般增加3～5倍。根據(jù)工程所處區(qū)域風(fēng)力強(qiáng)度、大風(fēng)天數(shù)、裸露地沙粒組成狀況，以及寧夏水利科學(xué)研究院在西氣東輸工程中所設(shè)紅寺堡開發(fā)區(qū)王府臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，采用類比分析法確定本項(xiàng)目施工期風(fēng)力侵蝕模數(shù)按擾動(dòng)前平均值的4倍計(jì)算，植被恢復(fù)期風(fēng)蝕模數(shù)按擾動(dòng)前的2倍計(jì)算，即施工期風(fēng)蝕模數(shù)為12 000 t/(km2·a)，植被恢復(fù)期風(fēng)蝕模數(shù)為6 000 t/(km2·a)。

綜合中國(guó)科學(xué)院/水利部水土保持研究所、西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站及寧夏水利科學(xué)研究院等有關(guān)科研院所的相關(guān)試驗(yàn)分析及典型調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)原生地貌經(jīng)擾動(dòng)后，水力侵蝕模數(shù)增加1～3倍。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形、地貌、降雨量、土壤類型等影響因素和預(yù)測(cè)項(xiàng)目工程擾動(dòng)情況，確定本項(xiàng)目施工期水力侵蝕模數(shù)按擾動(dòng)前平均值的3倍計(jì)算，植被恢復(fù)期水蝕模數(shù)按擾動(dòng)前的1.5倍計(jì)算，即施工期水蝕模數(shù)為3 900 t/(km2·a)，植被恢復(fù)期水蝕模數(shù)為1 950 t/(km2·a)。

2.5水土流失總量預(yù)測(cè)

根據(jù)工程防治責(zé)任范圍面積和原地貌侵蝕模數(shù)背景值，在預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)計(jì)算出原地貌土壤流失量為7 880.23 t，見表1。

表1　原地貌水土流失量

根據(jù)施工時(shí)間、施工期擾動(dòng)原地貌面積和土壤侵蝕模數(shù)，計(jì)算出施工期水土流失量為9 347.77 t；根據(jù)自然恢復(fù)期時(shí)間，土地?cái)_動(dòng)面積和土壤侵蝕模數(shù)取值，計(jì)算出自然恢復(fù)期的水土流失量為8 490.6 t，詳見表2。由以上計(jì)算結(jié)果可知，在預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)，本工程原地貌水土流失總量為7 880.23 t，可能造成的水土流失總量為17 838.38 t，新增水土流失量為9 958.14 t。

3　水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果分析及建議

3.1結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)，確定施工期是水土流失重點(diǎn)防治階段，廠外管線區(qū)為自然恢復(fù)期重點(diǎn)防治區(qū)域，工程建設(shè)期間擾動(dòng)地表面積為41.49 hm2，損壞水土保持設(shè)施面積41.49 hm2。可能造成的水土流失量為17 838.38 t，其中新增的水土流失量為9 958.15 t。

(1)不同預(yù)測(cè)時(shí)段水土流失量分析。本工程在未采取任何水土保持措施的前提下，水土流失總量為17 838.38 t，比背景值增加了9 958.15 t，其中施工期9 347.77 t，自然恢復(fù)期8 490.61 t。施工期水土流失量大于自然恢復(fù)期水土流失量，因此應(yīng)重點(diǎn)對(duì)施工期水土流失進(jìn)行防治。

(2)施工期不同項(xiàng)目分區(qū)水土流失量分析。施工期所造成的水土流失總量為9 347.77 t，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)水土流失量約占施工期水土流失預(yù)測(cè)總量的96%。因此，應(yīng)將廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)作為施工期的重點(diǎn)防治區(qū)域。

(3)自然恢復(fù)期不同預(yù)測(cè)單元水土流失量分析。自然恢復(fù)期水土流失量為8 490.61 t，廠外管線區(qū)占自然恢復(fù)期水土流失總量的77%。因此，應(yīng)將廠外管線區(qū)作為自然恢復(fù)期的重點(diǎn)防治區(qū)域。

表2　 施工期及自然恢復(fù)期水土流失量

3.2建議

(1)施工進(jìn)度安排。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，施工期是新增水土流失較嚴(yán)重的時(shí)期，若在施工期不及時(shí)布設(shè)植物措施，在不利氣象條件下，存在施工跡地水土資源流失可能，故建議在施工中優(yōu)化主體工程施工進(jìn)度安排，有效縮短可能產(chǎn)生水土流失的時(shí)段。無(wú)法避開雨季的施工區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)水土流失的預(yù)防[6-7]。

(2)防治措施。因項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中新增水土流失較嚴(yán)重，故在施工過(guò)程中要加強(qiáng)臨時(shí)防護(hù)措施布設(shè)，及時(shí)調(diào)配土石方，嚴(yán)禁亂堆亂棄；同時(shí)，主體工程中具有水土保持功能的措施應(yīng)該與主體工程同步施工或提前施工，最大可能地控制工程性水土流失現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際情況，盡量在場(chǎng)地平整期間實(shí)行先攔擋后開挖，盡量減少工程建設(shè)期間的水土流失。

(3)水土保持監(jiān)測(cè)。工程施工期是水土保持監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)應(yīng)作為重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查監(jiān)測(cè)。

綜上所述，無(wú)論在工程建設(shè)中，還是生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，都應(yīng)加強(qiáng)水土流失的防治工作，以便有效地控制因項(xiàng)目建設(shè)而引起的水土流失，將項(xiàng)目建設(shè)對(duì)區(qū)域產(chǎn)生的負(fù)面影響降到最低程度，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和環(huán)境的和諧發(fā)展。

[1] 張立.寧夏一號(hào)工程：寧東能源化工基地[R]. 經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào),2009(18): 42-43.

[2] 楊蓉，米文寶，陳麗.寧夏水土流失的成因分析與防治措施的探討[J].水土保持研究，2004，11(3): 293-295.

[3] 何寶銀，田成龍.寧夏土壤侵蝕現(xiàn)狀及其特征[J].中國(guó)水土保持，2000(8):28-30.

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[5] Anton Vrieling. Satellite remotesensing for water erosion assessment: a review[J]. Catena，2006,65(1):2-18.

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(責(zé)任編輯孫占鋒)

2015-04-05

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1000-0941(2016)04-0030-03

謝濤(1987—)，男，寧夏銀川市人，碩士研究生，主要從事水土保持研究工作。