管網(wǎng)工程水土流失預(yù)測(cè)方法及防治措施

樊玲麗，李 盛，華 清

（1.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌，330029；2.江西省水投建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌，330096；3.江西鐵山垅鎢業(yè)有限公司，江西 于都，342300）

0 引言

工程建設(shè)活動(dòng)會(huì)引起嚴(yán)重的水土流失，不僅分布廣泛，而且復(fù)雜。管網(wǎng)工程建設(shè)是影響較大的活動(dòng)之一，其建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，線路的平曲線和縱曲線路鋪設(shè)要求嚴(yán)格，線路鋪設(shè)較長(zhǎng)，與道路建設(shè)項(xiàng)目相似，在建設(shè)過(guò)程中將產(chǎn)生大量的挖方和填方，管網(wǎng)穿過(guò)山區(qū)時(shí)交通不便，土石方調(diào)運(yùn)困難，沿線會(huì)形成大量的拋土。

綠水青山就是金山銀山[1]。近年來(lái)，我國(guó)高度重視環(huán)境保護(hù)，開工建設(shè)項(xiàng)目需要辦理環(huán)境保護(hù)許可證，因此，在管網(wǎng)工程項(xiàng)目建設(shè)中，做好水土保持工作勢(shì)在必行。水土保持首先從減少工程項(xiàng)目水土流失著手，對(duì)可能造成水土流失的區(qū)域進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，從而編寫水土保持方案，提出科學(xué)合理的防治措施。1914年，miller[2]開始建立土壤侵蝕區(qū)域試驗(yàn)，到20世紀(jì)二三十年代，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果了解了多種影響土壤侵蝕的因子。1947年，Browning[3]提出了土壤侵蝕方程，方程主要考慮允許土壤的流失量和土壤的可蝕性因子。2016年，馬進(jìn)[4]等以徐州龍襄高爾夫球場(chǎng)為例，采用新增土壤流失量的預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)了項(xiàng)目產(chǎn)生的水土流失量較大，現(xiàn)場(chǎng)需加強(qiáng)排水，設(shè)置防護(hù)及攔擋減少土地?cái)_動(dòng)范圍。2017年，李慧敏[5]以某鐵路專用線項(xiàng)目為例探討了其水土保持方案，分析了鐵路專用線項(xiàng)目水土流失機(jī)理，對(duì)水土保持方案中的土石方平衡及合理利用、水土流失預(yù)測(cè)及水土保持措施進(jìn)行了研究，建議土方流失量預(yù)測(cè)計(jì)算中考慮土壤的可松性，合理計(jì)算土方量，綜合考慮雨季長(zhǎng)度。2018年，陳淑娟、薛凱、孫萬(wàn)峰等[6]以云南文山至麻栗坡高速公路為例，針對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)，分析了水土流失的危害，為高速公路主體設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)依據(jù)。

目前，水土流失預(yù)測(cè)方法及防治主要集中于大面積農(nóng)林地區(qū)或流域，對(duì)于管網(wǎng)工程建設(shè)項(xiàng)目的應(yīng)用研究報(bào)道尚不多見。因此，研究管網(wǎng)工程水土流失的預(yù)測(cè)和防治具有一定的實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。

1 管網(wǎng)工程水土流失的特點(diǎn)

管網(wǎng)工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，跨越的地區(qū)往往較多，線路鋪設(shè)較長(zhǎng)，巖土物理性質(zhì)不同，地區(qū)氣候變化大。因此，管網(wǎng)工程造成的水土流失主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）管網(wǎng)溝道開挖的拋土棄渣。溝道開挖時(shí)，拋土和棄渣向溝道兩側(cè)堆放，一旦遇到降雨，地表將形成徑流，拋土和棄渣被水沖蝕、拉溝，加劇水土流失。

（2）水土流失沿管線呈線形分布。管道沿平面曲線開挖，拋土和棄渣呈線形分布，水土流失也呈線形分布。因管網(wǎng)工程線路長(zhǎng)，所造成的水土流失差異性大。工程沿線土壤抗蝕抗沖能力下降，會(huì)加劇水土流失。

（3）在高陡山地、深谷谷岸等區(qū)域開挖時(shí)，會(huì)破壞山體結(jié)構(gòu)，為引發(fā)滑坡、沖溝等提供了條件，嚴(yán)重的會(huì)造成大面積滑坡，甚至引發(fā)泥石流。

（4）管網(wǎng)穿越江河時(shí)，管道產(chǎn)生的棄渣一般在沖溝或河流兩岸堆放，嚴(yán)重威脅到下游的安全。

（5）管道周圍植被沿管線呈線狀破壞，山區(qū)的立地條件差，植被很難恢復(fù)。

2 土壤流失量計(jì)算方程

根據(jù)防治的區(qū)域不同、預(yù)測(cè)的單元不同、預(yù)測(cè)的時(shí)段不同，采用新增土壤流失量計(jì)算方法，計(jì)算未采取水土保持防護(hù)措施情況下的水土流失量。

擾動(dòng)地表土壤流失量為：

其中，i為土壤流失預(yù)測(cè)區(qū)域編號(hào)，i=1，2，3，…，n；j為土壤流失預(yù)測(cè)單元編號(hào)，j=1，2，3，…，m；k 為土壤流失預(yù)測(cè)時(shí)段，k=1，2，3，分別指施工準(zhǔn)備時(shí)段、施工時(shí)段和自然恢復(fù)時(shí)段；Mijk為土壤擾動(dòng)后不同預(yù)測(cè)區(qū)域不同單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，t（/km2·a）；Aij為第i預(yù)測(cè)區(qū)域，第j預(yù)測(cè)單元的面積，km2；Tijk為預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

擾動(dòng)地表新增土壤流失量為：

其中，ΔMijk為土壤擾動(dòng)后不同區(qū)域不同單元不同時(shí)段新增土壤侵蝕模數(shù)，t（/km2·a）；Mij0為擾動(dòng)前不同區(qū)域不同單元土壤侵蝕背景值，t（/km·2a）。

3 實(shí)例與分析

廣豐支線、玉山支線兩部分工程，途經(jīng)江西省上饒市廣豐區(qū)、玉山縣，全長(zhǎng)25.1km。工程設(shè)1座站場(chǎng)、2座閥室，標(biāo)志樁473個(gè)；管道共穿越中型河流386m/1次，溝渠、魚塘785m/24次；穿越高速公路及鐵路240m/4次，省道129m/2次，三（四）級(jí)公路、一般公路、鄉(xiāng)村道路655m/25次；新建道路長(zhǎng)7.20km，臨時(shí)堆管場(chǎng)5處。工程建設(shè)征占地總面積30.12hm2，其中永久占地1.36hm2，臨時(shí)占地28.76hm2；土石方挖填方總量為44.80萬(wàn)m3，其中挖方量為20.76萬(wàn)m3，填方量為24.04萬(wàn)m3（含表土回覆量3.74萬(wàn)m3），剝離表土3.74萬(wàn)m3，經(jīng)土方調(diào)配后，需借方3.27萬(wàn)m3，不產(chǎn)生棄方?？偣て?2個(gè)月。

3.1 預(yù)測(cè)范圍和時(shí)段

根據(jù)管網(wǎng)工程項(xiàng)目的總體布局和特點(diǎn)，廣豐支線、玉山支線兩部分工程水土流失預(yù)測(cè)范圍為項(xiàng)目建設(shè)區(qū)，包括站場(chǎng)閥室、管道作業(yè)帶、管道穿跨越、道路和臨時(shí)堆管區(qū)等5個(gè)分區(qū)，預(yù)測(cè)總面積30.12hm2。

管網(wǎng)工程水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段包括施工準(zhǔn)備時(shí)段、施工時(shí)段和自然恢復(fù)時(shí)段。施工時(shí)段（含施工準(zhǔn)備時(shí)段）主要預(yù)測(cè)站場(chǎng)閥室、管道作業(yè)帶、管道穿跨越、道路和施工生產(chǎn)生活區(qū)等活動(dòng)可能造成的水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段。自然恢復(fù)期按施工結(jié)束后1.0a考慮。各區(qū)域水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段見表1。

表1 水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段表

3.2 土壤侵蝕背景值的確定

根據(jù)區(qū)域土壤侵蝕遙感資料，并結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地形地貌、土地利用類型、土壤母質(zhì)、植被等自然條件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)查、咨詢綜合確定。

3.3 擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)的確定

預(yù)測(cè)參數(shù)確定采取同類工程類比，引用類似工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。以江西省天然氣管網(wǎng)二期工程（上饒、鷹潭段）中上饒接收站-廣豐-玉山末站段的水土保持監(jiān)測(cè)成果，以及管道沿線實(shí)地調(diào)查的情況進(jìn)行確定。

表2 防治分區(qū)原地貌侵蝕模數(shù) t/km·2a

表3 擾動(dòng)地表后土壤侵蝕模數(shù) t/km·2a

表4 水土流失總量和新增水土流失量

3.4 可能造成的水土流失量

根據(jù)類比預(yù)測(cè)、比較分析獲得的水土流失情況計(jì)算，表 1～表 3數(shù)據(jù)代入式（1）和式（2），計(jì)算結(jié)果見表4。廣豐支線、玉山支線兩部分工程可能造成水土流失的總量為1 953t，其中新增水土流失量為1 673t。

4 水土流失防治措施

（1）在水土保持措施設(shè)計(jì)中，采取工程防治措施與植物防治措施相結(jié)合，臨時(shí)防治措施與永久防治措施相結(jié)合。實(shí)施過(guò)程中，首先做好攔擋防治與排水防治，盡可能的提前實(shí)施植物防治措施；防治的同時(shí)也要加強(qiáng)施工管理，有效合理地安排好施工，做到地表裸露面積少、裸露時(shí)間短，以減少水土流失的發(fā)生。

（2）在管網(wǎng)場(chǎng)地平整及臨時(shí)道路施工過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)的水土保持措施，有效控制水土流失；施工前必須剝離表土并集中堆置，同時(shí)采用臨時(shí)防護(hù)措施。根據(jù)主體工程施工進(jìn)度安排，水土保持工程應(yīng)盡早分期、分批地安排實(shí)施，使其盡快發(fā)揮效益。

（3）廣豐支線、玉山支線兩部分工程施工新增水土流失總量為1 673t，其中施工時(shí)段（含施工準(zhǔn)備時(shí)段）新增水土流失量占新增水土流失總量的97.91%?？梢?，施工時(shí)段（含施工準(zhǔn)備時(shí)段）是新增水土流失量的主要時(shí)段。管道作業(yè)帶和管道穿跨越是水土流失的重點(diǎn)區(qū)域，這些區(qū)域應(yīng)做重點(diǎn)防治，并作為水土保持監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。對(duì)于土質(zhì)山坡管網(wǎng)，管網(wǎng)上下坡面設(shè)計(jì)截水溝和植被恢復(fù)；對(duì)于土石山坡管網(wǎng)施工時(shí)段，布設(shè)草袋擋土墻，坡面設(shè)計(jì)截水溝，土質(zhì)山坡種植灌草。

5 結(jié)論

管網(wǎng)工程在建設(shè)中將造成閥室和管線占地范圍內(nèi)原地貌的擾動(dòng)，損毀植被，從而造成項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的水土流失，主要集中在管道作業(yè)帶和施工道路防治區(qū)處，加劇了區(qū)域的水土流失，主要分布在站場(chǎng)閥室、管道作業(yè)帶、管道穿跨越、道路處。因此，管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)及工序布置直接影響水土流失量?？梢缘贸鲆韵轮饕Y(jié)論：

（1）管網(wǎng)工程水土流失以線狀或帶狀分布為主，以點(diǎn)狀或面狀分布為輔，線、點(diǎn)交錯(cuò)，臨時(shí)堆土多且分散；管網(wǎng)工程線路長(zhǎng)，地形起伏較大，占地面積大，水土流失量大，且水土流失發(fā)生時(shí)段相對(duì)集中。

（2）采用新增土壤流失的預(yù)測(cè)方法能較好地計(jì)算水土流失總量。

（3）以江西省天然氣管網(wǎng)工程廣豐支線、玉山支線項(xiàng)目為例，施工新增水土流失總量為1 673t，占水土流失總量的85.66%，為廣豐支線、玉山支線兩部分工程項(xiàng)目水土流失的防治工作提供了指導(dǎo)意見。