王美玉,戴長雷,張凱文,韓心宇
(1黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所,哈爾濱 150080;2黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院,哈爾濱 150080;3黑龍江大學(xué)-俄科院西伯利亞凍土所寒區(qū)水文與水利工程中俄聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150080)
2019年5月水利部印發(fā)《水利部關(guān)于進(jìn)一步深化“放管服”改革全面加強(qiáng)水土保持監(jiān)管的意見》(水保〔2019〕160號(hào)),明確提出各類開發(fā)區(qū)建設(shè)推行水土保持區(qū)域評(píng)估,并在“五通一平”(通水、通電、通氣、通路、通訊、平整土地)之前由開發(fā)區(qū)管理機(jī)構(gòu)組織編制水土保持區(qū)域評(píng)估報(bào)告,報(bào)相關(guān)部門審批[1]。水土保持區(qū)域評(píng)估的重點(diǎn)包括水土流失的任務(wù)、責(zé)任主體、防治范圍、防治目標(biāo)、水土保持措施及水土保持投資等內(nèi)容,同時(shí)應(yīng)遵循土石方自平衡、水生態(tài)保護(hù)、水土保持措施與自然生態(tài)相協(xié)調(diào)、按照區(qū)塊確定防治目標(biāo)等原則[2]。開發(fā)區(qū)入駐企業(yè)在水土保持區(qū)域評(píng)估報(bào)告的基礎(chǔ)上對(duì)水土保持方案實(shí)行承諾制或備案制管理,開發(fā)區(qū)管理機(jī)構(gòu)督促入駐生產(chǎn)建設(shè)單位履行好水土流失防護(hù)責(zé)任和義務(wù)。
重慶、浙江、江蘇等地對(duì)開發(fā)區(qū)水土保持區(qū)域評(píng)估已有一定的研究基礎(chǔ),但在東北黑土區(qū)水土保持區(qū)域評(píng)估相關(guān)研究不夠充分。由于水土保持區(qū)域評(píng)估報(bào)告的編制依據(jù)及大綱并沒有明確,領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家對(duì)水土保持區(qū)域評(píng)估的主要內(nèi)容、編制要點(diǎn)等進(jìn)行了探討。劉春憲等[3]在對(duì)552個(gè)國家級(jí)開發(fā)區(qū)分析的基礎(chǔ)上,提出了水土保持區(qū)域評(píng)估的原則及評(píng)估重點(diǎn),提出開發(fā)區(qū)水土保持區(qū)域評(píng)估是入園區(qū)企業(yè)開展水土流失防治工作的基礎(chǔ),簡(jiǎn)化企業(yè)水土保持方案的依據(jù)。姜德文[2]對(duì)國內(nèi)各類開發(fā)區(qū)總體情況進(jìn)行了介紹,開發(fā)區(qū)應(yīng)明確建成區(qū)、在建區(qū)、未建區(qū)三大區(qū)塊的水土流失防治任務(wù),提出包括土石方全部利用等5項(xiàng)水土流失防治控制性指標(biāo),闡述并分析了開發(fā)區(qū)管理模式及水土保持責(zé)任落實(shí)。
水土流失量預(yù)測(cè)是指在工程施工建設(shè)擾動(dòng)地表土層后,未采取任何水土保持措施的最不利條件下預(yù)測(cè)可能造成的水土流失量;土石方挖填量估算是指對(duì)因工程施工建設(shè)需要而造成的土方挖、填量的估算,是水土流失防治工作中的重要部分[4-5]。預(yù)測(cè)水土流失量的方法主要包括類比法、數(shù)學(xué)模型法及實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法,類比法預(yù)測(cè)水土流失量是利用與預(yù)測(cè)工程類似的工程對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)單元的擾動(dòng)地表土壤侵蝕模數(shù)實(shí)測(cè)研究成果,通過對(duì)應(yīng)性分析預(yù)測(cè)工程與類比工程在水土流失主要因子相似性、可比性,得出預(yù)測(cè)工程與類比工程之前的修正系數(shù),類比出通預(yù)測(cè)工程各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù),最后計(jì)算出水土流失量預(yù)測(cè)結(jié)果[6]。類比法具有直觀、快速等優(yōu)點(diǎn),但在獲取理想的類比資料難度較大、類比修正系數(shù)取值彈性較大、類比資料的實(shí)用性限制等方面具有一定的局限性[7]。預(yù)測(cè)水土流失量包括:劃分預(yù)測(cè)單元、預(yù)測(cè)時(shí)段、確定土壤侵蝕模數(shù)和計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果4個(gè)步驟。
慶安縣位于黑龍江省中部松嫩平原與小興安嶺余脈的交匯地帶,屬呼蘭河流域中上游,地理坐標(biāo)為127°30′—128°35′E,46°30′—47°35′N,總?cè)丝?1萬,土地總面積為5466.71 km2,其中,耕地和林地分別占總土地面積的36.65%和51.49%[8]。慶安開發(fā)區(qū)位于慶安縣西南部,2011年由黑龍江省人民政府批準(zhǔn)設(shè)立,享受省級(jí)開發(fā)區(qū)政策,開發(fā)區(qū)核心區(qū)域已實(shí)現(xiàn)“五通一平”。園區(qū)范圍分為東、西、北3個(gè)區(qū)域,總用地面積953.08 hm2,規(guī)劃建設(shè)成為食品產(chǎn)業(yè)園、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園、循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園和保稅區(qū)的“三園一區(qū)”格局。
根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007),慶安開發(fā)區(qū)屬于水力侵蝕類型區(qū)——東北黑土區(qū)—松嫩平原區(qū),慶安縣屬溫帶大陸性氣候,有明顯季節(jié)變化,冬季漫長、干燥而寒冷,秋季多雨降溫急劇[9-10]。年平均氣溫2.4℃,多年平均降水量567.5 mm。地貌屬于低山丘陵平原區(qū),南、北部為低山,地勢(shì)較高,并逐步向中部?jī)A斜,中部形成寬闊的河谷平原,在山地與平原之間有丘陵漫崗過渡地帶。地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域?yàn)樾∨d安嶺—松嫩沖擊帶東部,分布于河谷、高漫灘、低漫灘地帶,地層為第四系全新統(tǒng)沖積沼澤沉積層,巖性為亞粘土、淤泥質(zhì)粘土、亞砂土、沙及砂礫石[11]。區(qū)域內(nèi)無河流水系,與格木克河相鄰,慶安開發(fā)區(qū)區(qū)域位置如圖1。
圖1 慶安開發(fā)區(qū)區(qū)域位置
2.2.1 水土流失現(xiàn)狀 根據(jù)《黑龍江省水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》及《慶安縣水土保持規(guī)劃(2019—2030年)》成果顯示,慶安縣水土流失面積707.02 km2,占總土地面積的12.93%。全部為水蝕面積,平均土壤侵蝕模數(shù)為1578 t/(km2·a)左右。按侵蝕強(qiáng)度劃分,輕度侵蝕面積386.47 km2,中度侵蝕面積159.83 km2,強(qiáng)烈侵蝕面積101.93 km2,極強(qiáng)烈侵蝕面積50.71 km2,劇烈侵蝕面積8.08 km2,分別占侵蝕面積的54.66%、22.61%、14.42%、7.17%和1.14%[12]。2012—2018年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,慶安縣累計(jì)治理水土流失面積217.86 km2,其中基本農(nóng)田為64.58 km2,水土保持林為28.57 km2,封禁治理為46.60 km2,其他為78.1l km2[13]。慶安開發(fā)區(qū)水土保持現(xiàn)狀較為良好,均處于微度侵蝕分布區(qū),但部分在建企業(yè)施工期未按要求編制水土保持方案。慶安縣數(shù)字高程DEM及土地利用情況如圖2。
圖2 慶安縣數(shù)字高程DEM及土地利用
2.2.2 影響因素分析 在施工過程中,會(huì)損壞原地表形態(tài)、地表植被和土壤結(jié)構(gòu),增加裸露面積,減弱抗蝕、抗沖能力,易造成較嚴(yán)重的水土流失[14-15]。在建設(shè)期內(nèi),主要施工內(nèi)容包含場(chǎng)地平整、建筑物結(jié)構(gòu)施工、道路路面鋪設(shè)、綠化景觀建設(shè)等。場(chǎng)地平整過程中,大部分占地地表都受到不同程度的人為擾動(dòng)和破壞,在降雨等自然因素的作用下形成新的水土流失;建筑物施工過程中,基坑開挖階段的邊坡是最容易發(fā)生水土流失的區(qū)域;當(dāng)建設(shè)進(jìn)入建筑物主體結(jié)構(gòu)階段,區(qū)域內(nèi)道路、公園綠地區(qū)的地表裸露,會(huì)造成地表水土流失[16-17]。工程施工結(jié)束后,因施工引起水土流失的各項(xiàng)因素逐漸減弱,地表擾動(dòng)基本停止,水土流失將明顯減小,但由于植物措施不能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮水土保持功能,在自然恢復(fù)期仍會(huì)有一定量的水土流失。
在《慶安縣產(chǎn)業(yè)園區(qū)總體規(guī)劃(2018—2035年)》的基礎(chǔ)上,結(jié)合開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),考慮擾動(dòng)地表形式、強(qiáng)度等大體一致的施工區(qū)劃分為一個(gè)區(qū)域,故將開發(fā)區(qū)水土保持區(qū)域劃分為工業(yè)用地區(qū)、商業(yè)及公用設(shè)施用地區(qū)(包括公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、物流倉儲(chǔ)用地、公用設(shè)施用地)、道路與交通設(shè)施用地區(qū)、綠地與廣場(chǎng)區(qū)(非建設(shè)用地主要為農(nóng)林用地,劃入綠地與廣場(chǎng)區(qū))4個(gè)區(qū)域,開發(fā)區(qū)內(nèi)各水土保持分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)如表1。
表1 區(qū)域內(nèi)用地類型及面積統(tǒng)計(jì)
2.4.1 預(yù)測(cè)單元及預(yù)測(cè)時(shí)段 預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐譃楣I(yè)用地區(qū)、商業(yè)及公用設(shè)施用地區(qū)、道路與交通設(shè)施區(qū)、綠地與廣場(chǎng)區(qū)(含非建設(shè)用地)共4個(gè)區(qū)域單元,根據(jù)施工及運(yùn)行特點(diǎn),水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段分為施工期和自然恢復(fù)期。施工期1年內(nèi)跨雨季的按照占雨季長度比例計(jì)算,但不超過1年,工程施工連續(xù)施工,分期施工預(yù)測(cè)時(shí)段計(jì)算按照自然月為主,慶安縣雨季主要是5—9月份,共計(jì)5個(gè)月。自然恢復(fù)期設(shè)定為2年,主要為植被恢復(fù)期[16]。由于各建設(shè)項(xiàng)目水土保持配套設(shè)施不完善,部分項(xiàng)目沒有水土保持方案,以水土流失最不利條件為原則,水土流失預(yù)測(cè)區(qū)域面積包含區(qū)域內(nèi)已建、在建及未建面積,合計(jì)953.08 hm2。
2.4.2 土壤侵蝕模數(shù)的確定 區(qū)域內(nèi)4個(gè)水土保持分區(qū)在施工期對(duì)地面干擾較大,根據(jù)《黑龍江省水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》結(jié)果分析,土壤侵蝕模數(shù)參考慶安縣平均土壤侵蝕模數(shù)1578 t/(km2·a),考慮施工期水土流失略微嚴(yán)重,因此擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)取2000 t/(km2·a);綠地與廣場(chǎng)區(qū)由于工程施工面積較小,土壤侵蝕模數(shù)取平均值1578 t/(km2·a);植被恢復(fù)期工程施工已結(jié)束,植被未完全恢復(fù),仍存在一定程度的水土流失,土壤侵蝕模數(shù)取值200 t/(km2·a),土壤侵蝕模數(shù)背景值取值為150 t/(km2·a)。
2.4.3 預(yù)測(cè)結(jié)果及分析 根據(jù)區(qū)域土壤侵蝕的背景資料和工程建設(shè)特點(diǎn),區(qū)域內(nèi)水土流失類型主要為水力侵蝕,水土流失預(yù)測(cè)采用經(jīng)驗(yàn)公式法,計(jì)算公式如式(1)所示,計(jì)算區(qū)域建設(shè)區(qū)不同地貌侵蝕背景值,預(yù)測(cè)新增水土流失量[19-20]。
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、3);k為預(yù)測(cè)時(shí)段(k=1、2、3),指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期;Fi為第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積,km2;Mik為擾動(dòng)后不同預(yù)測(cè)單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù),t/(km2·a);Tik預(yù)測(cè)時(shí)段(擾動(dòng)時(shí)段),a。
按式(1)對(duì)區(qū)域土壤流失進(jìn)行計(jì)算,預(yù)測(cè)結(jié)果按照建設(shè)期開挖、回填、產(chǎn)生棄渣、地面沒有防護(hù)措施,且在雨季最不利情況下進(jìn)行水土流失量估算,計(jì)算結(jié)果見表2。根據(jù)計(jì)算分析,區(qū)域內(nèi)項(xiàng)目建設(shè)在不采取任何防治措施的前提下共造成水土流失47053 t,背景流失3773 t,新增水土流失43280 t。其中水土流失量99.84%在施工期,由于工業(yè)用地區(qū)占地面積較大,70.41%的預(yù)測(cè)水土流失量集中在工業(yè)用地區(qū)。因此,工業(yè)用地區(qū)是水土保持防治的重點(diǎn)區(qū)域。
表2 水土流失量預(yù)測(cè)結(jié)果
2.5.1 表土剝離及覆土 按照水土保持法相關(guān)要求,應(yīng)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)所占用土地的地表進(jìn)行分層剝離、保存和利用。根據(jù)區(qū)域內(nèi)各水土保持防治區(qū)的施工建設(shè)時(shí)序及覆土實(shí)際需求,對(duì)具有剝離條件的區(qū)域進(jìn)行表土剝離,并在建設(shè)區(qū)設(shè)置臨時(shí)暫存場(chǎng)地,表土剝離和回覆的厚度均按照0.3 m計(jì)算。經(jīng)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)踏察,區(qū)域水土保持方案中剝離及覆土設(shè)計(jì)如表3。經(jīng)計(jì)算,區(qū)域內(nèi)表土剝離量面積為142.22 hm2,剝離土壤42.67×104m3,覆土面積138.10 hm2,覆土量41.43×104m3。
表3 表土剝離及覆土量統(tǒng)計(jì)
2.5.2 土方挖填量推算 區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)土方填挖量以區(qū)域用地性質(zhì)及已建成典型項(xiàng)目作為推算依據(jù)。由于區(qū)域內(nèi)大部門區(qū)域項(xiàng)目為展開施工建設(shè),采用類比法,在區(qū)域內(nèi)相似條件下推算同類型建設(shè)用地的土方挖填量,所選區(qū)域內(nèi)典型項(xiàng)目均已開展水土保持方案編制,土石方填挖數(shù)據(jù)接近實(shí)際情況。對(duì)開發(fā)區(qū)未建區(qū)域土石方填挖量進(jìn)行推算,可以為后入駐園區(qū)企業(yè)制定水土保持方案提供測(cè)算依據(jù)及參考。土方填挖推算結(jié)果見表4。
表4 基礎(chǔ)土石方挖填量推算
2.5.3 土石方平衡 經(jīng)推算,區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目總計(jì)產(chǎn)生挖方917.3萬m(3表土剝離42.67萬m3),填方879.22萬m3(表土回覆41.43萬m3),外借土方37.16萬m3,棄土75.21萬m3,計(jì)算結(jié)果見表5。土石方平衡推算采用區(qū)域內(nèi)典型項(xiàng)目類比推算的方法,估算在建區(qū)域及規(guī)劃建設(shè)區(qū)域內(nèi)的土石方挖填量,考慮最不利因素,推算結(jié)果較大,可以為后入駐園區(qū)的企業(yè)在水土保持防治工作中提供參考。
表5 區(qū)域內(nèi)土石方平衡 萬m3
以慶安開發(fā)區(qū)為例,預(yù)測(cè)東北黑土區(qū)土壤流失量,運(yùn)用典型項(xiàng)目類比的方法推算土石方平衡,得出結(jié)論。
(1)考慮使用土地性質(zhì)及擾動(dòng)土壤等因素,劃分水土保持區(qū)劃,并按所劃分區(qū)域預(yù)測(cè)土壤流失量;以慶安開發(fā)區(qū)為例,考慮最不利條件預(yù)測(cè)將造成土壤流失47053 t,是背景流失量的12.5倍,其中工業(yè)用地區(qū)在施工期內(nèi)預(yù)測(cè)土壤流失量最大。
(2)由于區(qū)域內(nèi)大部分項(xiàng)目未施工建設(shè),無法準(zhǔn)確計(jì)算土石方挖填量,因此采用區(qū)域內(nèi)已建典型項(xiàng)目類比推算未建設(shè)區(qū)域項(xiàng)目挖填量的方法是區(qū)域水土保持土石方平衡估算較為理想的方法,可為后入駐園區(qū)企業(yè)編制水土保持方案提供參考。
(3)根據(jù)土壤流失量預(yù)測(cè)及土石方平衡估算,工業(yè)用地區(qū)是新增水土流失的主要區(qū)域,為區(qū)域水土保持防治工作找到了核心區(qū)。通過調(diào)整施工時(shí)序、避免汛期土石方施工等優(yōu)化施工方法也可以起到水土保持的效果。