某機(jī)場(chǎng)改造及擴(kuò)建工程水土流失分析與預(yù)測(cè)

何東舉

(河南暢晟工程管理有限公司，河南 濮陽 457000)

1 工程概況

鄭州新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程具體工程情況：①對(duì)第一跑道地基脫空區(qū)域進(jìn)行注漿加固，整體加鋪瀝青混凝土，道面面積約175 700 m2，道肩面積約60 100 m2，防吹坪面積約7 200 m2，道面標(biāo)志恢復(fù)面積約16 000 m2。②對(duì)南飛行區(qū)第一平行滑行道部分破損道肩進(jìn)行改造，改造面積約21 000 m2，滑行道邊燈和反光標(biāo)志原址重新安裝等。③第一跑道按雙向I類精密進(jìn)行燈光系統(tǒng)設(shè)置，對(duì)部分燈具(含二次管線、隔離變壓器、燈箱)、電纜等予以更新，更新跑道東側(cè)30L方向的PAPI燈及供電電纜等。④重新敷設(shè)DN400環(huán)狀消防管網(wǎng)約6 700 m，第一跑道兩端各設(shè)10座地下式消火栓，中部聯(lián)絡(luò)道處每處各設(shè)6座地下式火栓。T1航站樓以南站坪南側(cè)設(shè)置5座消火栓，對(duì)消防泵房和消防水池等進(jìn)行改造。⑤其他項(xiàng)目：加寬南飛行區(qū)快速出口滑行道道面，對(duì)臨時(shí)貨機(jī)位、除冰坪鑄鐵篦子明溝、部分排水溝及3號(hào)燈光站進(jìn)行改造，遷建T1機(jī)坪北側(cè)圍界759 m，遷改地下管線，配備必要的道面維護(hù)設(shè)備、除冰雪設(shè)備及其它相關(guān)配套設(shè)施。

2 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)《河南省水土保持規(guī)劃(2016—2030年)》、《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)及《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50434-2018)的規(guī)定，容許土壤流失量為200 t/km2·a。項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕以水力侵蝕為主，水力侵蝕表現(xiàn)形式為面蝕和溝蝕，以面蝕為主。根據(jù)有關(guān)資料，結(jié)合實(shí)地調(diào)查綜合分析可得，項(xiàng)目區(qū)屬微度水力侵蝕區(qū)，多年平均土壤侵蝕模數(shù)為190 t/km2·a。

3 水土流失影像因素分析

3.1 工程建設(shè)對(duì)水土流失的影響

新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程項(xiàng)目區(qū)夏季降雨集中，強(qiáng)度大，建設(shè)過程中的松散土壤極易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失；其次項(xiàng)目區(qū)施工過程中部分地表將裸露，起不到固土保水作用。工程的建設(shè)不可避免的將對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行挖填，不合理的施工時(shí)序和施工方法將加劇項(xiàng)目區(qū)水土流失。管管溝開挖、填筑過程中，若不進(jìn)行防護(hù)措施，將進(jìn)一步加劇項(xiàng)目區(qū)水土流失。因此，工程在項(xiàng)目建設(shè)及生產(chǎn)過程中必須處理好項(xiàng)目建設(shè)與水土流失防治的關(guān)系，做好水土保持，防止水土流失。

3.2 項(xiàng)目影響因子分析

①工程占地：工程占地面積共計(jì)33.19 hm2，按占地類型分全部為機(jī)場(chǎng)用地，工程施工將破壞機(jī)場(chǎng)內(nèi)草坪面積共計(jì)6.60 hm2。②土石方量：項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦，根據(jù)機(jī)場(chǎng)改造施工的特點(diǎn)，通過對(duì)主體設(shè)計(jì)資料的復(fù)核。工程土石方挖填總量7.36 萬m3，其中挖方量2.72萬m3(包括表土剝離1.24萬m3)，填方4.64萬m3(包括表土剝離1.24萬m3)，利用方2.72萬m3(包括表土剝離1.24萬m3，區(qū)間調(diào)運(yùn)利用方0.08萬m3)，借方1.92萬m3，無余方。新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程施工過程中，損壞跑道銑刨和肩面層及基層拆除的建筑垃圾、施工生產(chǎn)生活區(qū)拆除產(chǎn)生的建筑垃圾共計(jì)0.79萬m3，作為工程棄方，經(jīng)粉碎處理后，作為北貨運(yùn)區(qū)工程土面區(qū)回填料使用，不設(shè)置棄渣場(chǎng)。

4 土壤流失量預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)單元

預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐衷瓌t：①地形地貌、擾動(dòng)地表的物質(zhì)組成相近；②各個(gè)區(qū)氣象特征相似；③擾動(dòng)地表方式、形態(tài)相似，時(shí)段相同；④擾動(dòng)后地表物質(zhì)組成相似；

⑤水土流失成因、強(qiáng)度基本一致，類型相同；⑥同一預(yù)測(cè)單元集中連片，形成一個(gè)或幾個(gè)集中的區(qū)域；⑦各區(qū)面積應(yīng)根據(jù)工程平面布置圖結(jié)合地形圖來確定面積，自然恢復(fù)期預(yù)測(cè)面積應(yīng)扣除建筑物占地、地面硬化和水面面積。

4.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

4.2.1 施工期(含施工準(zhǔn)備期)

新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建主體工程施工期由于土石方挖填、異地搬運(yùn)、堆置、工程施工用地平整、機(jī)械碾壓等原因，破壞了原有地貌和植被，造成地表裸露，致使土壤抗蝕能力下降或喪失，土壤侵蝕加劇。因此，工程施工期是水土流失預(yù)測(cè)的主要時(shí)段。根據(jù)主體工程建設(shè)進(jìn)度，施工期(含施工準(zhǔn)備期)為2020年8-9月，處于項(xiàng)目雨季內(nèi)。

4.2.2 自然恢復(fù)期

工程項(xiàng)目施工結(jié)束后，進(jìn)入自然恢復(fù)期，土壤固結(jié)及植被逐步恢復(fù)，水土保持功能逐漸彰顯功效，生態(tài)環(huán)境逐步得到恢復(fù)和改善，水土流失量逐漸減少直至達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)自然氣候、土壤結(jié)構(gòu)等因素，自然恢復(fù)期確定為3年。

4.3 土壤侵蝕模數(shù)

4.3.1 背景侵蝕強(qiáng)度確定

背景侵蝕模數(shù)主要根據(jù)各建設(shè)區(qū)的植被、土地利用、地形地貌等因素，參照《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，確定不同分區(qū)的水土流失強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)多年平均土壤侵蝕模數(shù)為190 t/km2·a。

4.3.2 擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)確定

根據(jù)施工工藝及建設(shè)特點(diǎn)，項(xiàng)目擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)采用試驗(yàn)觀測(cè)法、類比法相結(jié)合的方式進(jìn)行確定。方案優(yōu)先選用同地區(qū)、同項(xiàng)目類型、施工工藝相近、有水土保持監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)的項(xiàng)目進(jìn)行類比分析，經(jīng)實(shí)際修正后確定項(xiàng)目各防治區(qū)土壤侵蝕模數(shù)。綜合上述因素，項(xiàng)目類比選取“鄭州新鄭國際機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程”，項(xiàng)目已于2018年6月取得了水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收?qǐng)?bào)備證明函(辦水保函〔2018〕697號(hào))。該項(xiàng)目在實(shí)際施工過程中，積極開展了水土保持監(jiān)測(cè)工作，水土保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完善、可靠，水土保持成功經(jīng)驗(yàn)顯著，可作為項(xiàng)目類比工程使用。

通過對(duì)2個(gè)項(xiàng)目區(qū)的土壤、降水、植被、土建施工形式、水土流失形式等主要影響因子的對(duì)比分析，2個(gè)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的影響因素較為接近，具有可比性。項(xiàng)目區(qū)與類比工程水土流失主要影響因子比較見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)水土流失主要影響因子表

通過對(duì)類比項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)地調(diào)查資料，考慮項(xiàng)目與類比工程在土建施工形式、水土流失形式、土壤、地形、坡度、降雨和植被條件等因子方面的相似性，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，綜合分析后確定項(xiàng)目不同部位擾動(dòng)后侵蝕模數(shù)的修正系數(shù)為1；自然恢復(fù)期不修正。

4.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

鄭州新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程預(yù)測(cè)結(jié)果包括2部分內(nèi)容：一是建設(shè)期(即施工期、自然恢復(fù)期)可能產(chǎn)生的土壤流失總量；二是建設(shè)期(即施工期、自然恢復(fù)期)原地貌下可能產(chǎn)生的土壤流失總量(背景值)，兩者之差即為工程建設(shè)新增的土壤流失量。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析有關(guān)資料，確定不同預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)各預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)值，采用公式計(jì)算擾動(dòng)地表新增土壤侵蝕量，新增土壤侵蝕量計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中(1)式(2)中：W—土壤流失量(t)；⊿W—新增土壤流失量(t)；j—預(yù)測(cè)時(shí)段，j=1，2，指施工期(含施工準(zhǔn)備期)和自然恢復(fù)期；i—預(yù)測(cè)單元，i=1，2，3，……，n—1，n；Fji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的面積(km2)；Mji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)[t/(km2·a)]；⊿Mji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的新增土壤侵蝕模數(shù)[t/(km2·a)]；Tji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段長(a)；

根據(jù)以上確定的預(yù)測(cè)時(shí)段、侵蝕強(qiáng)度、預(yù)測(cè)分區(qū)劃分的土壤流失面積計(jì)算新增土壤流失量。經(jīng)計(jì)算，由預(yù)測(cè)結(jié)果得知，管線改造工程區(qū)為重點(diǎn)防治區(qū)域。

5 水土流失危害分析

在工程建設(shè)期間，由于擾動(dòng)、開挖原地表，使原地表土壤遭到破壞，增加裸露面積，土層的抗蝕能力減弱，加劇了區(qū)域內(nèi)的水土流失，其主要危害表現(xiàn)在：①加劇項(xiàng)目區(qū)水土流失。工程管線開挖回填、跑道道肩培土、表土剝離等建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生的水土流失對(duì)項(xiàng)目周邊的跑道飛行安全產(chǎn)生一定的不利影響，若不采取任何防護(hù)措施將加劇項(xiàng)目區(qū)水土流失，造成機(jī)場(chǎng)內(nèi)泥濘和揚(yáng)塵，同時(shí)影響工程施工，降低工效，延長工期，增加工程投資費(fèi)用。②對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)已建排水設(shè)施的影響。在無任何水土保持措施的情況下，流失土壤在徑流的夾帶下直接進(jìn)入機(jī)場(chǎng)已建的排水設(shè)施，可能造成排水設(shè)施堵塞，形成內(nèi)澇現(xiàn)象，影響機(jī)場(chǎng)安全及施工質(zhì)量。

6 水土流失預(yù)測(cè)分析

鄭州新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程①擾動(dòng)地表面積共計(jì)33.19 hm2。②損毀植被面積6.60 hm2。③損壞跑道銑刨和肩面層及基層拆除的建筑垃圾、施工生產(chǎn)生活區(qū)拆除產(chǎn)生的建筑垃圾共計(jì)0.79萬m3，作為工程棄方，經(jīng)粉碎處理后，作為北貨運(yùn)區(qū)工程土面區(qū)回填料使用，不設(shè)置棄渣場(chǎng)。④在預(yù)測(cè)年限內(nèi)，通過預(yù)測(cè)工程施工可能造成的水土流失總量161.62 t，新增土壤流失總量為117.78 t。其中：施工期土壤流失總量118.36 t、新增土壤流失量112.09 t，自然恢復(fù)期土壤流失總量43.26 t、新增土壤流失量5.69 t。從水土流失發(fā)生的區(qū)域上看，項(xiàng)目各區(qū)中管線改造工程區(qū)是水土流失發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域，也是水土保持監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域。從水土流失發(fā)生時(shí)段上看，施工期水土流失總量為118.36 t，占水土流失總量的73.20%，是水土流失發(fā)生的重點(diǎn)時(shí)段，也是水土保持監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段。

7 結(jié)語

根據(jù)新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程水土流失預(yù)測(cè)分析結(jié)果，工程建設(shè)過程中將產(chǎn)生一定的水土流失，項(xiàng)目應(yīng)采取布置臨時(shí)排水、攔擋、覆蓋等措施，并結(jié)合植物綠化措施進(jìn)行防護(hù)，以有效地控制項(xiàng)目建設(shè)所帶來的水土流失量，保護(hù)項(xiàng)目區(qū)周邊環(huán)境以及工程本身免受不良影響。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果工程施工期是水土流失的重點(diǎn)時(shí)段，管線改造工程區(qū)是產(chǎn)生水土流失的重點(diǎn)區(qū)域，在水土保持措施布設(shè)時(shí)，應(yīng)對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)考慮和布設(shè)。在具體水土保持措施布設(shè)時(shí)，要針對(duì)新鄭國際機(jī)場(chǎng)南飛行區(qū)改造及擴(kuò)建工程的施工特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜，因害設(shè)防，制定行之有效的防治方案。