基于侵蝕模數(shù)預(yù)測法的航道升級(jí)工程水土保持措施研究

龐志沖

（廣東粵源工程咨詢有限公司，廣州 510610）

0 引 言

在自然作用和人為因素等干擾下，水土資源受到侵蝕和破壞，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)失衡，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。其中人為因素主要包括工程建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。工程建設(shè)中如果水土保護(hù)措施不到位，會(huì)影響建設(shè)的正常進(jìn)行，危害自然環(huán)境，增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率[1]。因此在工程建設(shè)施工期間要嚴(yán)格按照相關(guān)文件及法律法規(guī)的要求，落實(shí)相關(guān)水土保持及環(huán)境保護(hù)措施，減少對(duì)生態(tài)嚴(yán)控區(qū)及自然保護(hù)區(qū)的擾動(dòng)和破壞，施工結(jié)束后及時(shí)采取綠化等措施，將臨時(shí)擾動(dòng)區(qū)域恢復(fù)原地貌[2]。

在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，運(yùn)輸公路負(fù)荷增大，對(duì)水運(yùn)航道的需求增大，迫切需要提高航道與船閘的通航條件，提高航道與船閘的通過能力。在對(duì)航道進(jìn)行升級(jí)改造的工程建設(shè)中，水土流失會(huì)造成局部河道淤積，對(duì)河流水質(zhì)造成一定的影響，流失的水土將降低土壤肥力，并將影響周邊作物生長，且進(jìn)入附近村莊或周邊排水系統(tǒng)[3]。水土保持有利于改善水土流失的問題，本文以北江航道升級(jí)工程為背景，根據(jù)土壤侵蝕模數(shù)對(duì)該項(xiàng)目的水土流失情況進(jìn)行預(yù)測，采取了植物措施和工程措施，為航道升級(jí)工程的水土保持措施研究提供了建議和經(jīng)驗(yàn)。

1 航道升級(jí)工程內(nèi)容

北江（烏石至三水河口）航道擴(kuò)能升級(jí)工程起點(diǎn)位于佛山市三水區(qū)北江與西江匯合的思賢滘口、沿北江北上經(jīng)過佛山市三水區(qū)、清遠(yuǎn)市清新區(qū)、清城區(qū)、英德市，止于韶關(guān)市曲江區(qū)烏石鎮(zhèn)烏石電廠附近。

北江烏石至三水河口航道全長約217km，按內(nèi)河Ⅲ級(jí)、通航1000t級(jí)船舶標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，整治后通航保證率98%。白石窯二線、飛來峽二、三線、清遠(yuǎn)樞紐二線船閘按照1000t級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，并拆除重建了白石窯一線船閘。主要包括航道工程、船閘工程、配套工程三個(gè)部分。

1）航道工程：疏浚河道12.02km、炸礁1處、切嘴1處、拆除丁壩31座、新建丁壩6座、原址修復(fù)29座、護(hù)岸10處（岸標(biāo)）。

2）船閘工程：新建白石窯二線船閘、重建白石窯一線船閘及配套建構(gòu)筑物、高陂塘排澇渠移位重建工程；新建飛來峽二和三線船閘及配套建構(gòu)筑物、S377特大橋工程、Y202大橋工程、黃洞圍水利設(shè)施恢復(fù)工程；新建清遠(yuǎn)二線船閘及配套建構(gòu)筑物。

3）配套工程：交叉工程（9條跨河架空纜改造）、橋梁防撞加固工程（11座）、航標(biāo)工程（64座岸標(biāo)、102座主航道浮標(biāo)、4座水上燈樁、58座橋區(qū)浮標(biāo)，改造3座大橋橋涵標(biāo)）

2 水土保持現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

項(xiàng)目所在地佛山市三水區(qū)，清遠(yuǎn)市英德市、清城區(qū)、清新區(qū)土壤侵蝕類型區(qū)為南方紅壤區(qū)，工程地處北江流域，降雨充沛，地表植被覆蓋度高。

本工程水土流失調(diào)查采取地面觀測、實(shí)地量測、遙感與無人機(jī)監(jiān)測、資料分析（施工、監(jiān)理、監(jiān)測等資料）相結(jié)合的方法，調(diào)查擾動(dòng)土地情況，水土流失情況和水土保持實(shí)施情況及效果。

通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)的調(diào)查，工程沿線未發(fā)現(xiàn)水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。工程建設(shè)地點(diǎn)不屬于國家和省市水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)。降雨分配不均，暴雨集中是造成項(xiàng)目區(qū)水土流失的首要原因。因?yàn)轫?xiàng)目區(qū)土壤多為赤紅壤，赤紅壤土質(zhì)松散，抗侵蝕力低，經(jīng)過地表徑流的沖刷后，很容易造成大面積的水土流失[4]。

2.1 航道工程

航道工程中整治、疏浚、炸礁，均在水中作業(yè)，切嘴、護(hù)岸工程在岸上施工部分嚴(yán)格控制擾動(dòng)范圍，無新增臨時(shí)用地。施工過程中產(chǎn)生的土石方部分用于工程內(nèi)部回填，不可回填的土石方一部分就近拋填到卸泥區(qū)，針對(duì)裸露地表進(jìn)行植草護(hù)坡和臨時(shí)彩條布苫蓋。

因此航道工程的主體設(shè)計(jì)可以滿足施工期和運(yùn)行期間水土保持的相關(guān)要求，不再新增水土保持措施。

2.2 配套工程

配套工程中橋梁防撞加固工程位在水中作業(yè)，航標(biāo)工程大部分為水標(biāo)，岸標(biāo)部分施工擾動(dòng)面積較小，土石方挖填量非常小，交叉工程對(duì)地面的擾動(dòng)范圍小且隨挖隨填，主體設(shè)計(jì)未設(shè)置水土保持措施，只提出水土保持要求。

2.3 船閘工程

通過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，船閘管理區(qū)建設(shè)在新建船閘的一側(cè)，布置為辦公區(qū)、生活區(qū)和輔助區(qū)，建筑物周邊均為綠地和道路，工程平面布置比較合理，使建筑物、道路及綠地全部融為一體。

主體工程設(shè)計(jì)中考慮施工前對(duì)主體工程區(qū)的表土剝離措施，以及施工結(jié)束以后的表土回覆措施。施工過程中采取臨時(shí)排水溝收集地表匯水并經(jīng)過沉沙池沉淀以后排放。針對(duì)施工期地表裸露的區(qū)域?qū)嵤┎蕳l布苫蓋措施，避免雨水擊濺地面造成水土流失。施工結(jié)束以后在閘管區(qū)內(nèi)部綠化前的表土回覆，并進(jìn)行栽植喬灌木、景觀綠化，針對(duì)航道一側(cè)的岸堤設(shè)置植草護(hù)坡，防止雨水對(duì)邊坡的沖刷。主體設(shè)計(jì)還考慮高陂塘排澇渠移建以后植草護(hù)坡措施。主體設(shè)計(jì)中已有的水土保持措施可以起到一定防護(hù)的作用，但是措施體系不夠完善，缺乏施工期的排水沉沙措施。且通過監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)一線船閘施工過程中，地連墻至圍堰邊界有一定的裸露，且地表具有一定的坡度，遇到降雨可能產(chǎn)生水流失。

3 侵蝕模數(shù)預(yù)測與分析

本工程在建設(shè)過程中原地貌植被破壞，可能改變的因子有土壤可蝕性因子、地形因子和管理措施因子[5]。工程建設(shè)使土壤的可蝕性值增大，使地形因子值增加。因此對(duì)水土流失進(jìn)行預(yù)測，分析水土流失情況顯得十分重要。根據(jù)的地形地貌、土地利用情況及沿線植被分布情況，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土壤侵蝕現(xiàn)狀并查閱初期水土保持監(jiān)測資料進(jìn)行綜合評(píng)判，工程建設(shè)前項(xiàng)目區(qū)內(nèi)無明顯水土流失，總體屬微度侵蝕，土壤侵蝕背景值取500t/km2·a。

3.1 預(yù)測單元

根據(jù)工程建設(shè)過程中的水土流失特點(diǎn)，預(yù)測單元和防治分區(qū)一致，劃分為航道工程區(qū)、配套工程，白石窯樞紐、飛來峽樞紐、清遠(yuǎn)樞紐共5個(gè)一級(jí)預(yù)測單元。但因航道工程均在水中作業(yè)，施工完成后作業(yè)面均硬化，無水土流失產(chǎn)生；配套工程中橋梁防撞加固及航標(biāo)工程在水中作業(yè)、交叉工程擾動(dòng)面積極小忽略不計(jì)，故本不對(duì)航道工程及配套工程土壤流失量進(jìn)行預(yù)測。

3.2 預(yù)測時(shí)段

《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50433-2018）將建設(shè)類項(xiàng)目中水土流失的預(yù)測劃分為3個(gè)階段，分別是：施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期，本工程將施工準(zhǔn)備期與施工期合并，統(tǒng)稱為建設(shè)期。

項(xiàng)目區(qū)以水力侵蝕為主，預(yù)測時(shí)段以工期跨越雨季的比例來確定，工期超過雨季長度的按1a考慮，不超過的可按占雨季長度的比例計(jì)算，該工程項(xiàng)目區(qū)的雨季為4-9月。

3.3 土壤侵蝕模數(shù)

土壤侵蝕研究通常采用實(shí)地測算，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)地勘察確定的地類面積，擾動(dòng)區(qū)原地貌侵蝕模數(shù)及原地貌擾動(dòng)后侵蝕模數(shù)，即可計(jì)算擾動(dòng)后原地貌新增水土流失量[6-7]。

式中：W為土壤流失量，F(xiàn)ji—某時(shí)段某單元的預(yù)測面積，Mji—某時(shí)段某單元的土壤侵蝕模數(shù)，Tji為某時(shí)段某單元的預(yù)測時(shí)間，K=1、2、3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期，i為預(yù)測單元，i=1、2、3、……n，j—預(yù)測時(shí)段。

3.4 預(yù)測結(jié)果

預(yù)測時(shí)段內(nèi)，在不采取水土保持措施的情況下，可能造成水土流失總量為7171t，新增水土流失總量為5978t；其中在自然恢復(fù)期的水土流失量為678t，新增水土流失量119t；施工期的水土流失量為6493t，新增水土流失量5859t。

本工程在監(jiān)測及預(yù)測時(shí)段內(nèi)，產(chǎn)生的土壤流失總量為101697t，新增土壤流失量為5978t，施工期土壤流失量為101578t，占水土流失總量的99.88%，施工期是產(chǎn)生水土流失的主要階段。飛來峽樞紐施工階段的流失量為48877t，占施工期水土流失總量的47.81%，飛來峽樞紐是產(chǎn)生水土流失的主要區(qū)域。在后續(xù)施工階段，白石窯棄渣場新增土壤流失量4113t，占新增土壤流失量的70.20%，白石窯棄渣場是后續(xù)施工過程中重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域。

3.5 水土流失情況分析

通過侵蝕模數(shù)對(duì)本工程水土流失進(jìn)行預(yù)測后，結(jié)合水土流失特點(diǎn)及周邊地形地貌對(duì)水土流失情況進(jìn)行分析，本工程可能造成的水土流失危害主要表現(xiàn)在：周邊農(nóng)用地、運(yùn)輸?shù)缆贰⒏浇迩f、居民點(diǎn)、下游水體及工程自身安全等的影響。

預(yù)測結(jié)果表明，是水土流失較為嚴(yán)重的時(shí)期是施工期，為了有效縮短流失手段，在后續(xù)施工中需要加速對(duì)主體工程施工。主體工程施工期間，在其非施工的空地段，可進(jìn)行植物措施的種植和撫育，并結(jié)合主體工程施工進(jìn)度的安排，分期、分批地實(shí)施植物措施。

綜上所述，此次工程建設(shè)主要在施工期對(duì)當(dāng)?shù)厮亮魇У挠绊懽畲?。施工活?dòng)會(huì)改變、損壞或壓埋原有地貌及植被，造成地表裸露，降低原有地貌與植被的固土、抗蝕能力，加劇水土流失。采取工程措施、植物措施及臨時(shí)措施，構(gòu)成行之有效的防治體系，在施工過程中可以有效遏制新增水土流失的發(fā)生和發(fā)展。

4 水土保持措施布設(shè)

本工程防治責(zé)任范圍即為占地面積324.62hm2。按照本項(xiàng)目的施工特點(diǎn)和總體布局等，可分為航道工程區(qū)、配套工程、白石窯樞紐、飛來峽樞紐、清遠(yuǎn)樞紐共5個(gè)一級(jí)防治分區(qū)，此次防治措施主要針對(duì)白石窯樞紐、飛來峽樞紐、清遠(yuǎn)樞紐進(jìn)行水土保持防治。

4.1 措施布設(shè)原則

結(jié)合項(xiàng)目所在地及項(xiàng)目建設(shè)的特點(diǎn)，突出以下防治原則：

1）因害設(shè)防、防治結(jié)合、全面布局、科學(xué)配置、分區(qū)治理、重點(diǎn)突出、綠化美化、可操作性的原則。

2）人與自然和諧相處的理念，尊重自然規(guī)律，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，布設(shè)臨時(shí)性防護(hù)措施，減少建設(shè)過程中的水土流失。

3）植物措施、工程措施、臨時(shí)措施合理配置、統(tǒng)籌兼顧，形成綜合防護(hù)體系，臨時(shí)措施與永久措施相結(jié)合，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 防治措施體系

根據(jù)水土流失預(yù)測結(jié)果，水土流失情況，和水土流失防治分區(qū)，在每個(gè)分區(qū)主體設(shè)計(jì)已有水土保持設(shè)施的基礎(chǔ)上，針對(duì)工程建設(shè)施工過程中可能引發(fā)水土流失的部位，采取合理有效的防治措施。本次水土保持措施主要以植物措施為主，將工程措施和植物措施結(jié)合在一起，永久措施與臨時(shí)措施結(jié)合在一起，不僅能夠?qū)⒅黧w工程中具有水土保持功能的設(shè)施納入水土流失防治體系中，還通過新增的措施，建立了一套完整、有效的水土流失防治體系。航道工程區(qū)和配套工程中實(shí)施的植草護(hù)坡措施以及施工過程中的彩條布苫蓋臨時(shí)措施，措施體系較為完善，可以保證施工期和運(yùn)行期間水土保持的相關(guān)要求，此次防治措施主要針對(duì)船閘工程區(qū)。

4.2.1 白石窯樞紐

施工前對(duì)主體工程區(qū)的表土剝離措施，表土剝離總量為2.87萬m3，施工過程中設(shè)施磚砌排水溝535m、臨時(shí)排水溝1678m、沉沙池6座、彩條布苫蓋0.60hm2。施工結(jié)束以后在閘管區(qū)內(nèi)部綠化前的表土回覆，表土回覆總量2.87萬m3，景觀綠化0.17hm2、栽植喬木141株、植草護(hù)坡0.45hm2，主體設(shè)計(jì)了高陂塘排澇渠移建以后植草護(hù)坡2.60hm2針對(duì)施工現(xiàn)場現(xiàn)狀裸露的邊坡采取彩條布臨時(shí)覆蓋措施，防止降雨的沖刷。

4.2.2 飛來峽樞紐

飛來峽主體工程區(qū)撒播種草綠化3.73hm2，栽種喬木472株，針對(duì)航道兩岸、上下游引航道高邊坡防護(hù)采取植草護(hù)坡15.22hm2，并設(shè)置現(xiàn)澆混凝土排水溝1928.81m。施工期場內(nèi)部及周邊布設(shè)臨時(shí)排水溝3973m、沉沙池1座。針對(duì)存放在施工臨建區(qū)內(nèi)的砂石料采用編織土袋攔擋，編織袋裝土598m3，施工結(jié)束后復(fù)耕3.711hm2。

4.2.3 清遠(yuǎn)樞紐

樞紐主體設(shè)計(jì)了永久占地范圍內(nèi)施工前的表土剝離措施，剝離量為1.50萬m3。針對(duì)船閘管理區(qū)及上下游引航道綠化前的表土回覆1.50萬m3，主體工程區(qū)裸露的地表采取撒播種草3.75hm2，栽種喬木1000株、灌木500株。臨時(shí)占地范圍內(nèi)施工前的表土剝離措施及綠化前的表土回覆措施，表土剝離回覆總量均為0.30萬m3。施工臨建區(qū)的項(xiàng)目部內(nèi)四周栽種喬木120株及灌木30株。

5 結(jié) 語

文章以航道升級(jí)工程為背景，通過侵蝕模數(shù)預(yù)測法對(duì)本工程的水土流失進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，結(jié)合水土流失現(xiàn)狀對(duì)水土流失情況進(jìn)行分析。主要是以主體已有水土保持措施為基礎(chǔ)，具有針對(duì)性和合理性的采取植物措施和工程措施，從而建立完整有效的水土流失防治體系。結(jié)果表明本工程各項(xiàng)水土保持措施都發(fā)揮了良好的作用，特別對(duì)于工程建設(shè)施工期所造成的水土流失得到有效的遏制和防治，建設(shè)期間未對(duì)沿線周邊區(qū)域造成嚴(yán)重的水土流失危害，為類似工程提供了參考。