水土保持監(jiān)測中土壤流失量測算實例

劉 翔

(深圳市廣匯源環(huán)境水務有限公司，廣東 深圳 518003)

1 工程背景

某燃氣管線項目位于深圳市南山區(qū)，建設項目主要為管線、附屬設施、輸氣場站、穿越工程等，預計施工期為5個月，管線長23.76km，總占地面積28.89hm2，其中包括0.8hm2的永久性占地和28.09hm2的臨時占地，分別用于輸氣場站改造、附屬設施以及管道敷設、穿越工程、施工生產區(qū)及進場道路等的線路工程、輸氣場站工程等用途。工程土方開挖回填量共為18.74×104m3，其中填方量、挖方量和棄方量分別為9.21×104m3、8.95×104m3和0.58×104m3，所產生的棄方量統(tǒng)一運輸至就近的棄土場堆放。工程區(qū)為所在區(qū)域市級水土流失重點防治區(qū)，水力微度侵蝕是其主要的土壤侵蝕形式，區(qū)域允許土壤流失量為200t/(km2·a)，原地貌土壤侵蝕模數(shù)均值為150t/(km2·a)。

2 土壤流失量測算方法

2.1 開挖面土壤流失量測算

文章主要進行該燃氣管線工程施工期間及工程建設結束后植被恢復期內水土流失量預測，故采用《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL733-2018)中受到水力影響的地表擾動及土壤流失量測算公式[1]：

Mkw=RGkwLkwSkwA

(1)

式中：Mkw為燃氣管線工程開挖面所對應計算單元的土壤流失量，t；R為降雨侵蝕因子，MJ·mm/(hm2·h)，考慮到工程區(qū)年降雨量均值為596.4mm，年降雨量侵蝕因子取2084.65 MJ·mm/(hm2·h)；Gkw為燃氣管線工程開挖面土質因子((t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm))，根據式(2)進行計算；Lkw為燃氣管線工程開挖面坡長因子，為無量綱量，根據式(3)計算；Skw燃氣管線工程開挖面坡度因子，為無量綱量，根據式(4)計算；A為燃氣管線工程所對應計算單元面積(hm2)，根據式(5)確定。

(2)

Lkw=(λ/5)0.57

(3)

Skw=0.8sinθ+0.38

(4)

A=10-4ωλxcosθ

(5)

式中：SIL為粒徑0.002-0.05mm的粉粒含量，根據地勘資料，取0.35；CLA為粒徑在0.002mm以下的黏粒含量，根據地勘資料，取0.35；ρ為土壤密度，g/cm3；λ為工程水土保持監(jiān)測中土壤流失量測算單元水平投影坡長度，m；θ為水土保持監(jiān)測中土壤流失量計算單元坡度，°；ω為土壤流失量測算單元實際寬度，m；λx為土壤流失量測算單元斜坡長，m。

2.2 堆土區(qū)土壤流失量測算

根據SL733-2018，工程項目挖方所造成的臨時堆土區(qū)土壤流失量[2]應按下式確定：

Mdw=XRGdwLdwSdwA

(6)

式中：Mdw為臨時堆土區(qū)土壤流失量，t；X為臨時堆土區(qū)堆積體形態(tài)因子，為無量綱量；Gdw為堆土區(qū)土石質因子，t·hm2·h/hm2·MJ·mm；Ldw為堆土區(qū)坡長因子，為無量綱量；Sdw為堆土區(qū)坡度因子，無量綱量；其余參數(shù)含義同前。

3 基于不同時期的土壤流失量測算

通過地面定位觀測法進行該工程區(qū)土質開挖面、土石混合坡面、小粒徑石礫堆坡面水土流失量測算。具體而言，應針對所選定的坡面量測其坡度、坡長、土體屬性，并在坡面上進行樣方布設，測定沖溝溝長以及溝頂?shù)讓?、溝深等參?shù)，根據所測算出的侵蝕溝體積，進而估算水土流失量。

3.1 施工擾動期土壤流失量

監(jiān)測結果表明，站場區(qū)施工擾動面在施工機械及人員活動的影響下，土壤出現(xiàn)較為嚴重的板結，但是侵蝕溝只在施工區(qū)域邊緣局部存在。站場區(qū)臨時堆土的位置因挖填方活動較為頻繁而基本上處于回填、覆蓋狀態(tài)；站場開挖邊坡侵蝕溝也不明顯。根據對兩處站場施工擾動面、一處開挖邊坡及一處臨時堆土坡面的監(jiān)測及計算，得到站場區(qū)施工擾動、臨時堆土坡面及開挖邊坡所造成的土壤侵蝕模數(shù)分別為1610t/(km2·a)、3518 t/(km2·a)及2750 t/(km2·a)。

為進行管線區(qū)水土保持監(jiān)測，分別在施工擾動面、施工區(qū)域、臨時堆土坡面、管線開挖邊坡等處各設置2處監(jiān)測點。根據所取得的監(jiān)測資料，可以確定出管線區(qū)施工擾動面、臨時堆土坡面及開挖坡面土壤侵蝕模數(shù)分別為1600 t/(km2·a)、3540 t/(km2·a)和2260 t/(km2·a)。

在穿越工程區(qū)施工擾動面、臨時堆土坡面及開挖坡面分別設置1處監(jiān)測點，在對以上所設置的監(jiān)測點監(jiān)測資料分析計算的基礎上，得出穿越工程區(qū)施工擾動面、臨時堆土坡面、開挖邊坡所對應的土壤侵蝕模數(shù)分別為1640 t/(km2·a)、4970 t/(km2·a)和1920 t/(km2·a)。

閥室區(qū)因占地面積小，土方挖填方量與其余工程相比也較小，占地類型以及對項目區(qū)的擾動程度基本與管線工程吻合，其施工期間所產生的土壤侵蝕量也與管線區(qū)大致一致，即閥室區(qū)施工擾動面、臨時堆土坡面及開挖邊坡土壤侵蝕模數(shù)分別為1600t/(km2·a)、3540t/(km2·a)和2260t/(km2·a)。

3.2 植被恢復期土壤流失量

施工結束后進入植被恢復期，該階段不會產生新的地表擾動，主要面臨的問題是部分地表仍處于裸露狀態(tài)，并未及時復耕和綠化，可觀測到的沖溝范圍較小，且深度不超出0.5cm。結合測算結果，該時期裸露地表所對應的土壤侵蝕模數(shù)為1000t/(km2·a)。復耕區(qū)在采取植被覆蓋等處理后因植株小、尚無法充分發(fā)揮水土保持效益，故土壤侵蝕模數(shù)僅降至280 t/(km2·a)，待植株長成并達到一定規(guī)模后林下植被覆蓋率將顯著提升，土壤侵蝕程度也將隨之減小，土壤侵蝕模數(shù)將降至180t/(km2·a)。

4 基于擾動類型的土壤流失量測算

結合水土保持監(jiān)測實際需要，基于對該工程區(qū)水土流失情況的實地勘測，擾動類型相同情況下的土壤流失特點及流失量大致一致，而擾動類型不同時的土壤流失量明顯不同，為此，必須根據擾動類型進行工程區(qū)土壤流失量測算區(qū)域劃分。一般可以按照地表擾動對水土流失的影響程度將擾動類型劃分為有危害擾動和無危害擾動兩種，進而根據具體的擾動程度及侵蝕特征再進一步細分。此外，還可以基于水土保持視角進行劃分，該燃氣管線工程施工對區(qū)域地表擾動主要集中在開挖面、施工面及堆土場等處，結合監(jiān)測結果，堆土場堆土高度均不超出4m，屬于Ⅰ類擾動；開挖面則集中在管線穿越所涉及的大面積開挖區(qū)域及丘陵段邊坡開挖區(qū)域，此類開挖面邊坡一般在25°以上，屬于Ⅱ類擾動；場站及管線等作業(yè)面則位于地勢平緩區(qū)，全線擾動程度大致一致，可全部化歸為Ⅲ類擾動。場站管槽以及管線開挖施工地區(qū)雖然存在面擾動，但是其所產生的水土流失并不影響管槽外相關區(qū)域，屬于無危害擾動，故將其歸屬為Ⅴ類擾動[3]。

經分析表明，堆土場擾動面積及所造成的土壤流失量最大，在工程總水土流失量中占比48.58%，第二為場站及管線等作業(yè)面擾動，其對應的土壤流失量占比43.47%，第三為開挖面、施工面及堆土場等處施工擾動，所造成的土壤流失量占比7.95%。具體情況見表1。

表1 基于擾動類型的土壤流失量測算結果

5 結 論

綜上所述，對于燃氣管線工程而言，管溝開挖及土方臨時堆放是工程建設的主要內容，為此必須將水土保持監(jiān)測中土壤流失量測算重點放在管溝開挖施工、臨時堆土等區(qū)域和時段。隨著管線開挖的結束及臨時堆土的回填，工程區(qū)內土壤擾動量和流失量整體呈降低趨勢，并隨著管溝回填、場地平整及復耕綠化措施的實施，工程區(qū)土壤流失量將不斷減少。可以說，與燃氣管線工程類似的輸水、輸油管道等工程土壤侵蝕均具有較為一致的特點，為此，必須將水土保持監(jiān)測重點放在開工初期及施工期內，加強臨時堆土攔擋、防排水等措施的應用，在工后植被恢復期內應嚴格按照相關規(guī)范加強復耕和植被恢復。