深圳某碧道生態(tài)治理中的水土保持設(shè)計(jì)和監(jiān)測研究

阮繼玲

(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平不斷提高，水利工程作為重要的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，也是工程質(zhì)量、考核的重要指標(biāo)[1]。其中水土保持和監(jiān)測工作是保障水利工程質(zhì)量的重要施工作業(yè)。水利工程發(fā)展的幾年時間內(nèi)，隨著建設(shè)數(shù)量的日益增加，建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，推動了經(jīng)濟(jì)水平的快速增長，起到了巨大的經(jīng)濟(jì)推動作用。但是，由于當(dāng)前建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在施工過程中，地層表面出現(xiàn)一定程度的擾動，地表植被遭到破壞，從而引發(fā)嚴(yán)重的水土流失和滑坡，給工程安全以及生命財(cái)產(chǎn)安全埋下了嚴(yán)重的安全隱患。為了防止此類事件的發(fā)生，國內(nèi)學(xué)者針對河道生態(tài)治理從水土保持、河道疏通、監(jiān)測設(shè)計(jì)等問題展開研究工作[2]。本文以深圳某碧道生態(tài)治理為研究背景，通過現(xiàn)場勘察對擬建區(qū)域的工程地質(zhì)條件進(jìn)行評價，在建設(shè)可行性分析基礎(chǔ)上，針對該區(qū)域的工程布置，且實(shí)施了水土保持設(shè)計(jì)和監(jiān)測工作，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價這可為類似河道水土保持設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況及水土保持現(xiàn)狀

1.1 工程概況

碧道位于深圳市寶安區(qū)沙井街道，西起截流河，東至東興花園及康民路，全長2.72km。建設(shè)內(nèi)容包含：本工程碧道根據(jù)打造重點(diǎn)程度不同分為3種類型：長征文化段、休閑健身段以及自然生態(tài)段。

休閑健身段樁號為CK2+520～CK3+820，該段主要建設(shè)休閑碧道以供居民游客休閑健身，主要工程措施為在現(xiàn)狀堤頂修建1.5m寬休閑綠道，綠道兩側(cè)采用草皮綠化，臨水側(cè)3m范圍鋪設(shè)草皮至干砌石護(hù)坡，間距8m種植銀杏樹。

長征文化段樁號為CK3+820～CK4+320，為本次工程重點(diǎn)打造段。以及支K0+000～支K0+650，主要工程措施有新建一處休閑公園、新建人工瀑布、新建人行拱橋、新建棧道61m、兩座橋(眾星橋和民興橋)改造、改造疊石景觀陂頭、河口處打造親水廣場和河灘以及新建親水平臺和沙灘等措施。

1.2 水土保持現(xiàn)狀

1.2.1水環(huán)境的現(xiàn)狀

城口河碧道類型主要為鄉(xiāng)野型碧道，碧道水質(zhì)應(yīng)清澈無異味，水體流動，健康有活力。碧道水質(zhì)不低于IV類水標(biāo)準(zhǔn)。城口河現(xiàn)狀水質(zhì)基本達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

城口河現(xiàn)有污染源主要為農(nóng)田面源污染，現(xiàn)有高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與農(nóng)田綜合治理已規(guī)劃對農(nóng)田污水進(jìn)行綜合排放，故本次碧道建設(shè)對灌區(qū)生態(tài)不進(jìn)行改造。

1.2.2澇區(qū)

按澇區(qū)十年一次24小時暴雨為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的徑流量;城市以及田菜地按一天排干設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)；農(nóng)莊按三天排干設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)。

由于本工程主要治理措施為清淤疏浚和岸坡防護(hù)、防沖刷，保障堤岸穩(wěn)固，無新建堤防，工程不存在澇區(qū)。

1.2.3泥沙

本工程流域河流含沙量不大，枯水期河水清澈，但洪水期河水較為渾濁，河流泥沙大部分由洪水夾帶而來。本工程流域以上無實(shí)測泥砂資料，本流域懸移質(zhì)多年平均年輸沙模數(shù)為100～200t/km2。該站多年平均含沙量為0.17kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為144t/km2。按推移質(zhì)沙比值β為0.15計(jì)，以此推算大麻溪斷面1年總輸沙量為在774.72t，為坑水?dāng)嗝?年總輸沙量為在2018.88t；從城口河觀察，河床淤積不嚴(yán)重。

1.2.4引發(fā)水土流失的問題

(1)施工擾動地表；施工過程中，平整土地需要進(jìn)行大量的挖坑作業(yè)，會對地表產(chǎn)生強(qiáng)烈的涌向，造成地表物質(zhì)的損耗，破壞地表原有的土壤狀態(tài)。此外，隨著基面的挖掘，基面植被被破壞，導(dǎo)致施工地表裸露。在沖擊作用下，植被的防固功能減弱，水土涵養(yǎng)能力下降，在受到強(qiáng)烈外界影響時，出現(xiàn)嚴(yán)重的滑坡和水土流失。

(2)棄土廢渣的轉(zhuǎn)存；在進(jìn)行水利工程施工時，雖然會進(jìn)行材料的平衡整理，但是仍存在大量的工程廢渣，這些棄土廢渣在場地堆積，在處理不當(dāng)、沒有好的防護(hù)措施的情況下，會產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失，引發(fā)崩塌等事故。

2 工程地質(zhì)條件

地下水類型主要是賦存于第四系土層內(nèi)的孔隙水以及賦存于基巖中的基巖裂隙水，主要受大氣降雨所補(bǔ)給，并由山體向河流排泄。殘坡積層分布于山坡附近，一般土質(zhì)成分雜，碎塊成分較多，密度較差，則透水性較強(qiáng)，沒有穩(wěn)定的地下水位。隨著季節(jié)氣候變化而變化，屬于表層潛水層，地下水位埋深較淺，透水性屬中等。本區(qū)域主要地層成因是沖積砂質(zhì)粘土，含卵石砂層、砂卵礫石層，分布在工程區(qū)內(nèi)；早侏羅世(J1γ)細(xì)粒、中粒黑云母花崗巖，出露于工程區(qū)周邊山體，且為河道下伏主要地層。

沖積層上部的砂質(zhì)粘土或粉質(zhì)粘土，土層賦水能力差，含水量少，透水性屬中等較弱，滲透系數(shù)。中下部的砂層和砂卵礫石層透水性好，是良好的含水層和透水層，含有大量的孔隙水，此層含水層大多數(shù)屬無壓的孔隙性潛水，但局部地段可能會成為具低壓的承壓水，此層地下水位埋深淺。區(qū)內(nèi)基巖為花崗巖。多以全風(fēng)化狀態(tài)出露。

3 水土保持設(shè)計(jì)

3.1 水土流失預(yù)測

通過侵蝕模數(shù)法，對治理范圍進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，工程預(yù)測水土流失總量為256.96t，新增水土流失總量為123.39t，通過對不同時段及不同分區(qū)的水土流失量預(yù)測發(fā)現(xiàn)[3]。水土流失危害往往具有潛在性，必須實(shí)施水土保持方案，避免對工程本身、項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境和周邊生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

3.2 水土保持分區(qū)治理措施

按照項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容，將項(xiàng)目區(qū)劃分為主體工程區(qū)、施工區(qū)以及施工臨時區(qū)這3個水土流失防治進(jìn)行分區(qū)防治[4]。水土保持措施根據(jù)工程施工的日期安排和工藝的特點(diǎn)進(jìn)行布置。

3.2.1主體工程區(qū)

(1)編織土袋攔阻

在主體工程施工過程中，在坡腳采取編織土袋攔阻措施，防止在坡腳擋墻未完成時候進(jìn)行大面積的開挖回填，這樣土石方所造成的水土流失更大，臨時土袋擋墻底寬0.75m，頂寬0.3m，高0.3m，總長度約為1000m，需裝土150m3，土袋裝填用土為清理表面土。

(2)塑料透膜覆蓋

因主體工程施工土石方量較大，嚴(yán)重破壞了原地層表面結(jié)構(gòu)，在施工期間地表外露，土體松散，工程為期長，在降雨條件下施工易引發(fā)水土流失，因此必須做好施工期間的臨時防護(hù)[5]?？紤]主體工程施工期間地表層變化較大，因此采用塑料透膜覆蓋的方式來減少雨水的沖刷。根據(jù)主體工程坡面積和施工快慢，此次工程約需要塑料薄膜2250m2。臨時堆土區(qū)防護(hù)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 臨時堆土區(qū)防護(hù)設(shè)計(jì)圖

3.2.2施工營造布置區(qū)

(1)表土剝離

施工前，先清理表層植被，然后進(jìn)行表土剝離，剝離厚度為0.3m，面積為0.1hm2，工程量為300m3。施工結(jié)束后對占有地塊進(jìn)行表土回填，回填量為300m3。

(2)土地整治

工程完工后，對臨時占地進(jìn)行平整和表土覆蓋，覆土總量為300m3，土地整治總面積為0.1hm2。

(3)撒播草籽

施工結(jié)束后，進(jìn)行植被恢復(fù)，撒播草籽面積為0.1hm2，密度為40kg/hm2，草籽選用狗牙根。

(4)臨時排水溝

施工期間為了防止場地的平整且產(chǎn)生的水土流失會影響到周圍環(huán)境，需要開挖環(huán)場排水溝將采用人工開挖，斷面為0.4m×0.4m，坡比為1∶1，總長度約為120m，開挖土方面積28.8m3，M10砂漿抹面積140m2。排水溝示意圖如圖2所示。

圖2 臨時排水溝斷面圖

3.2.3施工臨時布置區(qū)

(1)表土剝離

新建臨時道路前，先清理表層植被，然后進(jìn)行表土剝離，剝離厚度為0.3m，面積為0.32hm2，工程量為960m3。

(2)土地整治

施工結(jié)束后，對臨時占地進(jìn)行平整和表土覆蓋，覆土量為960m3，土地整治面積為0.32hm2。

(3)撒播草籽

棄渣結(jié)束后，對堆渣的坡面平整和表土覆蓋，然后進(jìn)行植被恢復(fù)，撒播草籽面積為0.32hm2，密度為40kg/hm2，草籽選用狗牙根。防治區(qū)后期恢復(fù)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 防治區(qū)后期恢復(fù)設(shè)計(jì)圖

4 監(jiān)測布置體系

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

結(jié)合本次工程實(shí)際情況，確定監(jiān)測內(nèi)容具體包括以下幾方面。

(1)擾動地表面積監(jiān)測

通過調(diào)查，對不同施工階段的擾動地表面積進(jìn)行監(jiān)測，使施工工作在其征地范圍內(nèi)實(shí)施，避免隨意擴(kuò)大擾動面積。

(2)水土流失量的監(jiān)測

水土流失量主要是水蝕量。通過在主體工程區(qū)、棄渣場等地段設(shè)立監(jiān)測點(diǎn)，定期進(jìn)行水土流失量的測定，即可得到本項(xiàng)目施工過程中土壤侵蝕量及其變化[6]。

(3)水土流失危害的監(jiān)測

通過收集資料結(jié)合調(diào)查分析，監(jiān)測項(xiàng)目區(qū)內(nèi)水土流失對項(xiàng)目區(qū)和周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

(4)水土流失防治效果監(jiān)測

在施工結(jié)束后監(jiān)測本水土保持設(shè)計(jì)已布設(shè)的水保設(shè)施的實(shí)施及運(yùn)行情況，以及各項(xiàng)水保措施完建后產(chǎn)生的效益(包括水保、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益)，如所植樹的成活率、生長狀況及覆蓋率等。

(5)水土保持措施實(shí)施情況的監(jiān)測

水土保持措施的實(shí)施情況的監(jiān)測，包括施工期臨時防護(hù)措施、工程措施和植物措施總體實(shí)施情況的監(jiān)測。其中施工期水土流失量及施工結(jié)束后水土保持措施的實(shí)施情況及其防治效果是監(jiān)測的重點(diǎn)內(nèi)容，施工期是重點(diǎn)監(jiān)測時段，監(jiān)測的重點(diǎn)位置是主體工程區(qū)[7]。

4.2 監(jiān)測方法

監(jiān)測主要采取兩種方法，地面觀測法和調(diào)查監(jiān)測法。通過采用樁釘法和侵蝕溝樣方法等地面觀測法實(shí)現(xiàn)流失量的監(jiān)測，調(diào)查監(jiān)測法實(shí)現(xiàn)各種面積和防治效果的監(jiān)測[8]。

(1)樁釘法：是在汛前將直徑0.5～1cm、長5～100cm的鋼釬按一定距離分上中下、左中右縱橫各3排打入地下，釘帽與地面齊平，通過觀測釘帽與地面之間的距離量測侵蝕深度，計(jì)算侵蝕量。

(2)侵蝕溝采樣法：對于暫不擾動的土質(zhì)開挖面、土石混合或石粒較小的堆墊坡面的土壤侵蝕量進(jìn)行監(jiān)測。此方法是選擇一定面積并具有代表性的坡面作樣方，測量坡面形成的坡度、坡長、以及組成物質(zhì)、容重等，定期在每次大雨過后和汛期完后觀測樣方的溝蝕情況，對樣方及溝蝕情況進(jìn)行量測，并將實(shí)測數(shù)據(jù)采用以下公式計(jì)算樣方溝蝕水土流失量：

式中，A—土壤侵蝕模數(shù)，t/km2.a；V—樣方內(nèi)侵蝕溝的體積，m3；r—土壤容重，t/m3；Sa—樣方面積，m2。

對于局部地區(qū)的細(xì)溝和淺溝可采取樣地段橫斷面體積量測法，侵蝕溝的斷面面積可依據(jù)實(shí)際斷面來測量，以梯形、三角形等斷面形式計(jì)算。具體方法是在一個采樣地(B樣地寬×L坡長)上等間距取若干個斷面測量每個斷面上侵蝕溝的斷面面積，然后采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，M—樣地侵蝕量，t；Si—第i個斷面的面積，m2；Si+1—第i+1個斷面的面積，m2；L—樣方斷面間距，m2；r—土壤容重，t/m3；n—斷面數(shù)。

對于擾動地表面積、水土保持措施實(shí)施數(shù)量、水土流失危害、水土保持防治效果等的監(jiān)測，可以通過調(diào)查、巡查結(jié)合實(shí)地量測的方式進(jìn)行；而對于植物措施實(shí)施數(shù)量、成活率、生長情況的監(jiān)測，因植物面積大，形狀不規(guī)則，可考慮采用定點(diǎn)樣方調(diào)查法和查閱主體工程設(shè)計(jì)和監(jiān)理資料的方法。

5 工程經(jīng)濟(jì)評價

5.1 國民經(jīng)濟(jì)評價

根據(jù)SL 72—2013《水利建設(shè)項(xiàng)目評價規(guī)范》，工程屬于社會公益性的水利項(xiàng)目，以8%的社會折現(xiàn)率進(jìn)行評價。經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為207.93萬元，大于0；經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為10.30%，大于社會折現(xiàn)率8%；經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.17，大于1.0，各項(xiàng)評價指標(biāo)很好，故本工程在經(jīng)濟(jì)上是合理可行的，經(jīng)濟(jì)效益滿足水利工程項(xiàng)目要求。

5.2 敏感性分析

為了進(jìn)一步的證明國民經(jīng)濟(jì)評價的可靠性，在評價成果的眾多因素中將選取固定資產(chǎn)投資和效益兩方面作為敏感因素進(jìn)行敏感性分析[9]。按固定資產(chǎn)投資的增減10%，效益增減10%兩項(xiàng)不確定的因素單獨(dú)發(fā)生的波動進(jìn)行敏感性分析，分析成果見表1。

表1 國民經(jīng)濟(jì)敏感性分析

從敏感性分析結(jié)果可以看出，在投資上、下浮動10%；在效益上、下浮動10%；經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率仍大于社會折現(xiàn)率，均不會改變工程經(jīng)濟(jì)評價結(jié)論，說明此次工程在經(jīng)濟(jì)上具有一定的抗風(fēng)險能力。

6 結(jié)語

水土保持是水域的綜合環(huán)境治理的重要部分，水利工程建設(shè)施工周期時間長，對生態(tài)環(huán)境破壞大，因此項(xiàng)目施工要重視施工對環(huán)境的影響，注重施工過程中的水土保持和監(jiān)測研究設(shè)計(jì)，并建立完善的生態(tài)治理措施和治理體系，有效地治理水土流失，保持水利工程長期持續(xù)發(fā)展。文章通過梳理深圳某碧道工程水土流失現(xiàn)狀，實(shí)施了水土保持設(shè)計(jì)和監(jiān)測工，各項(xiàng)評價指標(biāo)很好，經(jīng)濟(jì)效益可滿足水利工程項(xiàng)目要求。