項(xiàng)目施工期土壤流失量和背景流失量預(yù)測(cè)

費(fèi)長(zhǎng)清

(沈陽利鑫土木工程有限責(zé)任公司，沈陽 110179)

1 概 述

項(xiàng)目位于大連市金普新區(qū)擁政街道九里村，該項(xiàng)建設(shè)主要是由建筑、綠化、道路硬化以及配套工程組成[1-4]，項(xiàng)目建設(shè)14棟住宅(1-14)、1座公建(15)、1個(gè)幼兒園(16)和1個(gè)地下車庫(17)及配套設(shè)施等，總建筑面積131947m2。主要采用樁基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)。

規(guī)劃綠地率35.10%，綠地面積1.96hm2。建筑物周邊、道路兩側(cè)及景觀小品周邊等布設(shè)綠化，采用喬、灌木相結(jié)合的形式，主要栽植適宜環(huán)境、成活率較高的植株。主體尚未考慮綠化樹種，補(bǔ)充設(shè)計(jì)栽植喬木281株、灌木900株、地被7500m2、綠籬6000m2、草坪5000m2。道路及硬化面積為2.48hm2。主要道路寬為4.0m，道路長(zhǎng)約1197m，環(huán)通式布置，道路占地面積約為0.48hm2。其余硬化面積約2.00hm2，其中主體設(shè)計(jì)消防場(chǎng)地9處；地上車位642個(gè)，尺寸2.40m×5.30m；布設(shè)磚鋪面積992m2。道路采用6cm瀝青混凝土路面+24cm水泥穩(wěn)定碎石基層構(gòu)成。

2 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)大連市土壤侵蝕遙感普查可知，大連市、金普新區(qū)、擁政街道土壤侵蝕強(qiáng)度分布見表1。

表1 大連市及金普新區(qū)、擁政街道侵蝕強(qiáng)度分布表 km2

由表1可知，大連市土地面積13632.78km2，水土流失面積為3598.19km2，占大連市總面積的26.39%；大連市金普新區(qū)土地面積1732.89km2，水土流失面積為414.37km2，占金普新區(qū)總面積的23.91%；擁政街道土地面積18.99km2，侵蝕面積占總面積占擁政街道總面積的43.97。

3 水土流失影響因素分析

在自然條件中，水土流失易受項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的地形和地貌影響。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)地形起伏較大，地貌單元屬于剝蝕低丘陵，后經(jīng)人工開挖回填，地面標(biāo)高52.79m-69.25m，最大相對(duì)高差16.46m，坡度4°。在施工過程中，構(gòu)筑物基礎(chǔ)開挖及回填，溝槽開挖、填筑，溝槽開挖土的臨時(shí)堆放以及施工設(shè)施、水、風(fēng)、電、信系統(tǒng)建設(shè)等，將原地貌改變或完全破壞，大面積松散土壤、邊坡將完全暴露在外，容易導(dǎo)致水土流失。在該項(xiàng)目建設(shè)中，由于基礎(chǔ)和溝槽的開挖、回填、土方臨時(shí)堆放、臨建設(shè)施和施工人員機(jī)械的活動(dòng)等。

3.1 預(yù)測(cè)范圍及預(yù)測(cè)單元

根據(jù)實(shí)際施工安排和實(shí)際對(duì)地表擾動(dòng)情況，預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐譃?個(gè)單元，設(shè)置各單元占地面積見表2。

表2 水土流失預(yù)測(cè)單元

3.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

施工準(zhǔn)備期主要是施工前期準(zhǔn)備工作，有一定的水土流失在這個(gè)階段, 還要考慮到新的土壤侵蝕的持續(xù)性和有效水土保持植物措施的滯后性[5]，土壤侵蝕也不同程度存在自然恢復(fù)期。

3.2.1 施工期

基坑開挖及建筑施工，開挖回填破壞原有地貌，施工過程中開挖與填方之間的時(shí)間和空間差距，裸露或廢棄的土地，容易受到土壤侵蝕，該階段水土流失類型復(fù)雜、分布面廣，施工期各分區(qū)地面覆蓋情況將發(fā)生變化，且變化時(shí)間不一，因此需按照各分區(qū)具體施工進(jìn)度確定侵蝕時(shí)間。

建筑物工程區(qū)在基坑開挖時(shí)開始被擾動(dòng)，待基礎(chǔ)、底板工程完工后視為硬覆蓋，無侵蝕。由此建筑物工程區(qū)侵蝕時(shí)間為2021年9月-2022年6月。

1)車庫區(qū)：前期為裸露地面，從2021年9月裸地開始進(jìn)行基坑開挖，受到施工擾動(dòng)產(chǎn)生流失，直至2022年6月底板施工完畢，然后此區(qū)域視為硬覆蓋，后2023年3月地下車庫上方覆土后才有流失，直至2023年6月綠化工程施工結(jié)束，該區(qū)地面栽植綠植。故車庫區(qū)2021年9月-2022年6月和2023年3月-2023年6月。

2)非車庫區(qū)：前期為裸露地面，受到施工擾動(dòng)產(chǎn)生流失，直至2023年6月綠化工程施工結(jié)束，該區(qū)地面栽植綠植。故非車庫區(qū)的侵蝕時(shí)間為2021年9月-2023年6月。

3.2.2 道路及硬化工程區(qū)

車庫區(qū)：前期為裸露地面，從2021年9月裸地開始進(jìn)行基坑開挖，受到施工擾動(dòng)產(chǎn)生流失，直至2022年6月底板施工完畢，然后此區(qū)域視為硬覆蓋，后2023年3月地下車庫上方覆土后才有流失，直至2023年5月道路及硬化工程施工結(jié)束，該區(qū)地面硬化。故車庫區(qū)的侵蝕時(shí)間為2021年9月-2022年6月和2023年3月-2023年5月。

非車庫區(qū)：前期為裸露地面，受到施工擾動(dòng)產(chǎn)生流失，直至2023年5月道路及硬化工程施工結(jié)束，該區(qū)地面硬化。故非車庫區(qū)的侵蝕時(shí)間為2021年9月-2023年5月。

3.2.3 施工臨時(shí)占地區(qū)

施工時(shí)為硬化地面，幾乎無流失，不預(yù)測(cè)。至2023年12月拆除后交付其他施工單位進(jìn)行道路施工。

3.3 自然恢復(fù)期

在施工結(jié)束后, 主要建筑區(qū)域的大部分地面被建筑物占據(jù)[6]，經(jīng)過工程措施和植物綠化措施，裸地基本恢復(fù)植被，綠化工程區(qū)的自然恢復(fù)期時(shí)段確定為2年。根據(jù)工程特點(diǎn)，建設(shè)期水土流失侵蝕時(shí)間詳見表3。

3.4 預(yù)測(cè)方法

土壤流失量預(yù)測(cè)采用下式計(jì)算：

(1)

式中：W為土壤流失量，t；J為預(yù)測(cè)時(shí)段，j=1 ，2；I-預(yù)測(cè)單元，i=1 ，2 ，3 ，…，n-1，n；Fji為預(yù)測(cè)單元的面積，km2；Mji為預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Tji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段對(duì)應(yīng)的第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

表3 土壤流失預(yù)測(cè)時(shí)段表

3.5 土壤侵蝕模數(shù)

3.5.1 原地貌水土流失背景值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并根據(jù)區(qū)域雨量、風(fēng)速特征、地形、土地組成、土地利用和植被生長(zhǎng)等情況，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)背景值確定為1800t/km2·a。

3.5.2 擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)確定

項(xiàng)目建設(shè)區(qū)屬于水力作用下的土壤流失，施工期間項(xiàng)目建設(shè)區(qū)中的施工開挖區(qū)域?qū)儆诘乇矸瓟_型的一般擾動(dòng)地表。具體分類劃分詳見表4。

表4 施工期各區(qū)水土流失類型劃分表

地表翻擾型一般擾動(dòng)地表計(jì)算單元土壤流失量測(cè)算公式：

Myd=RKydLySyBETA

(2)

式中：Myd為單元土壤流失量(表面擾動(dòng)類型 一般擾動(dòng)表面)，t；R為降雨侵蝕因子，MJ·mm/(hm2·h)；Ky-為土壤可蝕性因子，t·hm2/(hm2·MJ·mm)；Ly為坡長(zhǎng)因子；Sy為坡度因子；B為植被覆蓋因子；E為工程措施因子；T為耕作措施因子；A為計(jì)算單元的水平投影面積。

Kyd=NK

(3)

式中：N為地表擾動(dòng)后土壤可蝕性因子增加系數(shù)；K為土壤侵蝕因子，t·hm2/(hm2·MJ·mm)。

參數(shù)的計(jì)算步驟及計(jì)算公式為：

1)坡長(zhǎng)因子公式如下：

Ly=(λ/20)m

(4)

λ=λxcosθ

(5)

式中：λ為單元水平投影長(zhǎng)度，m，θ為計(jì)算單元坡度，°，取值范圍為0°- 90°；m為坡長(zhǎng)指數(shù)；λX為計(jì)算單元斜坡長(zhǎng)度，m。

2)坡度因子公式如下：

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)]

(6)

當(dāng)坡度θ≤35°時(shí)，按實(shí)際值計(jì)算，當(dāng)坡度θ>35°時(shí)，按35°計(jì)算。 當(dāng)當(dāng)坡度θ為 0°時(shí)，Sy 取 0；e為自然對(duì)數(shù)的底，可取2.72。

計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 地表翻擾型一般擾動(dòng)地表土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算表

3.5.3 自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)

工程施工結(jié)束后，施工臨時(shí)占地區(qū)、建筑物工程區(qū)和道路及硬化工程區(qū)為硬覆蓋或建筑，無侵蝕，不預(yù)測(cè)。綠化工程區(qū)的綠化區(qū)松散裸露地表逐步趨于穩(wěn)定，第一年和第二年侵蝕模數(shù)分別為2400和1800/km2a，已經(jīng)達(dá)到背景值，不再新增流失量。

3.6 預(yù)測(cè)結(jié)果

3.6.1 施工期土壤流失量預(yù)測(cè)

水土流失的總量在施工期間為334t，水土流失增加157t。詳見表6。

表6 施工期土壤流失預(yù)測(cè)表

經(jīng)預(yù)測(cè)，自然恢復(fù)期土壤流失總量為82t，水土流失增量為46t。詳見表7。

表7 自然恢復(fù)期土壤流失預(yù)測(cè)表

3.7 水土流失預(yù)測(cè)匯總

通過預(yù)測(cè)，工程背景流失量為213t，預(yù)測(cè)流失量為416t，新增流失量為203t。詳見表8。

表8 水土流失預(yù)測(cè)分析匯總表

經(jīng)分析可知，施工期道路及硬化工程區(qū)新增流失量最大；自然恢復(fù)期綠化工程區(qū)新增流失量最大。施工期為關(guān)鍵防治階段。

4 結(jié) 語

在預(yù)測(cè)年限內(nèi)，背景流失量為213t，預(yù)測(cè)流失量為416t，新增流失量為203t。在工程施工中，水土流失防治重點(diǎn)階段為道路及硬化工程區(qū)，由以上預(yù)測(cè)可知，在施工期階段水土流失量比自然恢復(fù)階段的水土流失量大，因而施工期是整個(gè)施工階段的關(guān)鍵時(shí)期。