沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持設(shè)計探究

［關(guān)鍵詞］ 水土流失；水土保持設(shè)計；機場項目；沿海濕潤地區(qū)

［摘" 要］ 機場工程施工擾動面積大、擾動時間長，動用土石方總量大，臨時堆土較多，擴建需求和安全標準較高，因此水土保持設(shè)計難度較大。通過分析沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持設(shè)計難點，提出機場項目水土保持設(shè)計時應(yīng)遵循水土保持措施與已有主體工程相結(jié)合，永臨結(jié)合兼顧防風(fēng)蝕水蝕，植物措施要因地制宜配置并與飛行安全相結(jié)合，水土保持設(shè)計理念要適度超前等原則，并以廣州白云國際機場三期擴建工程為例，分析沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持措施設(shè)計，包括表土保護、蓄排水工程、透水磚鋪裝、臨時排水和沉沙措施、植物措施。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.09.015

［引用格式］ 楊賀菲，張長偉，張旭，等.沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持設(shè)計探究［J］.中國水土保持，2024（9）：42-45.

交通是現(xiàn)代化城市建設(shè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，機場作為重要戰(zhàn)略性大型公共交通基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵作用。2021年12月，中國民用航空局、國家發(fā)展和改革委員會、交通運輸部聯(lián)合印發(fā)了《“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃》，提出預(yù)計到2025年，我國民用運輸機場數(shù)量達到270個以上，同時對機場建設(shè)綠色發(fā)展理念提出更高的要求。沿海濕潤地區(qū)大部分城市為我國經(jīng)濟發(fā)展的龍頭城市，是帶動我國經(jīng)濟騰飛的先行示范區(qū)。近年來隨著沿海濕潤地區(qū)城市化進程進入飽和階段，城市用地越來越緊張，大型生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)不得不“削峰填谷”“吹填造地”，由此引發(fā)的水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞也更加嚴重。習(xí)近平總書記強調(diào)“把綠色發(fā)展理念貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展全過程各方面”，綠色是高質(zhì)量發(fā)展的底色，新質(zhì)生產(chǎn)力本身就是綠色生產(chǎn)力，如何在新時期利用先進的水土保持經(jīng)驗和技術(shù)踐行綠色發(fā)展理念，是水土保持工作者面臨的新挑戰(zhàn)。

目前，在大型機場項目水土保持方案編制中，水土保持任務(wù)更多地依賴于主體設(shè)計中設(shè)置的具有水土保持功能的工程措施，而綠化任務(wù)更多地依賴于專業(yè)的園林綠化公司。同時，配合主體設(shè)計的相關(guān)水土保持工程措施、施工過程中的臨時措施，以及兼顧水土保持和園林綠化功能的植物措施，存在技術(shù)手段落后、理念不符實際等問題。因此，本研究以廣州白云國際機場三期擴建工程水土保持方案編制實踐為例，探討沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持措施設(shè)計思路，以期為同類型地區(qū)和項目水土保持方案編制提供參考。

1" 機場項目建設(shè)特點

1）施工擾動面積大，擾動時間長，土石方總量大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國機場建設(shè)項目平均占地面積為247 hm2，平均土石方挖填量為947萬m3，建設(shè)期平均擾動地表時間為28個月，造成的水土流失量平均為3.73萬t［1］。隨著經(jīng)濟發(fā)展，近年來大型機場項目平均占地面積達2 000 hm2或以上，可比擬一個小型流域。經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)機場占地范圍更廣，建設(shè)工期更長，挖填土石方量更大。例如，北京大興國際機場占地面積2 942.88 hm2，工程建設(shè)期土石方挖填總量約3 935.14萬m3，建設(shè)工期約40個月；廣州白云機場占地面積2 094.20 hm2，三期擴建工程增加占地面積1 559.7 hm2，擴建工程土石方挖填總量2 892.12萬m3，建設(shè)工期51個月。建設(shè)期間，原有的土壤和植被資源遭到破壞，在降水和地表徑流的影響下，極易造成大量水土流失、土壤結(jié)構(gòu)破壞和肥力損失，進而引起區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)破壞等諸多環(huán)境問題。

2）剝離表土及綠化覆土較多，有大量臨時堆土。沿海濕潤地區(qū)機場工程占地面積大，地形比較平坦，占地類型主要為耕地、園地、林地、草地等，表土資源比較豐富，需要將表土進行剝離并集中堆存保護。剝離堆存的表土一般用于施工結(jié)束后機場綠化區(qū)域的綠化覆土，而臨時堆存的松散表土在沿海地區(qū)強降水和大風(fēng)的影響下極易造成次生水土流失。

3）擴建需求高。隨著城市快速發(fā)展，機場運量日益增長，為了配套經(jīng)濟發(fā)達城市的交通發(fā)展戰(zhàn)略，機場后期通常需要進行改擴建，原有的水土保持措施將無法滿足需求，甚至喪失防風(fēng)固土的功能，原有土壤、植被遭到破壞，水土資源流失嚴重。隨著機場后期不斷改擴建，非滲水占地面積比例不斷增大，導(dǎo)致排水設(shè)施功能衰減，加劇了飛行區(qū)雨季洪澇現(xiàn)象［2］。

4）安全標準高。相較于常見的生產(chǎn)建設(shè)項目，機場工程的安全設(shè)計標準較高，特別是有消防要求和防鳥撞的需求。其中防鳥撞問題是世界性難題，鳥撞的原因較為復(fù)雜，包括機場及其周邊地區(qū)環(huán)境吸引鳥類進入機場取食、棲息、繁殖和休息，機場位置處于鳥類遷徙路線上，惡劣天氣迫使鳥類進入機場等［3］，因此大型機場工程設(shè)計時需要考慮多方面安全因素。

2" 沿海濕潤地區(qū)大型機場項目水土保持設(shè)計難點

1）沿海濕潤地區(qū)降水和風(fēng)力較大。一方面，沿海地區(qū)雨量豐沛，季風(fēng)性氣候影響強烈，降水有季節(jié)性特點，雨季集中，瞬時降水強度高，臺風(fēng)、熱帶風(fēng)暴等短歷時強降水容易造成洪澇災(zāi)害。另一方面，

沿海地區(qū)風(fēng)力較強，時伴有臺風(fēng)天氣，一次短暫的大風(fēng)過程足以發(fā)生強烈的風(fēng)蝕現(xiàn)象［4］。因此，機場項目水土保持設(shè)計時一方面要做好蓄滲排水措施，另一方面要做好剝離表土資源的抗風(fēng)蝕措施。

2）機場擴建帶來的排水壓力大。機場改擴建工程中新建航站樓及擴展機坪等工程導(dǎo)致場內(nèi)溝渠匯水量增加［2］，增大了飛行區(qū)排水設(shè)施的排水壓力；擴建的硬化道路增加了非滲水地表面積，原有的排水設(shè)施無法滿足排水需求。因此，機場項目的水土保持設(shè)計不能僅參照前期的設(shè)計標準，需要考慮到擴建工程的特殊性。

3）水土保持植物措施要求高。機場建設(shè)工程有較高的安全設(shè)計標準，水土保持設(shè)計時要充分考慮消防要求，同時要考慮避免種植會吸引鳥類的植物，這對植被種類的選擇、喬灌草搭配方式等提出了更高要求。

4）海綿城市建設(shè)對水土保持設(shè)計提出了新要求。由于傳統(tǒng)機場建設(shè)布設(shè)大面積硬化飛行區(qū)，帶來的內(nèi)澇積水等問題影響機場的安全運行，因此許多城市在新建、改擴建機場時引入海綿城市理念［5］。2015年10月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2015〕75號），要求到2020年城市建成區(qū)20%以上的面積達到海綿城市目標要求，到2030年城市建成區(qū)80%以上的面積達到目標要求。沿海濕潤地區(qū)大型機場項目一般位于經(jīng)濟發(fā)達城市，通常響應(yīng)“海綿機場”建設(shè)要求比較超前?！昂＞d機場”即針對機場工程建設(shè)特點，以保障機場排澇安全為基本原則，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)手段，實現(xiàn)有效提高機場防澇排澇能力、減少徑流污染、提高雨水資源化利用率、降低工程建設(shè)對周邊環(huán)境的影響、改善區(qū)域內(nèi)微氣候等建設(shè)目標［6］。因此，機場項目水土保持設(shè)計應(yīng)以綠色發(fā)展理念為先導(dǎo)，配置科學(xué)合理、生態(tài)友好的水土保持措施體系。

3" 水土保持設(shè)計原則

3.1" 水土保持措施與已有主體工程相結(jié)合

按照水土保持工程界定原則（即主導(dǎo)功能原則、責(zé)任區(qū)分原則、試驗排除原則），對主體設(shè)計中的水土保持工程進行界定，并將主體工程中具有水土保持功能的相關(guān)工程納入水土保持措施體系，對不足部分提出改進建議，以形成科學(xué)完備的水土保持措施體系。機場工程主體設(shè)計中的排水設(shè)施、雨水管網(wǎng)、蓄水設(shè)施、透水磚鋪設(shè)等均可界定為水土保持措施，但是這些工程措施還不足以構(gòu)成完善的水土保持措施體系，需要在此基礎(chǔ)上補充表土保護、土地整治等水土保持措施，同時應(yīng)驗算排水溝、蓄水池等主體工程中已有措施的工程量是否滿足水土保持的需求。

3.2" 永臨結(jié)合兼顧防風(fēng)蝕水蝕

機場工程建設(shè)工期長，通常跨越幾個雨季。施工期基礎(chǔ)開挖會形成非穩(wěn)定人工邊坡，同時擾動地表、破壞原地貌植被，是水土流失的高發(fā)期，需要采取永臨結(jié)合的方式防治水土流失。此外，大量剝離的表土集中堆放在臨時堆土區(qū)，應(yīng)考慮布設(shè)永臨結(jié)合的排水沉沙、臨時攔擋等防護措施，同時用密目網(wǎng)進行苫蓋，起到防水防風(fēng)的作用。

3.3" 植物措施要因地制宜配置并與飛行安全相結(jié)合

機場工程的水土保持植物措施需要優(yōu)選適地樹種草種，充分考慮樹種的抗逆性和栽植區(qū)域的特點，以達到固土、防護功能與生態(tài)效益有機結(jié)合。除此之外，還要充分考慮飛行安全， 盡量減少種植容易吸引鳥類的漿果類植物，避免種植枝繁葉茂的落葉喬木等適合鳥類棲息的樹種；為保證凈空的要求，機場周圍防護林帶的植物應(yīng)選擇低矮灌木［7］。由于飛機在起降過程中，噴氣所產(chǎn)生的溫度較高，會對草坪造成強烈的熱傷害，因此要求跑道兩側(cè)草坪的草種具有較強的耐熱性［8］。

3.4" 水土保持設(shè)計理念要適度超前

為使現(xiàn)代化大型機場在未來較長時間內(nèi)滿足需求，機場設(shè)施設(shè)備需達到世界領(lǐng)先水平，這就要求水土保持措施設(shè)計必須具備超前的設(shè)計理念。例如，在全球變暖的影響下極端降水事件頻發(fā)，結(jié)合后期機場改擴建的需求，降水蓄滲、給排水等工程要適當(dāng)提高防洪標準等設(shè)計標準，精準驗算蓄排水設(shè)施是否能滿足中長期發(fā)展需求；綠化措施應(yīng)根據(jù)實際情況考慮機場建設(shè)后期及運行期的修剪養(yǎng)護，適當(dāng)補植，加強管護。

4" 典型機場項目水土保持設(shè)計

4.1" 項目概況

廣州白云國際機場三期擴建工程建設(shè)目標年為2030年，擴建后機場將滿足年旅客吞吐量1.2億人次、年貨郵吞吐量380萬t、年飛機起降量77.5萬架次的需求。項目新建飛行區(qū)等級為4E，擴建工程建設(shè)內(nèi)容包括機場工程（飛行區(qū)、航站區(qū)、貨運區(qū)和綜合工作區(qū)工程）、供油工程和空管工程。工程占地面積為1 566.48 hm2，全部為永久占地。工程挖方總量2 892.12萬m3，填方總量3 102.58萬m3，外借土方210.46萬m3，無廢棄方，外借土方來自其他項目的多余土石方。工程于2020年10月開工，預(yù)計2024年12月完工，總工期51個月。項目區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫21.5 ℃，多年平均降水量1 739.1 mm，雨季降水量占全年降水量的80%以上，臺風(fēng)過境時風(fēng)力一般為6～9級，風(fēng)速10.8～24.4 m/s，最大風(fēng)速為35.4 m/s。

4.2" 水土保持措施設(shè)計

4.2.1" 表土保護

施工前，對各分區(qū)進行表土剝離，并集中堆放在指定的臨時堆土區(qū)；施工過程中采取臨時袋裝土攔擋、密目網(wǎng)苫蓋、排水沉沙等防護措施；施工結(jié)束后，進行土地整治并回覆表土，植草綠化。工程共剝離表土265.84萬m3，一般臨時堆土堆高控制在3 m以內(nèi)，坡比為1∶2。場內(nèi)臨時堆土區(qū)域面積約119.16 hm2，空管工程（場外部分）臨時堆土區(qū)域面積約0.79 hm2。臨時堆土區(qū)防治措施布局見圖1。

4.2.2" 蓄排水工程

沿海濕潤地區(qū)機場工程的蓄排水工程是極為重要的水土保持措施，本項目主體工程設(shè)計了較為完善的蓄排水設(shè)施。經(jīng)計算，蓄排水工程投資估算費用為11.89億元，此項費用占水土保持措施費用（工程、植物、臨時措施合計費用）的80.7%。

1）排水工程。以飛行區(qū)為例，施工后期需要完善的場地排水設(shè)施包括排水箱涵、漿砌石蓋板溝、漿砌石矩形明溝、混凝土預(yù)制塊V形溝、雨水管、調(diào)節(jié)蓄水池等，其中飛行區(qū)擬建各類排水溝總長約89.91 km（排水溝布設(shè)情況見表1）。根據(jù)洪峰流量計算公式和明渠均勻流水力計算公式，驗算排水溝的排水能力是否滿足排水要求。從表1過流能力計算結(jié)果可見，排水溝過流能力滿足排水要求。

2）蓄滲措施。主體工程設(shè)計在西南繞滑區(qū)域、北繞滑區(qū)域、西北繞滑區(qū)域、東南繞滑區(qū)域、東北繞滑區(qū)域、東三跑道北端和西中端區(qū)域各建設(shè)1座調(diào)節(jié)蓄水池，共設(shè)置7座調(diào)節(jié)蓄水池，飛行區(qū)雨水經(jīng)調(diào)節(jié)蓄水池后直接排入外圍河道。

4.2.3" 透水磚鋪裝

為響應(yīng)“海綿城市”的要求，打造“海綿機場”，盡量減少機場內(nèi)硬化場地，在保障機場運行安全的前提條件下，人行道、廣場、停車場等硬質(zhì)地面宜采用透水磚鋪設(shè)，以起到促進降水蓄滲、控制水土流失的作用。另外，磚縫中撒播草籽，起到固土保水作用的同時滿足綠化需求。

4.2.4" 臨時排水和沉沙措施

1）臨時磚砌沉沙池。工程施工期間排水所含的泥沙量較大，為了沉降徑流泥沙，降低水流流速，減少水土流失，根據(jù)地形特點和臨時排水溝的布置情況，在臨時排水溝出口處布設(shè)簡易沉沙池。沉沙池采用磚砌結(jié)構(gòu)，尺寸為長3.0 m×寬2.0 m×深1.5 m，設(shè)計每500 m設(shè)置1處臨時磚砌沉沙池，共布置119座。臨時沉沙池設(shè)計見圖2（a）。

2）臨時土質(zhì)排水溝。為避免施工期泥沙隨雨水流出場外，做到場內(nèi)有序排水，在機場跑道兩側(cè)迫降場地、跑道、平行滑行道之間的平地區(qū)周邊等區(qū)域布設(shè)臨時土質(zhì)排水溝，臨時排水溝結(jié)合主體設(shè)計的漿砌石明溝，后期改為永久排水明溝。根據(jù)《防洪標準》（GB 50201—2014）和《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006）中有關(guān)規(guī)定，臨時土質(zhì)排水溝的設(shè)計防洪標準按照5 a一遇最大1 h降水量。設(shè)計臨時土質(zhì)排水溝斷面形式為梯形，底寬0.4 m、深0.5 m，溝坡比為1∶1，見圖2（b）。依據(jù)徑流系數(shù)、設(shè)計頻率最大1 h降水強度和匯水面積，計算得到排水溝的最大洪峰流量為0.938 m3/s；依據(jù)水流有效斷面面積、粗糙系數(shù)、水力半徑、水力坡度，計算得到排水溝的過流能力為1.124 m3/s，滿足排水要求。工程共設(shè)置臨時土質(zhì)排水溝約35 760 m，土方開挖量34 330 m3。

4.2.5" 植物措施

植物措施應(yīng)滿足機場工程安全、景觀、水土保持和生態(tài)保護等多種功能的要求，選用當(dāng)?shù)貓@林樹種和草種進行配置。根據(jù)機場凈空和防鳥撞的特殊要求，飛行區(qū)不宜種植高大喬木，工程設(shè)計為植草綠化。由于飛行區(qū)飛機起降溫度較高，會對跑道周邊草坪產(chǎn)生損害，因此要選取耐熱、固土效果好、耐鹽堿的草種。工程選取具有抗二氧化硫和氟化氫等氣體的性能，且生命力強、耐鹽堿、抗病蟲能力強的野牛草。在航站區(qū)、空管工程區(qū)、貨運區(qū)、綜合工作區(qū)等分區(qū)，依據(jù)園林景觀綠化標準，同時兼顧機場運行安全和水土保持需求，采用草本植物和低矮灌木進行綠化，輔以喬木進行點綴，打造落葉與常綠交叉、多彩樹種與各種開花植被融合的機場綠地精品，選用的樹種和草種為細葉榕、魚尾葵、白蘭、桂花、大王椰、紅背桂、杜鵑、含笑花、龍船花、結(jié)縷草等。

5" 結(jié)束語

綜合分析來看，沿海濕潤地區(qū)大型機場工程水土保持工作考慮的最重要因素就是降水量，無論從設(shè)計理念還是措施手段上都應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀坏乩硖卣骱蜌夂蜃兓奶攸c通盤考慮、超前謀劃。值得注意的是，在氣候變化加劇的大背景下，隨著全球變暖，大氣環(huán)流模式的改變將進一步提升中高緯度地區(qū)和高海拔地區(qū)極端降水事件的頻率和強度。因此，不僅是長江中下游的沿海地區(qū)，而且我國北方地區(qū)特別是華北地區(qū)，都將面臨降水量變化帶來的嚴峻考驗，這也是機場工程水土保持工作需要提前考慮的重要因素。

［參考文獻］

［1］ 張俊，張滕，解剛.大型機場工程水土保持創(chuàng)新與實踐［C］//中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會環(huán)境工程分會.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會2021年科學(xué)技術(shù)年會——環(huán)境工程技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用分會場論文集（三）.天津：中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2021：775-781.

［2］ 趙方冉，蘇守韜，曹元兵.基于飛行區(qū)改擴建需求的排水工況動態(tài)分析［J］.中國民航大學(xué)學(xué)報，2022，40（3）：30-34.

［3］ 馬良福.福州機場草坪植物月動態(tài)特征及與鳥情關(guān)系研究［D］.福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2015：3.

［4］ 方祖光，謝皎如.福建沿海地區(qū)干燥度和風(fēng)蝕氣候侵蝕力的計算與分析［J］.福建師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1997，13（3）：96-103.

［5］ 馮興學(xué)，呂永鵬，凌語珍，等.“海綿機場”建設(shè)思路探索：以廣州白云機場三期為例［J］.城市道橋與防洪，2022（11）：110-114.

［6］ 路海鋒，葛惟江.北京大興國際機場全場雨水系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計［J］.給水排水，2020，56（12）：93-98.

［7］ 湯勝林.南京祿口國際機場管理中的綠化問題探析［J］.現(xiàn)代園藝，2012（12）：174.

［8］ 顏艷，凌祿珍，黃家總.南方機場飛行區(qū)草地建植技術(shù)研究［J］.廣州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，3（6）：523-526.

收稿日期： 2024-02-02

基金項目： 武漢市知識創(chuàng)新專項（2022020801020386）；國家自然科學(xué)基金項目（42107353）；長江科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費項目（CKSF2023340/TB）

第一作者： 楊賀菲（1988—），女，湖北武漢人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持設(shè)計與研究工作。

通信作者： 張旭（1986—），男，湖北武漢人，工程師，博士，主要從事自然生態(tài)保護與修復(fù)工作。

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（責(zé)任編輯" 李佳星）