南水北調(diào)天津干線水土流失治理對策

朱秀清

（天津農(nóng)學(xué)院水利工程系，天津 300384）

南水北調(diào)天津干線水土流失治理對策

朱秀清

（天津農(nóng)學(xué)院水利工程系，天津 300384）

天津干線分流井至西河泵站輸水工程是南水北調(diào)工程天津市內(nèi)配套工程的一部分。依據(jù)該工程的水文、氣象、地質(zhì)等條件，主要對其水土流失量進(jìn)行預(yù)測，并針對性地提出了防治對策，以期對相關(guān)工作人員有所參考。

南水北調(diào)；天津干線；水土流失；防治對策

1 工程基本資料

天津干線分流井至西河泵站輸水工程位于我市的西部，工程自天津干線分流井開始，至里程4＋000位于子牙河灘地內(nèi)，穿出子牙河防洪堤后，至西河泵站規(guī)劃調(diào)節(jié)池結(jié)束，全線總長8.53km。天津干線分流井至西河泵站輸水工程是實(shí)現(xiàn)引江向中心城區(qū)供水的骨干工程。子牙河在市區(qū)新紅橋處與北運(yùn)河匯流，楊柳青西河閘以下子牙河（也稱西河）為大清河的尾閭河道。永清渠全長9.35km，匯水面積49.29km2。外環(huán)河全長66.5km。2001年外環(huán)河進(jìn)行了河道治理，設(shè)計(jì)河道寬30m。控制斷面排水面積23.21km2［1］。天津干線輸水工程所采用的箱涵為兩孔3.8m×3.8m混凝土箱涵。

2 水土流失量分析測算

2.1 土方量計(jì)算

工程建設(shè)擾動(dòng)原地表面積182.325hm2，工程建設(shè)期水土流失面積與工程建設(shè)擾動(dòng)原地表面積相等，工程開挖土方量106.67萬m3，回填土方量75.9萬m3，回填土料均采用本工程開挖土料，施工中壤土回填壓實(shí)系數(shù)為1.0［2］。棄土棄渣量30.8萬m3。水土流失預(yù)測量3246.0518t，新增水土流失預(yù)測量2417.6526t。

因?yàn)橹辈坶_挖的箱涵斷面沒有回填，放坡開挖的箱涵斷面的回填量大致為開挖量減去箱涵體積，因此土方回填量實(shí)際上等于放坡開挖的箱涵斷面的開挖量減去箱涵體積土方量所剩余的土方量［3］。棄土棄渣量是指項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)過程中產(chǎn)生的棄土、棄石、棄渣量，也包括臨時(shí)棄土棄渣［4］。土方回填量75.9萬m3。棄土棄渣量30.8萬m3。

2.2 工程建設(shè)擾動(dòng)原地表面積計(jì)算

水土流失面積包括因開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目、生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致或誘發(fā)的水土流失面積，以及在征占地范圍內(nèi)，尚未達(dá)到容許流失量的原地貌水土流失的面積。擾動(dòng)土地是指開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目在生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中形成的各類挖損、占壓、堆棄用地，均以垂直投影面積計(jì)。擾動(dòng)土地整治面積，指對擾動(dòng)土地采取各類整治措施均面積，包括永久建筑物面積。本工程中工程建設(shè)期水土流失面積即為工程建設(shè)擾動(dòng)原地表面積［4］。具體計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 工程基礎(chǔ)建設(shè)計(jì)算

2.3 水土流失量預(yù)測

水力侵蝕的允許土壤流失量的指標(biāo)按SL190—96《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。風(fēng)力侵蝕的容許土壤流失量暫定為沿河、環(huán)湖、濱海風(fēng)沙區(qū)為500t/km2·a；風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)區(qū)為l000t/km2·a；北方風(fēng)沙區(qū)為1000～2500t/km2·a，具體可根據(jù)原地貌風(fēng)蝕強(qiáng)度確定；其他侵蝕類型暫不作定量規(guī)定。由于天津市地處海河流域，因此，預(yù)測水土流失量時(shí)采用的土壤侵蝕模數(shù)是參照海河流域的多年平均土壤模數(shù)［5］，經(jīng)查證取970.90t/km2·a。棄渣體流棄比B的取值小于等于1，與棄渣體所處的位置、地形、地貌條件，當(dāng)?shù)厮?、氣象因素和棄渣體的級配組成、形狀等有關(guān)。在無實(shí)測或試驗(yàn)資料的情況下，可用類比法參考確定。管線施工通過山區(qū)、河道、棄渣棄土均分散堆置在坡面、河岸、河灘上，極易被水流沖刷，其棄渣（土）的流失率分段采用見表2［6］。

表2 棄渣（土）流失率

由于該項(xiàng)目所處地段屬于丘陵緩坡，因此棄渣體流棄比B取0.35。一次性建設(shè)項(xiàng)目預(yù)測時(shí)段一般是基本建設(shè)期和運(yùn)行期的前幾年。具體的起始時(shí)間應(yīng)按土建工程最早開工的那一年，如三通一平開始年作為預(yù)測時(shí)段起始年；終止時(shí)間一要考慮植物措施的遲效性（運(yùn)行期前1～2年），二要考慮棄渣流失趨于穩(wěn)定的年限（一般3～5年），按建設(shè)期最后棄渣年開始應(yīng)有3～5年。

這兩項(xiàng)要求相比較，以運(yùn)行期年限長的年作為預(yù)測時(shí)段的終止年［7］。南水北調(diào)中線天津干線的水土保持工程與主體工程同時(shí)施工、驗(yàn)收。因此水土流失預(yù)測時(shí)段T為3年。在預(yù)測時(shí)段內(nèi)的不同期間，加速侵蝕系數(shù)A可以不同，但不能小于1。對于A的取值，在四川省會(huì)東新華水土保持初步設(shè)計(jì)報(bào)告中，水土流失量預(yù)測的一段敘述是:“工程地區(qū)現(xiàn)有水土流失類型主要為水力侵蝕，在土表面被挖掘破壞后，裸露地表受侵蝕性增大，侵蝕模數(shù)可能較原地表增加5～15倍。參照鄰近地區(qū)二灘電站的資料，經(jīng)類別本工程區(qū)各累地表具不同侵蝕模數(shù)分析，施工期加速侵蝕系數(shù)分別為原侵蝕模數(shù)的7～10倍［8］。”由于四川省為屬于盆地地區(qū)，天津市為平原地區(qū)，因此天津市的加速侵蝕系數(shù)應(yīng)比四川省的小，大概為原侵蝕模數(shù)的5～10倍。

2.3.1 水土流失量

開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的土壤流失量是指項(xiàng)目區(qū)驗(yàn)收或某一監(jiān)測時(shí)段，防治責(zé)任范圍內(nèi)的平均土壤流失量［9］。水土流失量：W=W1+W2+W3，其中，W1為擾動(dòng)地表面積上的水土流失量，W2為棄渣流失量，W3為圍堰流失量，顯然，在沒有圍堰的項(xiàng)目中，W3=0。在該項(xiàng)目中，未設(shè)計(jì)到圍堰，因此W3=0［10］。

2.3.2 擾動(dòng)地表面積上的水土流失量

擾動(dòng)地表面積上水土流失量W1采用加速侵蝕模數(shù)法［10］，即

式中F為擾動(dòng)地表面積（km2）；M為原地貌侵蝕模數(shù)（t/km2·a）；A為加速侵蝕系數(shù)；T為水土流失預(yù)測時(shí)段（a）。

2.3.3 棄渣流失量

計(jì)算棄渣流失量W2采用流棄比法［10］，即

式中V為棄渣堆積體的體積（m3）；R為棄渣堆積體的密度，根據(jù)天津地區(qū)土壤地質(zhì)情況，取棄渣堆積體的密度R=0.92×103（t/m3）；B為流棄比，即在不采取任何防護(hù)措施下，棄渣體自然流失至自然穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)可能產(chǎn)生的棄渣流失總量與棄渣體總量的比值。

2.4 新增水土流失

根據(jù)2005年國家質(zhì)量監(jiān)督局頒布并實(shí)施的《水土保持技術(shù)規(guī)范》，新增水土流失可按下面公式計(jì)算［10］（計(jì)算結(jié)果見表3）：

式中WS1為擾動(dòng)地表新增水土流失量（t）；n為預(yù)測單元1，2，3，…，n-1，n；Fi為第i個(gè)預(yù)測單元的面積（擾動(dòng)面積）（km2）；MSi為擾動(dòng)后不同預(yù)測單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)（t/km2·a），MSi=M0i×A；M0i為擾動(dòng)前不同預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)（t/km2·a）；Ti為預(yù)測時(shí)段（擾動(dòng)時(shí)段）（a）。

表3 新增水土流失量計(jì)算

3 水土流失防治措施及效果

3.1 水土流失防治分區(qū)

根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)、路線走向及項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的自然條件等特點(diǎn)，結(jié)合水土流失防治責(zé)任范圍的劃分，遵照治理措施布局合理、技術(shù)可行、方案實(shí)施后經(jīng)濟(jì)有效等原則，以項(xiàng)目建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū)為對象，將本工程段的水土流失防治分為：主體工程區(qū)、施工營區(qū)、施工道路區(qū)等［2］。

3.2 水土流失工程防治措施

主體工程區(qū)水土流失防治措施主要是在管理所和連通井院區(qū)外布設(shè)混凝土板護(hù)砌型式的排水溝，與外環(huán)河相連。排水溝長260mm，排水溝土方開挖118m3，混凝土護(hù)砌板44m3。主體工程輸水箱涵施工將產(chǎn)生臨時(shí)堆土97.95萬m3，堆高4m，邊坡1∶15。這些土方臨時(shí)放置于施工沿線，待箱涵填筑完成后，用于回填。為防止表土被風(fēng)吹揚(yáng)造成的風(fēng)蝕和雨水沖刷造成的水蝕，需給臨時(shí)堆土準(zhǔn)備防風(fēng)和防雨的尼龍布，在大風(fēng)降雨來臨時(shí)對臨時(shí)堆土表面進(jìn)行覆蓋。

施工營區(qū)水土流失防治措施主要是施工期排水工程的布設(shè)和營地綠化及施工完畢后種樹種草綠化。為減少因施工營地地面硬化增加的匯水對周圍土地沖刷，施工期間，在施工營地周圍布設(shè)臨時(shí)土質(zhì)排水溝，與天然溝通相連接；施工臨時(shí)堆放建筑材料須遮蓋防護(hù)；現(xiàn)場施工沖洗水需匯入沉淀池；施工完畢后，及時(shí)填平臨時(shí)排水溝，拆除建筑物，對擾動(dòng)的土地進(jìn)行平整和復(fù)耕。施工營地的生活區(qū)空地處撒播草籽，綠化率為30%。草種選擇紫花苜蓿、無芒雀麥和扁穗冰草混種［11］。

道路區(qū)包括工程施工道路，主要為施工道路輔道，以及工程建成后運(yùn)行管理的對外連接道路和巡視道路。施工輔道長度為8480m，對外連接道路長114m，巡視道路長7858m。為減少因新、擴(kuò)建施工道路施工使用造成的水土流失，施工期間，施工輔道需進(jìn)行路面灑水和車輛覆蓋，在施工輔道一側(cè)布設(shè)排水溝，與天然溝道相連接，施工結(jié)束后需及時(shí)填平排水溝。

3.3水土流失治理效果

該工程通過上述水土保持措施的實(shí)施，工程建設(shè)所造成的水土流失區(qū)域均能得到有效的治理和改善。各防治區(qū)施工用地都得以平整、綠化或復(fù)墾，總治理率達(dá)到96%。工程施工中損壞地表植被得以恢復(fù)，整個(gè)工程區(qū)的植被可恢復(fù)率達(dá)到98%，林草覆蓋率達(dá)25%。通過增加地表植物，可增加土壤入滲、減輕土壤侵蝕。

4 結(jié)語

為了分析和解決南水北調(diào)天津干線配套工程分流井至西河泵站輸水工程水土流失問題，本文對分流井至西河泵站輸水工程水土流失量進(jìn)行測算，并根據(jù)分析和預(yù)測結(jié)果因地制宜地采用了排水、植樹、種草等水土流失防護(hù)措施。工程效果表明，該工程所采取的措施在產(chǎn)生明顯保水、保土基礎(chǔ)效益的同時(shí)，還產(chǎn)生了較大的社會(huì)、生態(tài)效益，為工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域更好地發(fā)展提供了先決條件。本工程在水利建設(shè)項(xiàng)目開發(fā)中具有一定代表性，其水土保持措施在其他工程中具有一定的借鑒作用。

［1］天津市水利勘測設(shè)計(jì)院.南水北調(diào)中線一期天津市內(nèi)配套工程天津干線分流井至西河泵站輸水工程外環(huán)線以內(nèi)應(yīng)急施工段方案報(bào)告［R］.2006.

［2］本書編寫組.中國水利百科全書（第三卷）［M］.北京:水利電力出版社，2004.

［3］劉震.水土保持監(jiān)測技術(shù)［M］.北京：中國大地出版社，2004.

［4］駒村富士彌.水土保持工程學(xué)［M］.李一心，譯.遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

［5］李志廣，劉秉正.我國主要江河流域土壤侵蝕量測算［J］.中國水土保持學(xué)報(bào)，2006，4（2）:1-6.

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［8］四川省水利科學(xué)研究院，四川省水土保持局.四川省開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測方法［R］.2004.

［9］Area of Water and Soil Erosion Control by Regions［A］. CHINA AGRICULTURE YEARBOOK 2005［C］.Beijing：China Agriculture Press,2006.

［10］SL204—98，開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范［S］.

［11］郭廷輔.水土保持的發(fā)展與展望［M］.北京：中國水利水電出版社，1997.

［12］張?jiān)?我國水土流失現(xiàn)狀及其防治對策［J］.水土保持通報(bào)，2003，2（1）.

［13］Wang Zhiguo，Zhu Dangsheng，Ji Qiang.Considerations of issues relevant to water and soil conservation planning and design in development project construction［J］.China Water Resources，2006（12）.

Predictive Analysis of Soil and Water Loss in Tianjin Main Route South-to-North Water Diversion Project

ZHU Xiu-qing

（Department of Hydraulic Engineering，Tianjin Agricultural University，Tianjin 300384，China）

Tianjin main route is one of the important part of South-to-North water diversion match project in Tianjin city. This paper is based on the conditions of hydrological，meteorological，geological and other in Tianjin Main Route to forecast the amount of soil and water erosion in the project，and propose the countermeasures to against the soil and water erosion，with a view to staff the reference value.

South-to-North water diversion；Tianjin main route；soil and water loss；controlling countermeasures

TV213

A

1672-9900（2013）01-0072-04

2012-10-16

朱秀清（1964-），女（漢族），河北棗強(qiáng)人，副教授，主要從事水利工程教學(xué)及科研工作，（Tel）13820480798。

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