淺析隧洞工程環評預測與節能措施——以福州江北城區山洪防治工程為例

方 琦

（福州市環境科學研究院 福建福州 350011）

1 項目概況

福州市江北城區山洪防治及生態補水工程沿福州市江北城區從西面到東北面周邊興建隧洞，并在城區周邊沿線山邊溝溪興建截洪壩及山洪排泄支洞，通過城區上游的浦口（西面）及下游魁岐（東面）隧洞出口，將所攔截的山洪直接排入閩江，而不再進入城區內河水系；平時利用排洪隧洞及已建水庫作為改善內河水系水質的引水通道和調蓄庫，同時興建生態補水提水泵站及補水工程管路系統。工程既有防洪排澇作用，又有改善水環境功能。

工程主隧洞總長28.76km，隧洞洞口4個，分為西線和東線2段，洞線總長28.76km，其中西線長7.73km，東線長21.03km。沿線設置12個截洪壩及相應的排洪支洞，泵站總裝機容量為28.5MW，安裝5臺單機配套功率為5.7MW的水泵機組，日抽水量132.5萬m3，設計引水流量46m3/s；沿線設置6個補水支洞出口，并利水庫溢洪道進行補水，惠及福州江北城區22條內河。

本文中主要選取項目主體工程中的隧洞工程段進行預測與分析，對泵站、截洪壩等配套工程與施工場地等臨時工程進行簡單分析說明。

2 研究區概況

工程位于福州市閩江北港北岸城區，江北城區屬福州市主城區，位于福州盆地的中心地帶，西、北、東三面群山懷抱，南臨閩江北港，地勢由西北向東南傾斜，是一個典型的沿海山澗盆地。根據土壤區劃，該區屬于閩中山地盆谷紅壤、黃壤水稻土地區，區內土壤種類以紅壤為主，土層較深厚，有機質豐富，肥力較高。

紅壤侵蝕主要以水力侵蝕為主，此外還有重力侵蝕和風力侵蝕，主要表現為片蝕、溝蝕、崩崗、瀉溜和泥石流等。與黃土高原相比，南方紅壤區平均侵蝕模數小于黃土高原地區，但土體及巖石風化層只有黃土高原的2%~10%，所以相對侵蝕量大，承受侵蝕的基底較薄。并且紅壤受降雨量與人為因素影響較大。左長清等研究發現，紅壤侵蝕量和降雨量、降雨強度的冪函數相關性顯著[1]。據王庫等在江西興國縣研究發現，從土壤侵蝕率來看，中度、強烈侵蝕在園地、草地及旱地上的比率較高，而林地上的強烈土壤侵蝕率較低，多以中度和輕度侵蝕為主[2]。說明人為干擾是導致紅壤區土壤侵蝕加劇的關鍵。

影響福建省水土流失的主導因子有：植被覆蓋度、工程措施、土地利用、坡度、土壤有機質和降雨侵蝕力R值。另外，母巖對福建省的水土流失也有一定的影響[3]。

根據2008年遙感調查統計，福州市區水土流失面積為41.37hm2，占土地總面積的4.08%。其中輕度流失面積22.15hm2，占流失總面積的53.54%；中度流失面積15.11km2，占流失總面積的36.33%；強烈流失面積3.55hm2，占流失總面積的8.57%；極強烈以上流失面積0.56m2，占流失總面積的1.36%。

項目所在地為丘陵、平原地貌，屬無明顯流失區。水土流失類型以降雨和地表徑流沖刷引起的水力侵蝕為主，土壤侵蝕形式以面蝕為主，項目區水土流失容許值500t/（km2·a）。項目所在區域水土流失以水蝕為主。針對項目區地形、地貌、降雨、土壤、植被等水土流失影響因子的特性及預測對象受擾動的情況確定原生地貌土壤侵蝕模數。主體工程區大部分為丘陵、平原，植被覆蓋率大，坡度多在5°～20°之間，水土流失呈無明顯流失狀態。項目建設區原生地貌土壤侵蝕模數約為360t/（km2·a）。

周邊敏感目標：項目沿線涉及二級水源保護區、森林公園、鼓山風景名勝區等周邊敏感目標。

3 水土流失預測分析

根據《開發建設項目水土保持技術規范》（GB50433—2008），結合本工程的建設特點及其施工工藝和方法，針對工程可能造成的水土流失情況進行分析預測。水土流失預測主要是項目工程建設過程中的水土流失，內容主要包括：開挖擾動地表面積、損壞水土保持設施的數量、棄土(石、渣)量、可能造成的水土流失量、新增水土流失量、可能造成的水土流失危害等方面。預測內容和方法見表1。

表1 水土流失預測內容與方法

3.1 擾動原地貌面積

本工程建設占地面積為45.55hm2，包括主體工程占地面積為18.96hm2、施工場地占地面積為15.89hm2、施工便道占地面積1.50hm2、施工支洞（洞口）占地面積0.47hm2、臨時堆置場占地面積8.73hm2。因此工程建設運行過程中擾動原地貌地表為45.55hm2。

3.2 預測方法

本工程水土流失主要發生在建設過程的開挖、回填、土地平整和臨時表土堆放等。由于本工程在施工過程中挖填形成的裸露面比較多，較易因雨水沖刷而產生水土流失。開挖擾動地表產生水土流失量與水土流失因子（降雨、地形、地面組成物質、水土保持措施情況等）有關，預測方法采用類比法。對項目建設區損壞地表形成新增侵蝕區域的水土流失量預測，采用擾動前后侵蝕模數分析計算，模型如下：

水土流失量可按公式1計算，新增水土流失量按公式2計算：

式中：

W——擾動地表土壤流失量，t；

ΔW——擾動地表新增土壤流失量，t；

i——預測單元,1，2，3，…….，n-1，n；

k——預測時段,1，2，3，指施工準備期、施工期和自然恢復期；

Fi——第i個預測單元的面積，km2；

Mik——擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數，t/（km2·a)；

ΔMik——不同預測單元各時段新增土壤侵蝕模數，t/（km2·a)；

Mi0——擾動前不同預測單元的土壤侵蝕模數，t/（km2·a)；

Ti——預測時段(擾動時段)，a。

3.3 土壤侵蝕模數背景值的確定

壤侵蝕背景值，即在不建工程的情況下的原有地貌水土流失量。根據工程區水土流失現狀結合現場勘查及管線所經過的不同土地利用類型土壤侵蝕模數背景值加權平均計算，本工程平均土壤侵蝕模數為360t/(km2·a)。

3.4 類比工程選擇及類比分析

本工程擾動地表后土壤侵蝕模數的預測采用類比和調查實測相結合的方法，根據水土流失主要影響因子地形、降雨、植被、土壤、施工工藝及相關試驗等方面進行綜合分析，確定福州市倉山區港頭河整治工程作為本次水土流失預測的類比工程。

通過對項目區降雨、坡度、土壤和水土保持措施等因素進行類比分析，發現除地貌及坡度外，本工程與類比工程在降雨、土壤、土壤侵蝕類型、植被覆蓋等方面均相同或相似，對有關參數進行修改之后，確定各水土流失區的平均土壤侵蝕模數。

3.5 加速平均土壤侵蝕模數確定

根據類比資料可比性，并結合本工程施工特點和所在區域的自然地理特征，通過修正因子調整修正參數，得出本方案土壤侵蝕模數。施工期準備期加速侵蝕模數取值詳見表2。

表2 各預測單元平均土壤侵蝕模數表

3.6 水土流失量預測

本文僅對侵蝕模數大于容許土壤流失量500t/(km2·a)的區域進行水土流失量及新增水土流失量分析與計算。預測時段為施工準備期、施工期和自然服務期三個時段。本工程建設可能造成的水土流失總量23409t，其中新增水土流失總量22873t。其中施工準備期新增水土流失量為142t，占比為0.62%；施工期新增水土流失量為22213t，占比為97.11%；自然恢復期新增水土流失量為518t，占比為2.27%。主體隧洞工程區新增水土流失量為7480t，占總工程新增水土流失比例的32.70%。

表3 工程水土流失預測表

4 水土保持工程

福州市屬于閩東南丘陵臺地強度水蝕人工促進修復區，該區水土流失不僅面積大，而且流失率高、強度大，是我省水土流失最為嚴重的區域，因此單純依靠水土保持生態自我修復無法解決水土流失問題，必須借助于比較強烈的人工干預措施[4]。所以水土保持措施在此類區域的建設尤為重要。本工程擬采取以下水土保持措施預防施工期及自然恢復期工程所產生的水土流失。

4.1 工程措施

施工前根據后期覆土綠化需要先剝離具有肥力的表土，剝離的表土運往施工場地內臨時堆置，并采取臨時措施進行防護，作為施工后期綠化覆土土源。在隧道洞口上方設置截水溝、下方設置排水溝，攔截地表徑流，防止雨水對邊坡沖刷。邊坡、仰坡坡頂的截水溝、排水溝應于隧洞土石方開挖前施工，以確保截引地表水，防止順坡漫流，排水溝應與自然溝組成系統。

4.2 植物措施

隧洞工程植物措施主要包括洞口區綠化及開挖邊坡防護內植物措施。工程結束后對部分裸露地表整地，撒播混合狗牙根、五節芒綠化。根據周邊地形進行植樹綠化，喬木采用香樟、小葉榕、羊蹄甲、廣玉蘭、藍花楹；灌木采用三角梅、紅花繼木、木槿、胡枝子。

4.3 臨時措施

施工期間，山體開挖土石方量大，施工場地地表裸露，土石松散，易受雨水侵蝕，為減少場內土壤侵蝕造成水土流失，應做好臨時排水設施，并在排水溝出口補充設計沉砂池。

5 結語

5.1 隧洞工程中水土流失的成因

影響水土流失的主要因素包括施工工藝與方法、降雨、地形、地面組成物質、植被覆蓋率、水土保持措施情況等。在隧洞施工過程中，產生水土流失主要在土石方開挖、填筑、臨時堆土等過程，其他設施安裝過程等基本不產生水土流失；工程建成后在運行期施工地表擾動停止，不再破壞水土保持設施，項目區域植被恢復、建筑物覆蓋，以及完善的防護工程和排水工程等，使得水土流失得到有效控制，總體來說，單純的隧洞施工工程水土流失較小。

5.2 隧洞工程中主要水土保持措施與設計原則

5.2.1 工程措施設計原則

（1）要使防治區的水土流失得以攔擋，能消減重力侵蝕和大部分水力侵蝕，使水土流失得以控制；（2）要使防治區的水流排泄暢通，能減少水力沖刷造成的水土流失；（3）要使防治區的地表得到整治，坡面、坡度、排水設施等滿足植被恢復的基本條件。

5.2.2植物措施設計原則

（1）因地制宜，突出重點，提高標準，全部布局；（2）根據“適地適樹”的原則，選擇優良的鄉土樹種和草種，或經過多年種植已適應當地環境的引進樹種、草種；（3）結合工程措施，喬、灌、草合理搭配，針闊葉樹種有機結合，與周圍的植被和環境相協調，以達到盡快恢復被破壞的植被，改善周邊生態環境的作用。

表4 隧洞工程建設與運行對水土流失的影響因素分析

5.2.3 工程節能施工原則

隧洞工程節能減排施工應進行總體方案優化，充分考慮規劃、設計各個階段節能總體設計要求；加強現場施工、驗收的耗材監管；加強施工管理，做好節材、節地、節水等，減少物耗。

[1]左長清,胡根華,張華明．紅壤坡地水土流失規律研究[J]．水土保持學報,2003,17(6)：89-91．

[2]王庫,史學正,于東升.紅壤丘陵區不同土地利用方式下的土壤侵蝕特征[J].西南農業大學學報(自然科學版)，2006，28(5)：697-701．

[3]黃炎和，林敬蘭等，影響福建省水土流失主導因子的研究[J],水土保持學報,2000,14（2）：37-40.

[4]林敬蘭,朱頌茜,福建省水土保持生態修復探討[J],亞熱帶水土保持,2008,20(1)：65-70.