寧東基地南湖中水廠建設工程水土流失預測及分析

謝　濤，閆國忠

(1.寧夏科發(fā)水利水保技術服務有限公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏瑞沃水資源工程研究院(有限公司)，寧夏 銀川 750000)

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寧東基地南湖中水廠建設工程水土流失預測及分析

謝濤1，閆國忠2

(1.寧夏科發(fā)水利水保技術服務有限公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏瑞沃水資源工程研究院(有限公司)，寧夏 銀川 750000)

水土流失；土壤侵蝕；擾動；預測；南湖中水廠；寧東基地

以寧夏寧東基地南湖中水廠建設工程為例，對工程施工過程中造成的水土流失進行了預測分析。通過實地調查，將項目區(qū)劃分為中水廠區(qū)、進廠道路區(qū)、泵站區(qū)、廠外管線區(qū)、輸電線路區(qū)、維修便道區(qū)6個預測單元，分別對各單元可能產生的水土流失量進行了預測。結果顯示：預測時段內，原地貌水土流失總量為7 880.23 t，可能造成的水土流失總量為17 838.38 t(施工期9 347.77 t、自然恢復期8 490.61 t)，新增水土流失總量為9 958.15 t；施工期內，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)水土流失量約占施工期水土流失預測總量的96%，應作為施工期的重點防治區(qū)域；自然恢復期內，廠外管線區(qū)水土流失量約占自然恢復期水土流失預測總量的77%，應將廠外管線區(qū)作為自然恢復期的重點防治區(qū)域。

寧東基地是寧夏回族自治區(qū)黨委、政府全面推進小康社會建設、惠及全區(qū)人民的重大工程，被自治區(qū)確定為舉全區(qū)之力開發(fā)建設的“一號工程”[1]，是全區(qū)經濟發(fā)展的重要支撐點和新的增長點。由于寧東基地地處自治區(qū)中部干旱草原區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失和潛在的風蝕沙漠化嚴重[2]。因此，基于寧東基地所處地理位置特點和脆弱的生態(tài)環(huán)境，做好該地區(qū)工程建設水土流失預測和水土保持工作具有重要的意義。

新建寧東基地南湖中水廠位于靈武市馬家灘鎮(zhèn)境內，在小南湖建設取水泵站，通過原水管線輸至中水廠，在中水廠內經過臭氧氧化、混凝-沉淀-過濾等常規(guī)處理及超濾反滲透深度處理達到電廠回用水的要求后，再通過泵站和配水管網輸配至各用水單位。建設規(guī)模為中水廠進水5萬m3/d，出水3萬m3/d。寧東基地內工業(yè)企業(yè)生產能力在不斷上升，電廠等高耗水企業(yè)也在陸續(xù)進駐，對生產用水的需求量不斷增長，現(xiàn)有供水系統(tǒng)已不能滿足實際需要。因此，南湖中水廠工程的建設是緩解寧東基地供水壓力、實現(xiàn)礦井水綜合利用的迫切需要。為了全面及時地掌握寧東基地大規(guī)模建設前后項目區(qū)的水土流失變化情況，以寧東基地南湖中水廠工程為例，對工程建設造成的水土流失進行預測及分析，旨在為寧東基地又好又快、可持續(xù)發(fā)展提供科學的決策服務。

1　項目區(qū)水土流失基本情況

寧夏寧東基地南湖中水廠屬建設類項目，依據(jù)《關于劃分國家級水土流失重點防治區(qū)的公告》和《寧夏回族自治區(qū)人民政府關于劃分水土流失重點防治區(qū)和限期退耕陡坡耕地的公告》，項目建設區(qū)屬國家級重點監(jiān)督區(qū)——陜甘寧接壤石油天然氣開發(fā)監(jiān)督區(qū)和寧夏回族自治區(qū)水土保持重點監(jiān)督區(qū)。

根據(jù)寧夏回族自治區(qū)水土保持局調查的各行政區(qū)水力、風力加權土壤侵蝕模數(shù)及各水系水力、風力加權土壤侵蝕模數(shù)[3]，以及《寧夏回族自治區(qū)第二次土壤侵蝕遙感調查報告》(2001年)，靈武市水土流失以風力侵蝕為主，兼有水力侵蝕，水土流失總面積4 533 km2，平均土壤侵蝕模數(shù)4 228 t/(km2·a)。根據(jù)地形、地貌和植被情況[4]，項目區(qū)平均水力侵蝕模數(shù)取1 300 t/(km2·a)，風力侵蝕模數(shù)取3 000 t/(km2·a)。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》，項目區(qū)土壤容許流失量為1 000 t/(km2·a)。

2　工程建設新增水土流失預測

2.1工程施工特點

在廠區(qū)場平過程中，采用挖掘機邊開挖丘陵緩坡山體邊裝入自動裝卸汽車運至廠區(qū)回填場地并及時用推土機推平、壓路機分層碾壓的方式進行施工，開挖和回填場地會造成地表裸露，在遇降雨、大風時易發(fā)生水土流失。各類建筑物采用挖掘機或人工開挖基礎，開挖土方臨時集中堆放在空閑場地上，再進行地基處理，基礎處理完成后實施基礎回填壓實，剩余堆土被調配至場內道路或進廠道路用于路基填筑。道路路基施工采用挖掘機和人工開挖、推土機推平、壓路機壓實的施工方法，施工工藝按照路基挖填—鋪筑砂碎石墊層—路面澆筑的順序。廠外管線采用機械開挖管溝，開挖土方堆放在管溝開挖線一側，管道吊裝完成后，管溝分層回填土方(表土)并進行作業(yè)帶掃線。

2.2預測內容

根據(jù)項目區(qū)自然條件、主體工程情況、影響水土流失的因素，確定寧東基地南湖中水廠工程水土流失預測內容為：擾動土地、損壞原地貌和植被面積；棄土、棄石、棄渣量；損壞水土保持設施情況；新增水土流失量；可能造成的水土流失危害。按照不同的分部分項工程占地，將項目區(qū)水土流失預測單元劃分為中水廠區(qū)、進場道路區(qū)、泵站工程區(qū)、廠外管線區(qū)、輸電線路區(qū)和維修便道區(qū)6個預測單元，預測總時段為60個月。

2.3擾動土地、損壞原地貌和植被面積及擾動地表新增土壤流失量預測

根據(jù)本項目的實際情況，擾動原地貌可能造成的水土流失量分施工期、自然恢復期分別進行預測。本工程建設運行擾動原地貌、損壞土地及植被總面積41.49 hm2，擾動地表新增土壤流失量采用參考文獻[5]中的方法進行預測。

2.4土壤侵蝕模數(shù)選取

侵蝕模數(shù)與地面破壞程度、土壤顆粒組成和當?shù)氐钠鹕筹L速、降雨強度等有關。根據(jù)中國科學院蘭州沙漠研究所研究成果，在干旱草原風蝕區(qū)，原生地貌擾動后風蝕模數(shù)將成倍增加，一般增加3～5倍。根據(jù)工程所處區(qū)域風力強度、大風天數(shù)、裸露地沙粒組成狀況，以及寧夏水利科學研究院在西氣東輸工程中所設紅寺堡開發(fā)區(qū)王府臺監(jiān)測點的監(jiān)測結果，采用類比分析法確定本項目施工期風力侵蝕模數(shù)按擾動前平均值的4倍計算，植被恢復期風蝕模數(shù)按擾動前的2倍計算，即施工期風蝕模數(shù)為12 000 t/(km2·a)，植被恢復期風蝕模數(shù)為6 000 t/(km2·a)。

綜合中國科學院/水利部水土保持研究所、西峰水土保持科學試驗站及寧夏水利科學研究院等有關科研院所的相關試驗分析及典型調查，項目區(qū)原生地貌經擾動后，水力侵蝕模數(shù)增加1～3倍。根據(jù)項目區(qū)地形、地貌、降雨量、土壤類型等影響因素和預測項目工程擾動情況，確定本項目施工期水力侵蝕模數(shù)按擾動前平均值的3倍計算，植被恢復期水蝕模數(shù)按擾動前的1.5倍計算，即施工期水蝕模數(shù)為3 900 t/(km2·a)，植被恢復期水蝕模數(shù)為1 950 t/(km2·a)。

2.5水土流失總量預測

根據(jù)工程防治責任范圍面積和原地貌侵蝕模數(shù)背景值，在預測時段內計算出原地貌土壤流失量為7 880.23 t，見表1。

表1　原地貌水土流失量

根據(jù)施工時間、施工期擾動原地貌面積和土壤侵蝕模數(shù)，計算出施工期水土流失量為9 347.77 t；根據(jù)自然恢復期時間，土地擾動面積和土壤侵蝕模數(shù)取值，計算出自然恢復期的水土流失量為8 490.6 t，詳見表2。由以上計算結果可知，在預測時段內，本工程原地貌水土流失總量為7 880.23 t，可能造成的水土流失總量為17 838.38 t，新增水土流失量為9 958.14 t。

3　水土流失預測結果分析及建議

3.1結果分析

通過對項目區(qū)進行水土流失預測，確定施工期是水土流失重點防治階段，廠外管線區(qū)為自然恢復期重點防治區(qū)域，工程建設期間擾動地表面積為41.49 hm2，損壞水土保持設施面積41.49 hm2。可能造成的水土流失量為17 838.38 t，其中新增的水土流失量為9 958.15 t。

(1)不同預測時段水土流失量分析。本工程在未采取任何水土保持措施的前提下，水土流失總量為17 838.38 t，比背景值增加了9 958.15 t，其中施工期9 347.77 t，自然恢復期8 490.61 t。施工期水土流失量大于自然恢復期水土流失量，因此應重點對施工期水土流失進行防治。

(2)施工期不同項目分區(qū)水土流失量分析。施工期所造成的水土流失總量為9 347.77 t，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)水土流失量約占施工期水土流失預測總量的96%。因此，應將廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)作為施工期的重點防治區(qū)域。

(3)自然恢復期不同預測單元水土流失量分析。自然恢復期水土流失量為8 490.61 t，廠外管線區(qū)占自然恢復期水土流失總量的77%。因此，應將廠外管線區(qū)作為自然恢復期的重點防治區(qū)域。

表2　 施工期及自然恢復期水土流失量

3.2建議

(1)施工進度安排。根據(jù)預測結果，施工期是新增水土流失較嚴重的時期，若在施工期不及時布設植物措施，在不利氣象條件下，存在施工跡地水土資源流失可能，故建議在施工中優(yōu)化主體工程施工進度安排，有效縮短可能產生水土流失的時段。無法避開雨季的施工區(qū)域應加強水土流失的預防[6-7]。

(2)防治措施。因項目在建設過程中新增水土流失較嚴重，故在施工過程中要加強臨時防護措施布設，及時調配土石方，嚴禁亂堆亂棄；同時，主體工程中具有水土保持功能的措施應該與主體工程同步施工或提前施工，最大可能地控制工程性水土流失現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)工程建設的實際情況，盡量在場地平整期間實行先攔擋后開挖，盡量減少工程建設期間的水土流失。

(3)水土保持監(jiān)測。工程施工期是水土保持監(jiān)測的重點時段，廠外管線區(qū)及中水廠區(qū)應作為重點區(qū)域進行現(xiàn)場巡查監(jiān)測。

綜上所述，無論在工程建設中，還是生產運行過程中，都應加強水土流失的防治工作，以便有效地控制因項目建設而引起的水土流失，將項目建設對區(qū)域產生的負面影響降到最低程度，以實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進當?shù)亟洕铜h(huán)境的和諧發(fā)展。

[1] 張立.寧夏一號工程：寧東能源化工基地[R]. 經濟導報,2009(18): 42-43.

[2] 楊蓉，米文寶，陳麗.寧夏水土流失的成因分析與防治措施的探討[J].水土保持研究，2004，11(3): 293-295.

[3] 何寶銀，田成龍.寧夏土壤侵蝕現(xiàn)狀及其特征[J].中國水土保持，2000(8):28-30.

[4] 吳自康.寧夏水土流失現(xiàn)狀分析及分區(qū)治理對策[J].寧夏農林科技，2004(4):25-28.

[5] Anton Vrieling. Satellite remotesensing for water erosion assessment: a review[J]. Catena，2006,65(1):2-18.

[6] 劉平，吳海霞，馬斌.寧夏開發(fā)建設項目水土流失防治情況及經驗[J].中國水土保持，2011(9):11-12.

[7] 王立明，張寧.寧夏水土保持現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J].中國水土保持，2010(8):13-15.

(責任編輯孫占鋒)

2015-04-05

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1000-0941(2016)04-0030-03

謝濤(1987—)，男，寧夏銀川市人，碩士研究生，主要從事水土保持研究工作。