基于海堤工程建設的水土保持設計研究

廉 潔

(丹東市水利勘測設計研究院，遼寧 丹東 118000)

0 引 言

遼濱沿海經濟區發展快、定位高，水利是最根本的保障性基礎措施之一，現有的服務于灘涂區、農業區的防洪標準已無法適應新時期經濟發展的需求。為保障區域經濟持續、穩定、快速發展，妥善安排區域內水景觀、水生態、水環境、水資源、防洪排澇等社會問題，完善區域防潮及防洪排澇設施極其必要，而海堤和擋潮閘是防潮封閉、排除內澇的重要組成部分。其中，海堤主要是保護遼濱新城、擴大開發區發展空間及增加國土面積；擋潮閘主要是提高區域排澇能力、防止海水倒灌、保證排澇通常、存蓄淡水、調節內湖水位、改善區域生態環境[1-4]。

海堤工程建設規模為新建海堤11.9182km，按照受風向、吹程、水深及地形等因素，將海堤劃分為三個分區，其中一區樁號0+000-1+200為河口區域，二區樁號1+200-9+000為海灣區域，三區樁號9+000-11+513和11+774-12+000段為海灣區域，而樁號0+785-2+675段、11+300-12+000段海堤內側為含章湖，其余段內側均為園區吹填區域，如圖1；擋潮閘(樁號11+845.2-11+880)規模為3(孔)×10.0m×4.0m潛孔式水閘，最大過閘流量為332.25m3/s。

圖1 海堤工程分區及布置圖

海堤工程位于遼河三角洲沖積平原上，屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫8.30C，年均降水量616.6mm，且多集中在夏秋季，平均蒸發量1669.5mm，≥100C積溫34380C，最大凍土深1.17m，設計暴雨特征值52.4mm/h。項目區土壤主要為水稻土，地處暖溫帶落葉闊葉林帶區，屬于華北植物區系，林草覆蓋率為34.6%，土壤侵蝕模數500t/km2·a。海堤和擋潮閘工程建設會損壞地表植被、擾動原地貌，不可避免的造成水土流失和生態環境破壞等問題[5]。

1 主體工程水土保持分析

海堤工程建設過程中對原地表擾動較大，改變地面組成物質、地形條件，在一定程度上降低原有蓄水保土功能。

1.1 主體工程占地情況

根據工程布置項目占地包括主體工程區、施工生產生活區、臨時道路區，總占地面積為32.55hm2，其中永久和臨時占地22.85hm2、9.7hm2，占地類型為河道、海域及灘地。

從水土保持角度考慮，施工生產生活區、臨時道路區等臨時占地面積小，待施工結束后及時恢復原地貌，增加項目區綠化面積，有利于項目區水土保持。主體工程區在開挖和填筑過程中易造成相對嚴重的水土流失，需要根據不同的位置，有針對性的布置水土保持措施。

工程設計盡可能縮小建筑布局占地，優化工程總體布局，盡量使用原有的設施，減少新的建設用地，從而減少土地擾動，避免了更多的水土流失的發生。在滿足總體布置基礎上，充分利用原有河道岸坎和吹填圍堰堤岸，最大限度的提高了土地利用率，減少了對地表的擾動，這符合水土保持施工盡量少占地的要求[6]。

1.2 水土保持防治責任范圍

1)水土流失防治范圍。依據技術規程相關規定，因工程建設可能產生水土流失的范圍就是防治責任范圍，主要有直接影響和項目建設兩個分區。其中，直接影響區主要包括臨時道路區、施工生產生活區、主體工程區等建設活動可能引起水土流失危害的區域，具有不確定性特征，需經過現場勘測確定；項目建設區主要有施工臨時場地、擋潮閘、海堤組成，施工臨時場地進一步分為施工臨時道路與施工營地。永久占地區域的水土流失經水保治理后由建設管理單位管理，臨時占地區域在施工結束后恢復原有土地利用狀況。直接影響區是指建設活動而可能引起水土流失的區域，主要包括主體工程區、施工生產生活區、臨時道路區等周邊區域，具有不確定性，經過現場勘測確定[7]。

工程直接影響區的確定是根據土壤侵蝕特點和施工情況，在總結同類工程水土保持驗收時責任范圍實際發生情況基礎上進行概算，直接影響區面積16.38hm2，如表1。

表1 直接影響區

因此，遼濱沿海經濟區海堤工程水土保持責任范圍為48.93 hm2，直接影響區和項目建設區16.38 hm2、32.55 hm2。工程的水土流失防治責任者為工程建設單位-盤錦市水土保持局。工程建設單位負責審批后的各項水土保持措施的實施，并在水土保持工程竣工時，配合水土保持管理部門進行竣工驗收。

2)水土流失防治分區。該工程各建設區均位于平原區，結合野外現場調查結果及水土流失防治責任范圍內地貌類型、建設時序、水土流失特點、主體工程布局及施工工藝等，采取行之有效的防治措施、方法和手段，對可能產生水土流失的情況進行分區防治，防治分區包括主題工程區、施工生產生活區和臨時道路區3個。

1.3 水土流失預測

考慮到各區域主題工程建設內容的差異，由此產生的原地貌擾動強度也不盡相同。結合各區域不同的建設特點，將水土流失預測單元劃分為主體工程區、施工生產生活區、臨時道路區，預測面積合計32.55hm2，詳見表2。

表2 水土流失預測單元

由于施工準備期較短，將施工準備期和建設期合起來預測。因此，確定自然修復期、施工建設期作為項目的預測時段。

1)施工建設期。施工建設期是引起水土流失的主要時段，此階段由于開挖填筑、機械碾壓、臨時堆土等施工活動，均對地表產生擾動，使地表失去植被保護，施工機械、人員多，土體結構變化劇烈，造成的水土流失量也較大。工程施工期36月，預測時段也為36個月，將該時段作為水土流失預測的重點時期。

2)自然恢復期。項目完工后進入自然修復區，考慮項目區自然環境條件，擾動地表自然恢復達到原地貌水平約需2-3年，由于盤錦地區屬于暖溫帶半濕潤大陸性氣候區，因此自然恢復期預測時段確定為2年，預測時段如表3。

表3 水土流失預測時段劃分

根據水土流失量預測公式和確定的侵蝕模數，計算得出預測時段內原地貌水土流失量，建行期、自然恢復期擾動地貌水土流失總量，進而計算出因工程建設造成的新增水土流失量。施工期新增水土流失量為1481.25t；自然恢復期新增水土流失量為320.85t。

2 水土保持措施設計

2.1 水土保持總體布局

在工程施工期間，工程建設土石方工程量較大，對原生地貌擾動較大，坡面開挖和臨時棄渣的堆放都容易產生水土流失，因此水土保持措施以臨時防護措施為主，發揮臨時措施的保障性、時效性作用，確保整個施工期間不發生水土流失現象。其中，主要的臨時防護措施為填土草袋護坡和密目網覆蓋。

2.2 主體工程防治區

海堤作為一個獨立的建筑物，基本上表面已經被硬化，內坡裸露地表已有綠化設計，不再新增防護措施，只增加施工過程中的管理措施。海堤內坡綠化、排水溝等結合水保措施符合水土保持要求。

海堤在填筑過程中，由于車輛超載現象及運輸車輛來往頻繁，石料極易散落入大海，為避免此種情況造成不必要的水土流失，應加強管理。同時，合理安排施工進度，盡可能降低土石方外購量。

2.3 施工生產生活防治區

2.3.1 臨時措施

施工生產生活區主要包括設備材料的堆放、設備安裝組合場地及工人臨時居住地等，排水主要考慮雨季時場地內的雨水排放，在場地周圍設排水溝，將雨水排放到區域外排水溝中。

(1)排水流量。采用以下計算式確定排水流量，表達式為：

QB=0.278KiF

(1)

式中：QB為區域最大排水流量，m3/s；K為徑流系數，取0.65-0.70；u為匯流瀝時內平均降雨降度，mm/h；F為匯水面積，km2。按照當地水文資料確定K、i，10a一遇取值為0.68，52.4 mm/h，匯水面積為0.057km2，故計算得到最大排水流量0.56m3/s。

3)排水溝。根據項目區最大排水流量的計算結果，設計標準為10a一遇，排水溝采用深0.2m、頂寬1.1m、底寬0.3m、安全超過0.2m，坡降為1%，如圖1。

圖1 排水溝斷面圖

采用謝才公式計算復核排水溝過水能力，表達式為：

(2)

式中：A為過水面積；C為謝才系數，可利用公式C=1/nR1/6計算，n為土質渠道，取0.025；R為水力半徑。經復核，Q=0.095m3/s，>0.06m3/s，排水溝設計斷面滿足10年一遇排水流量要求。因此，排水溝長1390m，挖方量389.2m3，將開挖的土方集中堆放在排水溝附近，在堆土四周用草袋裝土攔擋，頂部采用彩條布苫蓋，待施工結束后用人工回填排水溝并夯實。草袋裝土為45.44m3，苫蓋面積418m2。

2.3.2 工程措施

施工生產生活區施工結束后拆除地面建筑物，及時清理場地的廢棄物，進行土地整治，如表4。施工過程中因施工人員和機具的踐踏和碾壓，土壤變得密實，故在施工結束后，再通過機械碾壓實，避免產生新的水土流失。

表4 新增水土保持措施工程量

2.4 臨時道路區

2.4.1 臨時措施

在施工時為確保在降雨天氣產生水土流失，在臨時施工便道外側設置臨時排水溝，共計設置排水溝20.0km，排水溝采用人工挖土，共計挖方為0.56萬m3，將開挖的土方集中堆放在排水溝附近，在堆土四周用草袋裝土攔擋，頂部采用彩條布苫蓋，待施工結束后用人工回填排水溝并夯實。草袋裝土為211.2m3，苫蓋面積3480m2，如表5。

表5 新增水土保持措施工程量

2.4.2 工程措施

施工結束后整治土地，整治范圍4.0hm2。施工結束后，通過機械碾壓，避免產生新的水土流失。

2.5 效益分析

工程建設期水土保持工程新增工程投資437.43萬元，其中工程措施費0.55萬元，植物措施費0.00萬元，施工臨時措施費5.53萬元，獨立費用80.78萬元，基本預備費5.21萬元，水土流失補償費345.36萬元。

項目區林草植被面積為11.5hm2，項目建設區總面積71.98hm2，經計算林草覆蓋率為16%。林草覆蓋率較低是由于工程臨時占地采取地面硬化措施，將來由經濟區統一規劃綠化。通過水土保持方案的實施，除林草覆蓋率外，治理后平均土壤侵蝕模數、水土保持防治區、擾動土地整治范圍等均達到預期目標值，工程建設造成的水土流失得到了有效控制，破壞的植被得到最大限度的恢復，區域生態環境得到保護[7]。

3 結 論

海堤工程修建后，將為盤錦市沿海經濟區及遼濱、榮興社區人民提供了穩定的生活與生產環境，提高人們的生活質量，改善推動該地區經濟建設和社會發展，具有顯著的環境、經濟和社會效益。該工程產生的有利影響是長期的、主要的，而不利影響是短期的、次要的，并且不利影響是次要的、短期的，而且不利影響可通過監測手段進行環境管理，采取一定環境保護對策措施加以減免和改善。從長遠、全局利益綜合考慮，海堤工程的興建利大于弊，盤錦遼濱沿海經濟區海堤工程的建設是可行的。