某水利工程建設(shè)水土流失預(yù)測及防護措施研究

鐘元標

(惠州市潤源水土保持咨詢服務(wù)有限公司，廣東 惠州 516003)

1 引言

水土流失是造成土地資源損失的一個重要原因，人類工程活動擾動破壞原有地表結(jié)構(gòu)特征將加劇水土流失[1]。謝翔等[2]采用數(shù)學(xué)模型公式預(yù)測高速公路沿線水土流失量，并提出了水土保持措施；韓二飛等[3]以淮北礦業(yè)鐵路為例，研究人類活動擾動下的水土流失量，并提出相關(guān)水土保持措施；蘭平艷[4]以百德鎮(zhèn)引提水工程工程為例，預(yù)測水土流失量及水土流失防治措施；萬沙[5]采用灰色理論預(yù)測水土流失量；王瑋娟[6]以西江航道整治工程為例，預(yù)測河道整治工程造成水土流失量；王姝等[7]研究水閘建設(shè)造成水土流失量，并提出預(yù)防措施。

某水利工程位于河道階地，地形平坦，表土覆蓋層較厚，結(jié)構(gòu)松散，是水土流失的易發(fā)區(qū)。項目建設(shè)內(nèi)容涵蓋引水渠道、隧洞、水閘等工程，擾動面積較大，可能產(chǎn)生大規(guī)模水土流失。項目建設(shè)過程中裸露地表面積增加，需要及時進行水土保持防護，避免造成更大的影響[8-10]。同時，工程廢渣存在堵塞河道的風險，對下游居民的生產(chǎn)、生活造成嚴重的影響。因此，預(yù)測水土流失并進行防護措施處理是十分必要的。

2 水土流失影響因素分析

通過現(xiàn)場調(diào)查，某工程建設(shè)期間土壤侵蝕類型主要為：水蝕。因此，預(yù)測水土流失需要重點考慮水力侵蝕以及降水、坡度、植被覆蓋率等影響水蝕量的主要因素。同時，不同的施工期、不同的施工工藝造成水土流失量存在差異。因此，預(yù)測水土流失需要按照不同的時段和單元進行，方可獲取準確、可靠的結(jié)果。

3 水土流失預(yù)測單元及時段

3.1 預(yù)測單元

水土流失防治總面積4.31 hm2，其中項目建設(shè)區(qū)面積3 hm2，直接影響區(qū)面積1.01 hm2，可分為五個預(yù)測單元，見表1。

3.2 預(yù)測時段

工程建設(shè)期是水土流失的主要時期，包含從施工準備到生態(tài)環(huán)境自然恢復(fù)的總過程。根據(jù)工程建設(shè)時間，按最不利情況設(shè)計預(yù)測時段，見表1。

4 水土流失預(yù)測

4.1 地表擾動面積

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，查明各個預(yù)測單元的擾動范圍，工程擾動面積總計3.3 hm2。

4.2 水土流失量預(yù)測

4.2.1 參數(shù)選取

合理選取土壤侵蝕模數(shù)是準備預(yù)測水土流失量的關(guān)鍵。因此，需要結(jié)合當?shù)噩F(xiàn)有資料、專家建議及現(xiàn)場調(diào)查綜合確定該參數(shù)取值。不同時段、不同單元的土壤侵蝕模數(shù)見表2。

表2 土壤侵蝕模數(shù) 單位：t/(km2·a)

4.2.2 水土流失背景值預(yù)測

背景值需要綜合分析現(xiàn)狀水土流失情況，預(yù)測建設(shè)期和恢復(fù)期內(nèi)工程擾動范圍水土流失量。水土流失背景值W1計算方法如下：

(1)

式中：Fji表示預(yù)測面積；Mji表示土壤侵蝕模數(shù)；Tji表示預(yù)測時間；i、j分別表示預(yù)測單元和時間。

表3 水土流失量背景值預(yù)測

4.2.3 施工期水土流失量預(yù)測

施工期是水土流失的主要階段，工程建設(shè)擾動破壞原有水土結(jié)構(gòu)，造成水土歷史嚴重。該階段應(yīng)按照工程建設(shè)擾動造成水土流失量計算，施工期水土流失量W2計算方法如下：

(2)

表4 施工期水土流失量預(yù)測

4.2.4 自然恢復(fù)期水土流失量預(yù)測

工程建設(shè)完成后，擾動減少，部分區(qū)域硬化幾乎無水土流失，自然植被恢復(fù)期水土流失量W3計算方法如下：

(3)

表5 自然恢復(fù)期水土流失量預(yù)測

5 水土保持措施研究

5.1 主體工程防護措施

(1)工程措施。

剝離隧洞、渠道、閘門等占地面積內(nèi)的表土，厚度為0.3 m，并臨時堆放于堆土場，施工完成后，利用原土復(fù)耕、復(fù)綠。

(2)植物措施

隧洞進口、豎井口、閘門建筑空地綠化。

(3)臨時工程

根據(jù)工程特點，安排開挖與回填工作，可利用開挖料可直接運送至回填工作面。表士堆放需要設(shè)臨時堆土場。施工中及時灑水運送過程中進行攔擋防治水土流失。對開挖面頂部設(shè)編織袋裝土攔擋。

5.2 施工生活區(qū)防護措施

(1)工程措施

剝離占地面積內(nèi)的表土，厚度為0.3 m，并臨時堆放于堆土場，施工完成后，利用原土復(fù)耕、復(fù)綠。

(2)臨時措施

為降低暴雨侵蝕沖刷坡面，可臨時修建土質(zhì)排水溝，梯形斷面為：上口寬0.6 m，底寬0.4 m，深0.5 m。

5.3 臨時堆土區(qū)防護措施

(1)工程措施

臨時堆土場屬于臨時占地，待工程完工后，對場地進行土地平整復(fù)耕。

(2)臨時措施

堆土頂面及坡面設(shè)臨時防塵網(wǎng)覆蓋，四周坡腳設(shè)土埂攔擋和排水溝。不同地塊排水溝應(yīng)相互連接，使水順利排走。土排水溝上口寬0.6 m底寬0.3 m，深0.4 m。土埂頂寬0.5 m，底寬1 m，高0.5 m。

5.4 棄渣場防護措施

(1)工程措施

1)表土剝離

剝離占地區(qū)域表土，厚度0.3 m，總面積為1.4 hm2。臨時堆放于棄渣場周圍，施工完成后使用表土復(fù)耕、復(fù)綠。

2)排水溝

沿棄渣場頂布設(shè)漿砌石排水溝，尺寸為：上口寬0.6 m，底寬0.4 m，深0.5 m。

3)擋渣墻

采用重力式擋渣墻，頂寬0.5 m，高1.2 m，底寬1.1 m。基礎(chǔ)厚0.5 m，寬1.7 m。按要求設(shè)計排水孔和反濾層。

(2)植物措施

完成棄渣堆填后，在棄渣頂面覆土復(fù)耕、復(fù)綠，可采用灌草對棄渣坡面進行綠化，增大當?shù)鼐G化面積，改善生態(tài)環(huán)境。

(3)臨時措施

采用編織袋攔擋臨時堆放的剝離的表土，避免雨水侵蝕沖刷，造成水土流失。編織袋規(guī)格長0.5 m，寬0.4 m，高0.3 m，堆放二層。在臨時攔擋的同時，采用防塵網(wǎng)苫蓋進行防護。

6 結(jié)論

(1)通過水土流失量預(yù)測結(jié)果可知，棄渣場為水土流失最為嚴重的區(qū)域，且雨水是造成水土流失的最主要原因，因此施工期間應(yīng)盡量避開雨季，緊湊安排工期，施工期應(yīng)著重監(jiān)測棄渣區(qū)水土流失情況。

(2)針對不同預(yù)測單元水土流失量和功能特點，采用不同的防護措施加以治理。主要措施包括：排水溝、擋渣墻、植被措施、土埂等。不同措施結(jié)合可提高水土保持效果。