王鋪節制閘除險加固工程水土流失預測分析

王 雪

（水發規劃設計有限公司，山東 濟南 250100）

王鋪節制閘建設至今，雖經20 世紀70年代及2001年的小范圍、局部的維修改造，但尚未進行大規模的除險加固工作，至今水閘帶病帶險工作，嚴重影響了水閘工程除害興利功能的發揮，給防洪帶來安全隱患，一旦遭遇洪災，開啟不靈影響泄洪與洪水調節將給當地社會的穩定與和諧帶來不利影響。2009年初水利部水利工作會議上，提出了要開展水閘的除險加固工作的精神。因此，水閘除險加固不僅十分必要。水閘除險加固對改善當地生態環境，促進社會主義新農村建設具有十分重要的意義。

1 項目概況

2 水土流失預測分析

2.1 預測范圍和時段

（1）預測范圍

根據相關規定，水土流失預測范圍一般情況下為項目建設區的面積，因此本工程水土流失預測范圍為4.17 hm2。

（2）預測單元

根據工程建設特點和土壤流失類型，對整個預測范圍進行分區。本工程共劃分為建筑物工程、棄土區、施工臨時道路區、取土場區和施工生產生活區共五個預測單元。

（3）預測時段

根據相關規定，結合工程建設項目特點，本工程水土流失預測時段分為施工期（含施工期準備期）和自然恢復期兩個時段。

通過對工程所在區域的植被自然恢復情況調查發現，區內地表擾動后的自然恢復期一般需2年，因此，自然恢復期確定為2年，即某一施工單元的土建施工期再加上2年作為該區域水土流失的預測時段。對于施工時段超過施工雨季長度（4 個月）的按全年計算，未超過長度的按占雨季長度（4 個月）的比例計算。

本工程水土流失預測時段劃分情況，不同施工單元的預測時段見表1。

在多路徑情況下，路徑3與路徑4均為非可行解，多路徑1與多路徑3為方案所對應的可行解，對其進行優選后，多路徑3所對應的主變負載率更加均衡，以多路徑3與單路徑組合起來的解為最優解。

表1 水土流失預測時段表

2.2 預測方法

本工程水土流失預測方法主要采取調查法、實地查勘法、類比分析法和經驗公式等[1]。采用公式：

式中：W 為擾動地表土壤流失量，t；ΔW 為擾動地表新增土壤流失量，t；i 為預測單元，i=1、2、3、……、n；j 為預測時段，j=1、2，指施工期和自然恢復期；Fi為第i 個預測單元的面積，km2；Mik為擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；ΔMik為不同單元各時段新增土壤侵蝕模數，t/ (km2·a)；Mio為擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Tik為預測時段即擾動時段，a。

2.3 擾動土地面積、損壞水土保持設施和棄土棄渣量預測

（1）擾動土地面積和損壞水土保持設施面積預測

在工程施工期間，由于建筑物開挖、工程棄土、工程取土、施工臨時占壓等活動，使原地貌、土地及植被均受到擾動和破壞。經計算，本工程擾動土地面積4.17 hm2和損壞水土保持設施面積為2.15 m2(不包括水面面積)。見表2。

表2 擾動土地面積、損壞水土保持設施面積統計表 單位：hm2

（2）棄土（石、渣）量預測

①棄方量預測

本工程共計土石方開挖4.64 萬m3，拆除砼及漿砌石0.2 萬m3；土石方回填3.89 萬m3；無借方，棄方0.95 萬m3，全部棄置在棄土場。

②臨時堆土量預測

本方案對于臨時堆土超過3 個月進行預測，經計算，工程共計產生臨時性堆土1.49 萬m3，主要為節制閘基坑開挖土方和各分區臨時占地的表層土，王鋪節制閘基坑回填土方周邊河灘地上，各分區表層土集中堆存在個防治分區內[1]。施工期臨時堆存量見表3。

表3 施工期臨時堆存量預測表

2.4 新增水土流失分析與預測

項目區現狀土壤侵蝕類型以風力侵蝕為主，兼有水力侵蝕，侵蝕強度以輕度為主。根據本工程建設特點，建設期造成的水土流失量預測主要包括施工準備期、施工期和自然恢復期。

（1）土壤侵蝕模數的確定

①原地貌土壤侵蝕模數的確定

土壤侵蝕強度取500 t/（km2·a）。

②擾動后土壤侵蝕模數的選取

通過采用類比法和調查法確定擾動后土壤侵蝕模數。

本工程與南水北調東線一期工程魯北輸水工程聊城段在地形地貌、降雨特征、土壤植被等水土流失影響因子相同或相近，水土流失類型、擾動破壞形式相近，因此兩者具有可比性。本方案選用山東省南水北調一期工程魯北段作為類比工程：2011年年均降雨量低于平均降雨量，土壤侵蝕模數較小，為4499 t/(km2·a)，2012年年降雨量高于平均降雨量，土壤侵蝕模數相對較高，為6472 t/(km2·a)。

通過比較兩個工程的水土流失背景，提出修正系數，對自然恢復期土壤侵蝕模數進行修正。經比較，項目區土壤植被、地形地貌以及施工期間水土流失類型等與本項目基本一致，最大差別在于多年平均降雨量與本工程項目區存在差異。因此根據降雨量比例，并在考慮工程背景值差別的基礎上，本項目在類比工程原測定值基礎上修正0.9，即自然恢復期第一年土壤侵蝕模數平均為2200 t/(km2·a)，第二年土壤侵蝕模數平均為800 t/(km2·a)。施工期土壤侵蝕模數取4000 t/（km2·a）～5800 t/（km2·a），見表4。

表4 本工程各預測區域土壤侵蝕模數取值匯總表單位：t/（km2·a）

（3）可能造成的水土流失量預測

工程建設期間可能造成的水土流失量和新增水土流失量預測采用經驗公式法進行。經計算，本工程建設期產生土壤流失總量314 t，新增土壤流失量268 t。其中施工期新增流失量225 t，自然恢復期新增流失量43 t。見表5。

表5 工程建設期水土流失預測結果分析表

3 結語

通過水土流失預測可知，工程建設期間如不及時采取任何防護措施，將產生土壤流失總量314 t，其中新增土壤流失量268 t；工程建設期水土流失重點防治區域為建筑物工程區和取土場，水土流失防治的重點防治時段為施工期。施工過程中如果不采取任何水土保持措施，工程建設過程中臨時堆放的土方產生松散土體，遇到大雨天氣，引起道路泥濘，遇到大風天氣容易引發揚塵，對周邊居民環境造成不利影響。