淺析金昌市金川區(qū)龍景村小沙溝山洪溝道治理項目水土流失與預(yù)測

李曉莉LI Xiao-li

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，張掖 734000）

0 引言

金川區(qū)龍景村小沙溝山洪溝道項目區(qū)地形地貌復(fù)雜，局部地區(qū)高強度暴雨形成的洪災(zāi)以及人類工程活動對自然的破壞日趨嚴(yán)重。每到汛期，浸溢塌岸并存，嚴(yán)重威脅溝道兩岸人民生命財產(chǎn)安全。通過項目區(qū)的地形地貌、土壤植被、地表組成物及水土流失現(xiàn)狀等因素進(jìn)行調(diào)查全面分析，結(jié)合擬建工程特點，確定水土流失預(yù)測的重點位置。同時根據(jù)工程具體布局，著重對工程施工過程中可能造成的地表擾動、植被破壞、可能會損壞水土保持設(shè)施的情況，以及各施工單元的新增水土流失量及其危害進(jìn)行預(yù)測和評價，并掌握工程施工過程中新增水土流失的重點時段和部位，為制定水土流失防治總體方案和單項防治措施設(shè)計提供可靠的理論依據(jù)。

1 綜合說明

1.1 項目位置 金川區(qū)龍景村小沙溝山洪溝道治理項目位于金昌市金川區(qū)寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)龍景村境內(nèi)，距金昌市約10km，地理坐標(biāo)：經(jīng)度102°09′38″，緯度38°25′34″。金川區(qū)位于甘肅省河西走廊東部，巴丹吉林沙漠前緣。東北與武威市民勤縣接壤，西北與內(nèi)蒙古阿拉善右旗及張掖市山丹縣毗鄰，南與金昌市永昌縣相依。

1.2 項目基本情況 金川區(qū)屬大陸性溫帶干旱氣候，主要特點是：氣候干燥，光照充足，全年多風(fēng)且多西北風(fēng)，四季分明，晝夜溫差較大，霜期長，春季多大風(fēng)。境內(nèi)氣溫北高南低，降水北少南多，具有顯著的高程分布特征。祁連山山區(qū)海拔2500～4000m，屬于高寒半濕潤氣候，年平均氣溫為-0.2℃，年降水量311～600mm，年日照時數(shù)2200h；淺山區(qū)海拔2000～2500m，年平均氣溫為5.4℃，平均年降水量211.8mm，年蒸發(fā)量1990.2mm；走廊平川區(qū)海拔1300～2000m，年平均氣溫為9.5℃，平均年降水量122.3mm，年蒸發(fā)量2808.2mm，年日照時數(shù)2955h。項目為新建建設(shè)類項目。項目區(qū)新建攔洪主壩1座，副壩1座，放水建筑物1座（包括臥管、消力池、涵管）、渠道維修500m。工程建設(shè)施工總工期2個月。本工程占用土地，主要分為兩大塊，一塊是攔洪壩建筑物永久占地，另一塊是臨時占地。其中永久占地0.159hm2，臨時占地0.06hm2。占地類型均為荒草地。項目區(qū)河谷發(fā)育，地勢起伏不平，左右岸巖石裸露，岸坡以上為三、四級階地，階地具二元結(jié)構(gòu)，基巖岸坡自然邊坡1:0.2，河谷底寬50～180m。項目區(qū)周邊無飲用水水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、風(fēng)景名勝區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、重要濕地等，不涉及水土保持敏感區(qū)。

根據(jù)全國水土保持區(qū)劃（甘肅省部分），項目區(qū)屬內(nèi)陸河流域防治區(qū)（Ⅲ）河西走廊平原區(qū)（Ⅲ-5），地貌類型主要為戈壁平原，水土流失類型以風(fēng)力侵蝕為主，項目區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值取值2000t/km2·a，侵蝕強度為輕度。根據(jù)甘肅省相關(guān)公告，項目區(qū)屬內(nèi)陸河流域省級水土流失重點治理區(qū)，項目區(qū)容許土壤流失量為1500t/km2·a。

1.3 水土流失防治責(zé)任范圍 根據(jù)相關(guān)規(guī)定，生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治責(zé)任范圍應(yīng)包括項目永久征地、臨時占地以及其他使用與管轄區(qū)域。本項目占地面積共計0.219hm2（3.28畝），占地類型均為荒草地，均屬甘肅省金昌市金川區(qū)管轄。

根據(jù)水土流失分區(qū)原則和工程建設(shè)特點、施工工藝特征、水土流失特點，本方案將項目區(qū)劃分為：主體工程防治區(qū)及臨時生產(chǎn)生活區(qū)兩個防治分區(qū)（表1）。

表1 防治責(zé)任范圍表

1.4 水土流失防治目標(biāo)

①執(zhí)行等級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水利部辦公廳相關(guān)文件、規(guī)劃區(qū)劃及甘肅省相關(guān)公告，項目區(qū)水土保持區(qū)劃屬于北方風(fēng)沙區(qū)。項目區(qū)位于甘肅省金昌市金川區(qū)寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)，在甘肅省省級水土流失重點治理區(qū)中屬于內(nèi)陸河流域省級水土流失重點治理區(qū)，本項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行北方風(fēng)沙區(qū)建設(shè)類項目一級標(biāo)準(zhǔn)。

②防治目標(biāo)。項目所在區(qū)域?qū)儆谝燥L(fēng)力侵蝕為主的北方風(fēng)沙區(qū)，容許土壤流失量為1500t/（km2·a）。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，本項目防治目標(biāo)取值具體見表2。本項目到設(shè)計水平年，水土流失治理度達(dá)到82%，土壤流失控制比達(dá)到0.80，渣土防護(hù)率達(dá)到87%。本項目所處位置植被覆蓋率較低，工程結(jié)束后不設(shè)植物措施，臨時占地自然恢復(fù)，因此林草植被恢復(fù)率和林草覆蓋率不考慮；由于工程區(qū)位于北方風(fēng)沙區(qū)，因此對表土保護(hù)率不作要求。

表2 水土流失防治指標(biāo)值

2 水土流失分析與預(yù)測

2.1 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)文件，工程所在地不屬于國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)和重點治理區(qū)。項目區(qū)處于內(nèi)陸河流域省級水土流失重點治理區(qū)。因此，水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行建設(shè)類項目一級防治標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《甘肅省水土保持區(qū)劃》，工程區(qū)屬河西走廊農(nóng)田防護(hù)防沙區(qū)。工程區(qū)地處金昌市金川區(qū)東部的河谷階地上，地形較為平坦，地勢南北高差約2.8m，水土流失類型以風(fēng)蝕為主，兼有少量水力侵蝕，工程區(qū)容許土壤流失量為1500t/（km2·a）。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工程區(qū)植被稀疏，主要為耐旱、耐貧瘠的荒漠草本植物，林草覆蓋率10%左右。地表土壤為灰棕荒漠土，顆粒較細(xì)，地表結(jié)皮厚度為3～10mm，對地表的保護(hù)作用較好。根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)合對工程區(qū)地表物質(zhì)組成、植被狀況和地形地貌等現(xiàn)場調(diào)查，對照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007），綜合分析確定土壤侵蝕模數(shù)背景值為2000t/（km2·a），侵蝕強度為輕度。

2.2 水土流失影響因素分析

本項目建設(shè)中水土流失成因較為復(fù)雜，影響因素多種多樣，其中主要因素為自然因素和人為因素。本項目在建設(shè)過程中，涉及到挖方、填方，該操作導(dǎo)致原有土地坡度、面積出現(xiàn)較大變化，大部地區(qū)形成縱行深度較深的溝壑，部分地方出現(xiàn)較大土坡。由于人為破壞地貌作用，最終引發(fā)嚴(yán)重水土流失現(xiàn)象。

根據(jù)本項目實施方案，并利用地形圖和勘界圖對擬建項目區(qū)域進(jìn)行勘查，調(diào)查工程在施工期開挖擾動地表和損壞林草植被的程度，在此基礎(chǔ)上對項目區(qū)各工程區(qū)占地面積進(jìn)行量算和統(tǒng)計，預(yù)測出工程項目擾動原地貌總面積為0.219hm2。結(jié)合野外調(diào)查，確定本工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施面積為0.219hm2。

2.3 土壤流失量預(yù)測

2.3.1 預(yù)測單元 水土流失預(yù)測范圍涵蓋整個項目建設(shè)區(qū)，按各單元工程及占地利用情況，考慮到施工營地區(qū)（臨時道路區(qū)和臨時堆土區(qū)）位于道路工程區(qū)內(nèi)，故不重復(fù)計列。項目區(qū)水土流失預(yù)測單元劃分為主體工程區(qū)和施工營地區(qū)兩個單元。

2.3.2 預(yù)測時段 本工程預(yù)測時段包括項目施工期（含施工準(zhǔn)備期）和施工結(jié)束后自然恢復(fù)期兩個階段。各預(yù)測單元的施工期和自然恢復(fù)期應(yīng)根據(jù)項目施工進(jìn)度分別確定；施工期為實際擾動地表時間；自然恢復(fù)期為施工擾動結(jié)束后，不采取任何水土保持措施的情況下，土壤侵蝕強度自然恢復(fù)到擾動前土壤侵蝕強度所需的時間。

工程建設(shè)過程中的水土流失除了受區(qū)域氣象水文、土壤植被、地形地貌等因素影響外，還受施工建設(shè)活動的影響，使施工區(qū)域內(nèi)水土流失表現(xiàn)出特殊性，導(dǎo)致水土流失隨不同施工場地和施工進(jìn)度的變化而變化，表現(xiàn)出時空變化的動態(tài)性。同時考慮到水土流失主要發(fā)生在風(fēng)季（3～5月）或雨季（6～8月）的特點，確定預(yù)測時間應(yīng)在考慮施工持續(xù)時間的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工跨風(fēng)季情況作適當(dāng)調(diào)整。水土流失預(yù)測時段按具體施工時間所處的水土流失季節(jié)，以不利時段進(jìn)行預(yù)測，超過風(fēng)季或雨季長度的按一年計算，不超過風(fēng)（雨）季長度的按所占比例計算。依據(jù)本工程的施工進(jìn)度及雨季的分布時段，確定施工期預(yù)測時間為2個月，自然恢復(fù)期為5a。各預(yù)測單元預(yù)測時間劃分見表3。

表3 各單元工程預(yù)測時段劃分

2.3.3 土壤侵蝕模數(shù)

①預(yù)測方法。

根據(jù)項目實施方案、地形圖，經(jīng)了解工程施工對地表、植被的擾動情況，廢棄物的組成、結(jié)構(gòu)及其堆放位置和形式，對工程施工造成的新增侵蝕量采取數(shù)學(xué)模型與有關(guān)水保部門提供的觀測資料分析相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)各年新增的侵蝕量，求得項目施工期和自然恢復(fù)期的侵蝕總量。對項目區(qū)建設(shè)過程中一次性擾動的地表，在植被未恢復(fù)前，計算新增侵蝕量，植被覆蓋后，不再進(jìn)行計算施工過程中造成的新增水土流失量。土壤流失量預(yù)測采用數(shù)學(xué)模型法。

1）原生地表土壤侵蝕量按以下預(yù)測模型計算：

上式中：WS0為原生地面土壤侵蝕量，t；i為預(yù)測單元，1，2，3，……，n-1，n；F0i為不同土地利用類型面積，km2；M0i為不同預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)背景值，t/km2.a；T0i為預(yù)測時段，a。

2）擾動地表土壤侵蝕量按以下預(yù)測模型計算：

對于擾動地表，不同的分部分項工程、不同時段、擾動形式和程度不同，其侵蝕模數(shù)亦不相同。因此擾動地表土壤侵蝕量，按以下預(yù)測模型計算：

式中：WS1為擾動地表新增水土流失量，t；i為預(yù)測單元，1，2，3，……，n-1，n；F1i為第i個預(yù)測單元的面積，km2；M1i為不同預(yù)測單元擾動后的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2.a；T1i為預(yù)測時段，a。

3）新增土壤侵蝕量按下式計算：△Ws=Ws1-Ws0

式中：Ws0為原生地面土壤侵蝕量，t；Ws1為擾動地面土壤侵蝕量，t；△Ws為新增土壤侵蝕量，t。

②侵蝕模數(shù)的確定。

1）土壤侵蝕模數(shù)背景值。項目區(qū)屬于省級水土流失重點治理區(qū)。根據(jù)對項目現(xiàn)場的勘察，項目區(qū)水土流失類型以風(fēng)力侵蝕為主，地貌類型屬于荒漠戈壁。結(jié)合工程區(qū)地形地貌、地表組成、植被狀況等現(xiàn)場調(diào)查和咨詢專家，綜合分析確定該區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值為2000t/（km2·a）。

2）擾動后的土壤侵蝕模數(shù)的確定。項目區(qū)擾動后土壤侵蝕模數(shù)的確定是按規(guī)范要求由原地貌侵蝕模數(shù)乘以加速侵蝕系數(shù)。本項目區(qū)加速侵蝕系數(shù)是按工程建設(shè)過程中不同的分項工程對地表、植被的擾動程度不同，確定其加速侵蝕系數(shù)不同。根據(jù)黃委會天水水土保持科學(xué)試驗站、甘肅省水土保持科學(xué)研究所、天水市水土保持工作總站等單位的研究資料，結(jié)合本項目占地特點、擾動特點等，綜合分析確定該地區(qū)擾動后土壤侵蝕模數(shù)一般為原地表土壤侵蝕模數(shù)的3～7倍。各預(yù)測單元侵蝕模數(shù)見表4。

表4 本工程侵蝕模數(shù)取值 （單位：t/km2.a）

2.3.4 預(yù)測結(jié)果

根據(jù)各預(yù)測單元施工期、自然恢復(fù)期各擾動面的侵蝕模數(shù)，采用預(yù)測模型公式，計算擾動地表土壤侵蝕量（表5）。

表5 水土流失量預(yù)測計算表

2.4 水土流失危害分析

①在工程建設(shè)活動過程中，將對地表及植被造成擾動、損壞，使原土壤失去抗蝕作用，在受到降雨、大風(fēng)時極易發(fā)生水土流失。②工程施工現(xiàn)場在進(jìn)行土方開挖、回填、轉(zhuǎn)運、裝運時，除施工機械本身產(chǎn)生的廢氣和煙塵外，還會產(chǎn)生少量的粉塵污染。③地表持續(xù)被剝蝕，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到破壞，恢復(fù)較困難，該區(qū)域環(huán)境抗逆能力持續(xù)降低。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

本工程建設(shè)期預(yù)測單元劃分為主體工程區(qū)和施工營地區(qū)兩大分區(qū)，預(yù)測時段為62個月，其中施工期2個月（含施工準(zhǔn)備期），自然恢復(fù)期60個月。

本工程擾動地表面積為0.219hm2，損壞水保設(shè)施面積為0.219hm2。經(jīng)分析預(yù)測，本項目背景流失量為20.34t，預(yù)測流失量為28.53t，新增水土流失量為8.19t。其中施工期可能造成水土流失量3.06t，占總流失量的10.7%；自然恢復(fù)期可能造成水土流失量25.48t，占總流失量的89.3%，分析可知，水土流失主要集中在自然恢復(fù)期，自然恢復(fù)期是防治水土流失的重點時段。

從整個項目來看，預(yù)測單元中主體工程區(qū)、施工營地區(qū)新增水土流失量分別為5.76t，2.43t，分別占整個項目區(qū)新增水土流失量的70.3%，29.7%。因此，主體工程區(qū)是防治水土流失的重點區(qū)域。

3.2 建議

通過水土流失預(yù)測分析，對本項目水土流失的防治提出以下指導(dǎo)建議：①根據(jù)侵蝕預(yù)測結(jié)果，道路工程區(qū)和建筑工程區(qū)是產(chǎn)生水土流失的主要部位。因此，控制道路工程區(qū)和建筑工程區(qū)的水土流失為本方案水土流失防治的重點。②大風(fēng)季節(jié)施工應(yīng)采取臨時灑水、臨時苫蓋措施。③根據(jù)預(yù)測結(jié)果，項目建設(shè)期是新增水土流失較嚴(yán)重的時期，建議在施工過程中優(yōu)化主體工程施工進(jìn)度安排，有效縮短產(chǎn)生水土流失時段。④根據(jù)水土流失危害分析與評價，建設(shè)單位應(yīng)參照水土保持方案執(zhí)行。