土壤流失測算導則在水土保持區域評估中應用初探

李 煜

(中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

前言

《生產建設項目土壤流失量測算導則》[1](SL773-2018)主要適用于風力作用和水力作用下生產建設項目事前土壤流失量的預測、事中土壤流失量的監測和事后土壤流失量的計算。其規定了導則的應用情形，對土壤流失類型進行了劃分，并提出了土壤流失量的測算流程，導則中明確了水力作用下生產建設項目的一般擾動地表、工程開挖面、工程堆積體等土壤流失量測算，風力作用下生產建設項目的一般擾動地表、工程堆積體等土壤流失量測算。

根據《水利部關于進一步深化“放管服”改革全面加強水土保持監管的意見》中關于推進實施水土保持區域評估的有關要求，“水土保持區域評估應明確水土流失防治責任主體，指定區域水土流失總體控制目標，分析論證區域內生產建設項目總體布局、規模以及建設的區域和范圍對水土資源和生態環境的影響，提出水土流失預防和治理的專項對策和措施。”隨著各類開發區大量建設，區域評估優化了審批服務，提升了監管效能，切實減輕了企業負擔，建設單位越來越意識到區域評估的好處[2]。本文將土壤流失量測算導則運用在水土保持區域評估中，分析計算過程和編制方法，通過選取合適的系數指標，使其土壤流失量的預測結果能夠更準確地反映出區域水土保持防治重點區域，通過對重點區域進行相應的水土流失防治措施布設、優化施工時序、調整施工方法，進而對區域達到水土流失預防和治理的效果。

1 項目及項目區概況

1.1 項目概況

永安經濟開發區坐落于沈陽市于洪區，區域規劃面積60km2，截至2030年末，規劃常住人口達到14萬人，GDP產值為150億元。開發區產業定位以智能化的基礎裝備制造業、現代化的商貿物流業和新興產業為主導產業，共劃分3大產業片區。其中，商貿物流片區，依托沈陽地區的國際物流港，著力發展現代物流業，并以生產性和生活性物流為代表，打造遼寧經濟區至東北地區物流樞紐；裝備智能制造及配套產業片區，依托區域中建設的機床城、零部件產業園和五金園等，加快推動工業企業聚集，并堅持以節能環保、先進制造及綠色能源和新型材料為導向，創建先進制造業產業基地；新興產業片區，依托京沈合作產業園，加快建設以5G通訊、大數據、物聯網和大健康等新興產業為主的對口合作共建示范園區。

永安經濟開發區總占地面積為60km2，占地類型主要包括居住用地、商業服務業設施用地、工業用地、物流倉儲用地、道路與交通設施用地、公用設施用地、綠地與廣場用地、商業居住混合用地、灘地及耕地等。占地性質均為永久占地。本區域共動用土方和石方量為11613.52萬m3，其中挖方開挖量為5806.76萬m3，填方填筑量為5806.76萬m3，土石方總體平衡，無棄方。開發年限為2020—2030年。

1.2 項目區概況

開發區地貌為渾河沖擊平原，由第3紀沖洪積形成，平均海拔高度36m，地勢較為平坦，地形變化總趨勢為東北高、西南低，由東北向西南逐漸傾斜。項目區屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候，多年平均氣溫為7.6℃；多年平均降水量972mm，10a一遇24h降雨量為98mm，10a一遇6h降雨量為68mm；多年平均蒸發量為917.1mm，多年平均風速3.2m·s-1，最大凍結深度為1.50m；年日照時數2850h；多年平均無霜期150d；≥10℃積溫3488℃。土壤類型多樣，共有棕壤土、沙土、草甸土、沼澤土和水稻土共5個土類，亞類共6個，土屬共12個，土種共28個。其中，草甸土占52.05%，廣布全區。區域植被屬于溫帶落葉闊葉林帶，均為次生群落。林草覆蓋率約20%。

2 開發區水土流失現狀

永安經濟開發區屬北方土石山區，為遼寧中部平原人居環境農田防護區，容許土壤流失量為200t·km-2·a-1。根據遼寧省2019年水土流失動態監測，開發區內水土流失以輕、中度水力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數約350t·km-2·a-1。開發區水土流失面積29.47km2，其中極強烈侵蝕為0.02km2，強烈侵蝕為0.06km2，中度侵蝕為18.77km2，輕度侵蝕為10.62km2。

3 土壤侵蝕強度分析

3.1 原地貌土壤侵蝕模數

開發區多為建設用地且部分已經開發利用，在河流兩岸及尚未開發區域分布有農用地及河灘地，根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)，本項目原地貌土壤流失量計算公式：

Myx=RKLySyBETA

Ly=(λ/20)m

λ=λxcosθ

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)],e=2.72

A=10-4wλxcosθ

式中，Myx為原地貌計算單元土壤流失量，t；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，參考《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)附錄C，取K=0.0159；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)附錄C可知，降雨侵蝕因子R=2268MJ·mm/(hm2·h)；Ly為坡長因子，無量綱；λ為計算單元水平投影坡長度，單位為m，對一般擾動地表類型，計算水平段投影坡長>100m時，按100m，水平段投影坡長≤100m時按實際值計算；θ為計算單元坡度，°，取值范圍為0°～90°；m為坡長指數，其中θ≤1°時，m取0.2；1°<θ≤3°時，m取0.3；3°<θ≤5°時，m取0.4；θ>5°時，m取0.5；λx為計算單元斜坡長度，m；Sy為坡度因子，無量綱；B為植被覆蓋因子，無量綱，參照《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)中表4，建設用地及河灘地(植被覆蓋度為20%)B=0.242，農用地B=1.0；E為工程措施因子，無量綱，建設用地E=1.0，農用地E=1.0，河灘地E=1.0；T為耕作措施因子，為無量綱，建設用地及河灘地T值可取1.0，農用地整地及種植方式因子按等高耕作T1值可取0.431，輪作制度因子T2值可取0.33；A為計算單元的水平投影面積，hm2；w為計算單元寬度，m。

通過選取典型地貌單元，本項目原地貌土壤侵蝕模數計算結果見表1。

3.2 施工期土壤侵蝕模數

項目施工期間，開發區地面的組成物質和原有地形地貌受到擾動，導致表層土裸露，損壞了地表植被，原地貌的防沖、固土能力喪失，較之擾動前土壤侵蝕模數急劇增大。根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)，本項目土壤流失類型主要為上方無來水工程開挖面、上方無來水工程堆積體和地表翻擾型一般擾動地表3類，其對應的計算公式如下。

3.2.1 上方無來水工程開挖面中的流失量計算

Mkw=RGkwLkwSkwA

Gkw=0.004e4.28SIL(1-CLA)/ρ

Lkw=(λ/5)-0.57

Skw=0.8sinθ+0.38

式中，Mkw為上方無來水工程開挖面計算單元土壤流失量，t；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)附錄C可知，降雨侵蝕因子R=2668MJ·mm/(hm2·h)；Gkw為上方無來水工程開挖面土質因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；Lkw為上方無來水工程開挖面坡長因子，無量綱；Skw為上方無來水工程開挖面坡度因子，無量綱；ρ為土體密度，g·cm-3，壤土取1.38g·cm-3，砂壤土取1.65g·cm-3；SIL為粉粒(0.002～0.05mm)含量，查附錄B，壤土SIL=0.40，砂壤土SIL=0.25；CLA為黏粒(<0.002mm)含量，查附錄B，壤土CAL=0.20，砂壤土CAL=0.10。

3.2.2 上方無來水工程堆積體的流失量計算

Mdw=XRGdwLdwSdwA

Gdw=a1eb1δ

Ldw=(λ/5)f1

Sdw=(θ/25)d1

式中，Mdw為上方無來水工程堆積體計算單元土壤流失量，t；X為工程堆積體形態因子，無量綱，取1.0；Gdw為上方無來水工程堆積體土石質因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；Ldw為上方無來水工程堆積體坡長因子，無量綱；Sdw為上方無來水工程堆積體坡度因子，無量綱；δ為計算單元侵蝕面土體礫石含量，取0.1；a1、b1為上方無來水工程堆積體土石質因子系數，壤土a1=0.046，b1=-3.379；f1為上方無來水工程堆積體坡長因子系數，壤土f1=0.632；d1為上方無來水工程堆積體坡度因子系數，壤土d1=1.245。

3.2.3 地表翻擾型一般擾動地表的流失量公式

Myd=RKydLySyBETA

Kyd=NK

λ=λxcosθ

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)]，e=2.72

式中，Myd為地表翻擾型一般擾動計算單元土壤流失量，t；Kyd為地表翻擾后土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；N為地表翻擾后土壤可蝕性因子增大系數，無量綱，取2.13；K為土壤可蝕性因子，參考《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)附錄C，取K=0.0159；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)附錄C可知，降雨侵蝕因子R=2668MJ·mm/(hm2·h)；Ly為坡長因子，無量綱；λ為計算單元水平投影坡長度，m；對一般擾動地表，計算水平段投影坡長>100m時，按100m，水平段投影坡長≤100m時按實際值計算；θ為計算單元坡度，°，取值范圍為0°～90°；m為坡長指數，其中θ≤1°時，m取0.2；1°<θ≤3°時，m取0.3；3°<θ≤5°時，m取0.4；θ>5°時，m取0.5；λx為計算單元斜坡長度，m；Sy為坡度因子，無量綱；e為自然對數的底，取2.72；B為植被覆蓋因子，無量綱，參照《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)中，建設用地B=1.0，農用地B=1.0，河灘地B=1.0；E為工程措施因子，無量綱，取1；T為耕作措施因子，無量綱，取1；A為計算單元的水平投影面積，hm2。

3.3 自然恢復期土壤侵蝕模數

根據本區域所處的自然氣候條件，自然恢復期預測取3a。依據自然恢復期、自然植被蓋度的變化趨勢，根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》(SL773-2018)的適用公式，確定自然恢復期的土壤侵蝕模數。

表1 原地貌土壤侵蝕模數計算表

表2 施工期土壤侵蝕模數計算表(上方無來水開挖面情況)

表3 施工期土壤侵蝕模數計算表(地表翻擾型一般擾動地表情況)

表4 施工期土壤侵蝕模數計算表(上方無來水堆積體情況)

表5 自然恢復期土壤侵蝕模數計算表

4 建設擾動因素分析

4.1 施工準備期水土流失影響因素

在施工準備期，主要實施“五通一平”工程，此階段進行部分土方的開挖、回填及建設臨建設施等工作。由于項目的開工建設，擾動了原地貌的土壤，清除了地面的覆蓋物，造成土地裸露，極大降低了原土體結構保持水土的功能，容易造成水土流失。

4.2 施工期水土流失影響因素

在工程施工期間，由于工程的基礎和邊坡開挖及其堆土；交通道路及公用設施的建設、施工輔助企業建設等活動，對地表進行開挖，造成了原地貌和地表植被的破壞，土體結構改變，降低了土壤的固土防沖能力，同時由于工程土石方調運過程中及堆放后都將產生水土流失，因此工程建設的水土流失主要時段為施工期。

4.3 自然恢復期水土流失影響因素

工程建成后，部分區域建設了建筑物，或被硬化等，但仍有大面積的裸露地面，如果不實施水土保持措施，裸露的區域仍然可能發生大面積的水土流失，隨著時間的增長，地表慢慢固結，植被自然生長，水土流失現象會逐年減輕，但需要較長時間的恢復。

5 可能造成的水土流失危害分析

開發區建設過程中的場地整平、基礎開挖、施工過程中的臨時堆土等會在一定程度上改變并破壞原地貌形態，形成的再塑地貌，土層松散、地表裸露，土壤固土抗蝕能力減弱，從而可能引起水土流失。在項目建設過程中應該采取有效的綜合防治措施，防止開發區及周邊土壤侵蝕加劇，造成水土流失危害，具體表現在以下幾方面。

建設過程中原地貌和植被被破壞，原有生態系統形成的平衡被打破，裸露疏松的表土，可能會產生水土流失現象，影響周圍環境。

土地資源遭到破壞、降低了土地生產力。項目建設過程中破壞了原有形成的較為穩定的土壤，降低了土地的生產能力，加劇了區域水土流失。

項目建設中大量的土石方開挖，原地貌、土壤結構和地面物質組成被破壞，造成土地肥力的下降，導致土地生產能力降低，植被恢復將增加難度。

項目建設中臨時堆土如不采取防治措施，局部將會產生劇烈的水土流失。另外，施工人員多，機械設備的運行等影響施工場區周圍生態環境。所有不可避免的人類活動對當地的生態系統都可能產生一定的不利影響。

6 結語

推行水土保持區域評估有利于簡化水土保持方案審批、加快區域項目建設[3]。但同時應加強后期水土保持防治措施。生產建設項目土壤流失預測是分析水土流失特點、制定水土保持防治措施的基礎[4]。綜上所述，本文結合實例，對區域評估項目應用了《生產建設項目土壤流失量測算導則》，按照地表翻擾型一般擾動、上方無來水工程開挖面、上方無來水工程堆積體3種土壤流失類型，根據區域的實際情況，分別用不同的計算公式和因子選取，測算出土壤侵蝕強度，為同類型開發區水土保持區域評估的水土流失預測提供參考，為后期區域內項目水土流失預防提供依據。