西江干流治理工程水土流失預測分析與建議

王瑋娟

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510000)

1 工程概況

西江干流治理工程范圍西起廣西梧州廣東封開邊界，東至廣東三水思賢滘，經過廣東省云浮、肇慶2個地級市共7個縣(區)。沿線兩岸地形地貌主要為低山丘陵及山間盆地、洪積扇、沖積階地和沖積平原。項目區屬南方紅壤丘陵區，土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，現狀水土流失較輕微，土壤侵蝕模數小于南方紅壤的容許值500t/km2·a，項目建設區土壤侵蝕背景值取500t/km2·a。本工程堤防等建筑物開挖填筑、棄渣等其它相關施工活動等，都將對地表造成擾動，改變原有地形地貌及土壤的物理結構，損壞地表植被，使地表裸露。若施工過程中的水土流失得不到有效控制，故必須采取嚴格的防護措施，控制工程建設形成的水土流失。

2 水土流失預測

2.1 水土流失預測范圍和時段

1)預測范圍：

預測范圍指在方案服務期內工程施工擾動產生水土流失的所有區域。水保措施布設需依據水土流失預測情況，顯然，對項目進行合理的分區劃分是直接影響水土流失預測精度的重要因素。由于工程不同區域的施工方法不同，損壞、擾動后的土壤侵蝕強度和水土流失量存在較大差別，因此，進行水土流失預測應該有所區別。

本方案根據工程的項目組成、施工布置、施工時段和施工工藝，對工程建設過程中形成的水土流失區域進行劃分，按照項目實際情況，本工程預測分區與防治分區一致，即把整個項目預測分區劃分成主體工程區、施工生產生活區、施工道路區、臨時堆場區、土料場區及棄渣場區。該項目施工期水土流失預測范圍與項目總占地面積相同，均為500.79hm2；自然恢復期水土流失預測不同于施工期，預測范圍相對有所減小，減幅較大的是堤岸防護區和涵閘工程區，這兩處區域施工后均明顯能起到水土保持作用，因此后期不必大范圍預測。各區預測范圍見表1。

2)水土流失預測時段：

西江干流治理工程屬于建設類項目，水土流失主要集中在施工期，西江干流區間內原水土流失情況比較樂觀，因此可適當弱化施工準備期水土流失預測。項目施工完成后的運行期是檢測工程成果的最好階段，雖然該階段水保措施已經發揮作用，生態環境得到回復，但是對期間水土流失情況再次進行預測是很有必要的[1-3]。施工期間水土流失預測依然根據分區不同再次細分各分區預測時段，例如主體工程區和生產生活區由于使用屬性不同，必須設置不同預測時段，自然恢復期按照1a計列。

表1 各區水土流失預測范圍情況

2.2 預測內容與方法

根據《開發建設項目水土保持技術規范》(GB50433-2008)規定，結合本工程建設特點，預測內容包括擾動原地貌、土地及植被損壞面積，損壞水土保持設施的面積，棄土、棄渣量，可能造成的水土流失量及其危害等[4]。

對于擾動原地貌、毀壞土地、毀壞水保設施、破壞植被的面積和數量的預測，本工程先根據圖紙所表述的工程量得出初步數據，后對現場進行勘察，根據勘察結果微調；工程棄渣和棄土可以根據設計圖紙土石方平衡計算得出；對于可能造成水土流失總量，采用類比法，選擇與本工程施工工藝相似、工程破壞形式相近且工程項目所在地相距較近的工程類比分析[5]。針對新增水土流失量，本次根據項目設計圖紙及前期實地查勘確定的地類面積、原地貌及原地貌擾動后侵蝕模數，采用下式計算：

(1)

式中：W為擾動地表土壤流失量，t；△W為擾動地表新增土壤流失量，t；i為預測單元(1，2，3，……n)；k為預測時段，1，2，3，指施工準備期、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；△Mik為不同單元各時段新增土壤侵蝕模數，t/km2·a；Mi0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，擾動時段·a。

3 水土流失預測結果

3.1 擾動原地貌、設施損壞面積預測

項目擾動原地貌水土流失情況需結合勘察報告統計并評估，該工程沿線地貌規劃圖較為詳細，根據資料測算出施工可能占用和破壞的林地、植被面積作為初始值。由于本工程屬于堤防工程的綜合整治，堤岸與涵閘占用了河道的部分水域作為工程用地，雖然河道工程的水域面積屬于已征用的國有土地，但堤岸工程的建設與涵閘工程的除險加固，施工結束后，占用的水域面積已形成水工建筑物，因此，本工程堤岸防護區及涵閘工程區的擾動原地貌面積應包括占用河道的水域及水利設施用地范圍[6]。統計結果顯示，本工程擾動原地貌土地面積與項目占地面積具備一致性，均為500.79hm2。根據施工圖紙信息和前期勘測報告可知本工程損壞的水土保持設施面積為112.06hm2。

3.2 工程棄渣量預測

通過對設計圖紙計算得出主體工程土石方開挖總量為320.96萬m3(自然方，下同)；土石方回填總量為443.88萬m3，

對工程設計圖紙進行土石方計量，得到主體工程土石方開挖總量、回填量分別為320.96萬m3、443.88萬m3。不足回填方量為125.07萬m3，不足部分的土料采用土料場自采來滿足填筑料的施工要求，共需自采土料318.81萬m3，剩余的195.89萬m3(合計松方約261.70萬m3，合計堆方約247.77萬m3)因質量無法滿足填筑要求而外運棄渣，擬全部堆放于本工程布設的22個棄渣場。

3.3 可能造成的水土流失量預測

1)背景值的確定：

本工程堤防沿線所在區域地貌類型為低山丘陵區，通過對工程建設區水土流失的現狀調查，林草植被覆蓋良好，結合《廣東省土壤侵蝕現狀圖(1:100000)》分析，確定項目區現狀水土流失背景值為500 t/km2.a。

本工作采用開閉裂紋模型,考慮裂紋縫隙效應,將裂紋等效為非線性旋轉彈簧,給出了FRP布加固裂紋梁的裂紋等效旋轉彈簧剛度.將FRP布加固黏彈性梁在裂紋處分段,利用梁彎曲的邊界條件和裂紋處的連接條件,借助Laplace變換及逆變換,給出均布突加載荷作用下FRP布加固簡支裂紋黏彈性梁彎曲變形的解析解.數值分析了CFRP布加固上/下表面裂紋黏彈性DF梁的彎曲變形,考察了CFRP布含量、梁跨高比、裂紋位置及其開閉狀態等對CFRP布加固裂紋DF梁彎曲蠕變的影響,得到如下結論.

2)施工期及自然恢復期侵蝕模數的確定：

工程地面原生地貌侵蝕模數的確定：①通過當地水利專家的判斷；②考慮河流的輸沙模數；③通過類比分析法，依據工程相似性確定。通過篩選，本次選擇與“北江大堤達標加固工程”做類比，廣東粵源水利水電咨詢有限公司對北江大堤達標加固工程做了典型樣本點調查，調查結果見表2。

表2 廣東省北江大堤達標加固工程土壤侵蝕強度調查成果表

本工程擾動后侵蝕模數的確定，是在現場調查的基礎上借鑒上述廣東粵源水利水電咨詢有限公司的監測數據。類比分析后結合項目區降水情況、植被覆蓋程度和水保現狀得出各分區的原生侵蝕模數及特點見表3。綜上所述，修正后確定本工程渣場侵蝕模數為3.1萬t/km2·a，項目區主體工程區域的侵蝕模數為2.2萬t/km2·a。

表3 類比工程及本工程土壤侵蝕模數選取表

3.4 新增水土流失量及重點防治區域

根據《開發建設項目水土保持技術規范》(GB50433-2008)的規定，工程水土流失預測是項目區水土流失量預測應注意其前提是不改變現狀情況，即不采取任何水保措施的情況下進行預測[7-9]，利用前文所述公式，計算得到新增水土流失量見表4。

表4 各預測分區可能產生的水土流失量匯總表

從表4知，本項目施工期(含施工準備期)及自然恢復期內預測水土流失總量為151270t，其中新增水土流失總量為146397t，主體工程區新增水土流失量為80603t，占新增總量的55.06%，主要原因是工程線路長，擾動地表面積較大，是工程新增水土流失的主要流失區域；其次土壤流失占比較高的區域為棄渣場區域，占比為21.61%，棄渣場是工程廢棄物和生產生活廢物的排放地，不僅水土流失程度較高，該范圍內環境也比較糟糕；主體工程區和棄渣場區總水土流失量占比可接近80%，可見這兩個防治分區是本工程的重點防治和監測區域流失區域依次為道路區、料場區、臨時堆場區和生產生活區，這些區域水土流失情況相對較樂觀[10-12]。施工期是水土流失最主要的時段，占總流失量的97%，自然恢復期水土流失量相對減小，主要原因是各項水土保持措施已逐步發揮作用。

4 結論與建議

4.1 結論

1)本項目擾動原地貌的土地面積共500.79hm2，其中施工損壞的水土保持設施面積為112.06hm2。

3)新增水土流失量主要來源于主體工程區，占新增總量的55.06%，主要是由于工程擾動地表面積及侵蝕模數較大，應作為工程水土流失重點防治和監測對象，其次是棄渣場區、施工道路區、土料場區、臨時堆場區及施工生產生活區，也應進行重點監測。

4.2 建議

結合主體工程施工進度安排，從預防水土流失、保護生態環境的角度出發，提出以下3點建議：

1)云浮市的郁南縣、云安區及肇慶市的德慶縣屬于廣東省水土流失重點治理區，工程施工要做到“文明施工”，加強對施工人員的管理教育，減輕對項目區生態環境的破壞。

2)工程土石方轉運工程量大，建議進一步優化施工工序，做好各施工工序的搭接，避免無序施工，造成二次水土流失；加強土石方工程施工期水土保持工作，確保項目建設與水土保持協調進行；加強棄渣場區的水土流失防治力度，控制關鍵區域的水土流失。

3)工程施工期間，臨時措施是主要防治手段，這些措施需和主體工程建設同步進行；防護強度周期性變化，以雨季為重點加強時段，預防實施時段與施工周期相同；工程實施后期應該加入植物防治措施；對于主體施工時間，應該注重氣象預報，及時調整施工進度，盡量減少雨季和大風季節施工的次數。