定邊民用機(jī)場水土流失預(yù)測與應(yīng)對建議

羅紅林

（榆林市水土保持生態(tài)工程建設(shè)中心，陜西 榆林 719000）

1 概況

定邊民用機(jī)場為國內(nèi)小型民用支線機(jī)場，按年旅客吞吐量25 萬人次、年貨郵吞吐量750 t、飛行等級4C 目標(biāo)設(shè)計，兼顧通用航空發(fā)展，主要承擔(dān)支線航空運輸、通用航空飛行任務(wù)。定邊民用機(jī)場項目由飛行區(qū)、航站區(qū)組成。項目位于陜西省榆林市定邊縣十里沙村，機(jī)場進(jìn)場道路由定海二級公路引接。工程建設(shè)總工期30 個月，2022 年7 月動工建設(shè)，2024年12月竣工投入運行。

2 項目區(qū)水土流失情況

2.1 地勢地貌

定邊民用機(jī)場位于地勢平緩的風(fēng)沙灘地，總體地勢南高北低，最大高差約28.0 m。場址區(qū)域新月形移動半固定沙丘地貌發(fā)育，沙丘高度一般2～6 m，南側(cè)尤為發(fā)育，沙丘最大高度可達(dá)10 m。機(jī)場建設(shè)區(qū)域原地面整體起伏不大，地形開闊，覆蓋有稀疏灌木，機(jī)場圍界內(nèi)、外建設(shè)區(qū)域地表覆蓋率約為29%。機(jī)場用地總面積162.02 hm2。

2.2 水土流失現(xiàn)狀

項目區(qū)屬毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙草灘地貌，區(qū)內(nèi)起伏較小，地勢開闊，南高北低，土壤以黃綿土、栗鈣土為主，土壤侵蝕為輕度侵蝕。項目區(qū)容許土壤流失量均為1 000 t∕（km2·a）[1]。其中，機(jī)場區(qū)土壤以風(fēng)力侵蝕為主，多年平均侵蝕模數(shù)為2 150 t∕（km2·a），屬輕度侵蝕區(qū)；取土場區(qū)土壤以水力侵蝕為主，多年平均侵蝕模數(shù)為9 500 t∕（km2·a），屬極強(qiáng)烈侵蝕區(qū)。依據(jù)《全國水土保持規(guī)劃國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)和重點治理區(qū)復(fù)核劃分成果》和陜西省水土保持規(guī)劃（2016—2030 年）[2]，項目區(qū)屬黃河多沙粗沙國家級水土流失重點治理區(qū)和陜北及大荔沙地重點治理區(qū)。

2.3 水土流失特點

在風(fēng)力和暴雨洪水條件下，風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕交替作用，在時間上不同步，有2個侵蝕高峰期，冬春季以風(fēng)力侵蝕為主，夏秋季以水力侵蝕為主；水蝕時間集中，受降水因素的影響，主要發(fā)生在6—9月，占全年輸沙量的96%，且往往由幾次暴雨形成；人為水土流失嚴(yán)重，因基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，地表植被及部分水土保持設(shè)施受到破壞，新增水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.4 項目施工對水土流失的影響

工程建設(shè)期間，各項施工活動可能造成的水土流失主要有以下幾方面：①破壞原有水土保持局面。定邊機(jī)場施工范圍內(nèi)各工程在建期間，場地平整等施工活動將改變原來的微地形、地表物質(zhì)組成及土壤的物理性質(zhì)，破壞原地面的匯水狀況，誘發(fā)新的水土流失。②加劇水土流失。施工中各區(qū)域為點狀工程，水土流失呈強(qiáng)度大、歷時短并兼有突發(fā)性、季節(jié)性的特點，在施工區(qū)場地平整、航站樓地下室開挖等施工過程中，不僅占壓擾動地表面積較大，而且相對集中，建設(shè)工序較為繁雜，其擾動和破壞原地貌的表現(xiàn)形式多樣，雨水濺蝕和地表徑流沖刷后，水土流失加劇，水力侵蝕由面蝕發(fā)展到溝蝕，由此可能產(chǎn)生較大的水土流失。③水土流失時段會延長。在項目實施期，受施工進(jìn)度計劃變動、資金投入等制約因素影響，總體方案可能發(fā)生局部變動，進(jìn)而影響項目建設(shè)周期，為工程的防治措施帶來一定程度的不確定性，故實際的水土流失時段可能會延長。

3 水土流失擾動面積分析

因建設(shè)項目各分區(qū)新增水土流失因素基本相同，為定量反映各地塊的流失量，需對各地塊進(jìn)行分區(qū)預(yù)測。

（1）飛行區(qū)。飛行區(qū)布置在機(jī)場東側(cè)，采用平坡式豎向布置，占地面積132.08 hm2，建設(shè)內(nèi)容包括跑道、站坪、防吹坪、導(dǎo)航工程、氣象工程、圍界、巡場道路及其排水工程等。飛行區(qū)分別采用鋼筋網(wǎng)和磚圍界與外界隔離，在飛行區(qū)兩端、航站樓北側(cè)空陸側(cè)交界的圍界處設(shè)置寬5.2 m雙向開啟大門3處。

（2）航站區(qū)。航站區(qū)布置在飛行區(qū)西側(cè)，按功能區(qū)劃分為旅客航站區(qū)、生產(chǎn)輔助設(shè)施區(qū)、后勤輔助設(shè)施區(qū)、公用設(shè)施區(qū)、供油設(shè)施區(qū)5 個區(qū)，占地面積15.58 hm2。航站區(qū)采用平坡式豎向布置，以航站區(qū)西南角為土方平整原點，自南向北以4‰降坡，自東向西以4‰降坡，建構(gòu)筑物占地面積2.12 hm2、建筑密度14.00%，道路及硬化面積3.82 hm2、容積率0.12，綠化面積4.0 hm2、綠化率31.00%。

航站區(qū)內(nèi)部道路采用網(wǎng)狀布置，按城市道路次干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，主干道車速40 km∕h、寬度30 m，次干道車速30 km∕h、寬度20 m，航站樓前主干道寬度9.0 m，其他場內(nèi)道路均為7.0 m。航站區(qū)設(shè)置2個出口，其中1 個出口布置在航站區(qū)西北側(cè)，為人流、貨流公用；1 個出口在航站區(qū)與飛行區(qū)之間。依據(jù)主體工程設(shè)計有關(guān)資料，結(jié)合實地調(diào)查，預(yù)測本工程建設(shè)將擾動地表195.77 hm2，其中飛行區(qū)144.25 hm2、航站區(qū)17.77 hm2、取土場33.75 hm2。

表1 水土流失預(yù)測面積hm2

4 土壤流失量預(yù)測

4.1 預(yù)測單元

預(yù)測單元按地表物質(zhì)組成、土地擾動程度、工程規(guī)模、施工期長短進(jìn)行分析確定，本工程水土流失預(yù)測項目可分為飛行區(qū)、航站區(qū)和取土場3個預(yù)測單元。根據(jù)擾動地表和損壞植被面積分析，結(jié)合主體工程可研設(shè)計，確定項目施工期水土流失面積195.77 hm2，自然恢復(fù)期扣除各建筑物占地面積、地面硬化面積等預(yù)測水土流失面積152.91 hm2，詳見表1。

4.2 預(yù)測時段

根據(jù)主體工程施工進(jìn)度安排，將該工程的水土流失預(yù)測時段分為施工準(zhǔn)備期、施工期及自然恢復(fù)期[3]。預(yù)測時段以年計，根據(jù)本工程所在區(qū)各月平均降水量分布情況，各單項工程的預(yù)測時段均按最不利的情況考慮，凡超過當(dāng)?shù)赜昙鹃L度的按全年計算，不超過的按占雨季長度的比例計算。項目設(shè)計建設(shè)工期30 個月（含1 個月施工準(zhǔn)備期），2022 年7 月開工建設(shè)，2024 年12 月竣工投入運行。施工準(zhǔn)備期主要包括場地平整及“五通一平”，施工供電、供水建設(shè)等。工程建設(shè)過程中的水土流失除受自然因素中水文、氣象、土壤、地形地貌、植被等影響外，還受工程各項施工建設(shè)活動的影響。水土流失隨各個施工場地和施工進(jìn)度的變化而變化，表現(xiàn)出時空的動態(tài)性。根據(jù)項目區(qū)自然環(huán)境條件，確定項目區(qū)自然恢復(fù)期的水土流失預(yù)測時段為5 a。

4.3 土壤侵蝕模數(shù)

4.3.1 原土壤侵蝕模數(shù)確定

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007）和陜西省土壤侵蝕模數(shù)等值線圖[4]，結(jié)合實地調(diào)查，項目區(qū)容許土壤流失量為1 000 t∕（km2·a）。項目區(qū)域為風(fēng)沙草灘地貌類型，確定原地面土壤多年平均侵蝕模數(shù)為2 150 t∕（km2·a），屬輕度侵蝕區(qū)。取土場區(qū)域?qū)偾鹆隃羡值孛玻_定原地面土壤多年平均侵蝕模數(shù)為9 500 t∕（km2·a），屬極強(qiáng)烈侵蝕區(qū)。

4.3.2 施工期土壤侵蝕模數(shù)確定

（1）風(fēng)沙灘地（機(jī)場區(qū)）土壤侵蝕模數(shù)的確定。項目區(qū)以風(fēng)力侵蝕為主，根據(jù)試驗觀測資料并結(jié)合項目區(qū)實際，確定地面擾動后項目建設(shè)區(qū)固定沙地、沙丘土輸沙量計算公式為：

堆土區(qū)流動沙丘輸沙量計算公式為：

沙質(zhì)黃土（擾動土）輸沙量計算公式為：

半流動沙地輸沙量計算公式為：

半固定沙地輸沙量計算公式為：

式中：qi為輸沙量[g∕（cm·min）]；v為風(fēng)速（m∕s），起沙風(fēng)速取5 m∕s；e0.50625v為沙質(zhì)黃土系數(shù)。

經(jīng)計算，飛行區(qū)、航站區(qū)、取土場擾動地貌土壤侵蝕模數(shù)詳見表2。

（2）丘陵溝壑土壤侵蝕模數(shù)的確定。取土場區(qū)域?qū)偾鹆隃羡值孛玻┕て谕寥狼治g強(qiáng)度通過類比工程確定，根據(jù)工程類型特點和建設(shè)引發(fā)水土流失類型的成因分析，選取與本工程性質(zhì)相似、地域相近的定邊縣鄉(xiāng)村公路為類比對象。先后在2 個取土場布置了4 個樣方，對邊坡土壤侵蝕量進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)監(jiān)測，取土場擾動后施工區(qū)土壤侵蝕模數(shù)取28 500 t∕（km2·a）。

（3）自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)的確定。通過對項目區(qū)氣候因素對植物生長情況的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，在工程建設(shè)完工后，部分地段裸露，靠植被自然恢復(fù)，要達(dá)到原地貌植被的70%以上，才能具有與原地表相同的水土保持功能，植被自然恢復(fù)達(dá)70%以上需5 a。根據(jù)有關(guān)資料分析，自然修復(fù)期植被恢復(fù)系數(shù)第1年、第2年、第3年、第4年、第5年分別為原地貌的15%、30%、45%、60%、70%。 植被蓋度越大，受侵蝕的地面就越小，土壤侵蝕面系數(shù)也就越小，而實際土壤侵蝕面與土壤侵蝕模數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.99，由此可推算出小區(qū)的侵蝕模數(shù)和總侵蝕量。自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)，詳見表2。

4.4 預(yù)測結(jié)果

土壤流失量采用如下公式計算：

式中：W為土壤流失量（t）；ΔW為新增土壤流失量（t）；Fji為第j時段第i單元的預(yù)測面積（km2）；Mji為第j時段第i單元的土壤侵蝕模數(shù)[t∕（km2·a）]；Tji為第j時段第i單元的侵蝕時間（a）；ΔMji為第j時段第i單元的新增土壤侵蝕模數(shù)[t∕（km2·a）]，只計正值，負(fù)值按0計[5]；i為預(yù)測單元，i=1，2，3，…，n；j為預(yù)測時段，j=1，2，3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期。

式中相關(guān)參數(shù)取值，詳見表3。經(jīng)計算，項目建設(shè)可能產(chǎn)生的水土流失總量為90 275 t，新增水土流失量為46 636 t，詳見表3—4。

4.5 棄渣（石、土）量

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合主體工程設(shè)計，經(jīng)測算，項目工程建設(shè)挖方總量為97.80 萬m3，回填土方總量為241.50 萬m3；工程建設(shè)需外借土方143.70 萬m3（本項目在距離機(jī)場南約15 km 處的定邊縣磚井鎮(zhèn)張?zhí)烨逶O(shè)置取土場1 處，借方均來自該取土場），外借方中場地平整回填利用方為137.29萬m3，綠化覆土利用方為6.41萬m3；工程建設(shè)無余方，不產(chǎn)生棄方。

5 應(yīng)對建議

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期新增水土流失量分別占新增水土流失總量的55.74%和44.26%，施工期（含施工準(zhǔn)備期）為土壤流失產(chǎn)生的重點時段，飛行區(qū)和取土場新增水土流失量最大，是重點防治區(qū)和監(jiān)測區(qū)。為此，特提出以下建議。

（1）建議在工程竣工后的自然恢復(fù)期，對項目區(qū)加強(qiáng)水土流失監(jiān)測。特別是重點防治區(qū)，一定要加強(qiáng)施工期堆土區(qū)的監(jiān)管并落實臨時防護(hù)措施，適時提前使用植物措施對裸露地表進(jìn)行防護(hù)。

（2）由于項目區(qū)地處水土流失嚴(yán)重區(qū)，每年7—9 月是水土流失多發(fā)期，應(yīng)加強(qiáng)保土排水措施的建設(shè)。項目區(qū)水土流失的特點是一次性強(qiáng)度大、危害大。 因此，在土壤侵蝕多發(fā)期，應(yīng)有針對性地采取不同的防護(hù)措施，重視天氣預(yù)報，建立科學(xué)的水土保持防治預(yù)報系統(tǒng)。

（3）根據(jù)預(yù)測結(jié)果，施工期是水土流失較為嚴(yán)重的時期，應(yīng)合理進(jìn)行施工組織設(shè)計，避免新增場外臨時施工場地，有效減小擾動范圍，縮短施工時間。項目區(qū)場地平整盡量避開風(fēng)季和汛期施工，并加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)防措施。植物措施應(yīng)結(jié)合主體工程施工進(jìn)度進(jìn)行安排、分期實施。

6 結(jié)語

經(jīng)分析探討和預(yù)測，定邊機(jī)場建設(shè)可能產(chǎn)生水土流失90 275 t，新增水土流失46 636 t，需切實加強(qiáng)監(jiān)測，夯實水保措施，力求減少項目建設(shè)帶來的水土流失，為項目水保方案編制提供了科學(xué)依據(jù)。