河道整治工程水土流失預測和防治研究

劉美齡

(東莞市水保環境工程咨詢有限公司,廣東 東莞 523000)

0 引 言

建設項目的施工過程中,水土保持是不可或缺的環節,在項目周邊生態環境保護方面有重要意義[1]。科學合理的水土保持措施才能充分發揮河道效能、保護河流生態系統[2]。為做好水土保持措施,摸清建設項目的水土流失情況,分析成因及危害,對預防和治理區域水土流失,推進區域的水土保持生態建設有著積極的意義[3-4]。

1 工程概況

1.1 水土流失現狀

項目所在區域東莞市水土流失的類型以水力侵蝕為主,土壤容許流失量為500t/(km2·a)。根據《東莞市水土保持公報》,東莞市陸地面積2465km2,土壤侵蝕總面積243.51km2。土壤侵蝕類型及面積詳見表1。

表1 東莞市土壤侵蝕類型及面積分布表

1.2 影響因素分析

降雨、地形地貌、工程行為等影響因子是本工程水土流失主要因素,具體影響因素分析如下:

1)降雨:降雨會對地表造成一定的擾動,特別是當雨水匯集成徑流后,會加強對地表的沖刷和擾動。同時徑流還會作為介質將地表的松散土石沖走,產生水土流失現象。本地區4～9月期間雨量豐沛,極易造成水土流失現象,需要采取相應措施進行防治。

2)地形地貌:徑流的形成與地形地貌關系密切,工程行為的擾動可能會暫時改變地形地貌。可能在降雨過程中使雨水更容易形成徑流,引起水土流失。

3)工程因素影響:工程建設過程中不可避免的會進行開挖作業,破壞原有土壤結構和植物的生態環境,使地表土層裸露,降低水土保持功能。

4)施工組織設計:科學合理的施工順序和防治措施可有效減少水土流失現象。如果選取不恰當的時間進行作業,可能會加劇水土流失現象,甚至嚴重破壞生態結構。如在暴雨來臨前進行開挖作業,且未及時采取覆蓋、硬化等措施,將加劇水土流失。

1.3 水土流失危害分析

水土流失往往會造成生態破壞、甚至是危害當地人民群眾的生命財產安全,本項目可能產生的危害有以下4個方面:

1)影響工程施工:降雨過程中可能將建設施工產生的松散土堆、裸露地表的土體與雨水混合在一起,形成淤泥甚至內澇等等,影響工程正常施工。

2)影響兩岸居民正常生活:本工程沿河兩岸有許多居民居住,晴天時施工時,施工活動引起的揚塵會影響周邊環境,降低空氣質量,影響兩岸居民正常生活。

3)影響沿河兩岸植被及部分經濟作物:本工程沿河兩岸部分區域為耕地、林地及園地,主要經濟作物有香蕉、龍眼和蔬菜等,林地主要植被為喬灌木及雜草。項目施工線路較長,擾動面積較大,開挖土方較為分散,施工過程中若不做好臨時攔擋、排水措施,施工區泥水極易沖出河道,流入沿線耕地及果園,沖刷侵蝕耕種土壤,降低土地生產力。

4)影響土方土運輸道路:棄方運輸過程中散溢到運輸道路上,晴天可能會產生揚塵,雨天造成道路泥濘,甚至會堵塞雨水管網。

2 水土流失分析與預測

2.1 預測單元

本工程水土流失預測單元與防治分區劃分一致,詳見表2。

表2 水土流失預測范圍表

2.2 土壤流失預測

根據《生產建設項目水土保持技術標準》,運用下式計算土壤流失量和新增水土流失量。

土壤流失量可按下式計算:

(1)

式中:W為擾動地表土壤流失量;△W為擾動地表新增水土流失總量;i為預測單元;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;Mik為擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數;△Mik為不同單元各時段新增土壤侵蝕模數,只計正值,負值按0計;Mi0為擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數;Tik為預測時段。

通過預測成果,本工程建設可能產生的水土流失總量為922.92t,其中新增水土流失量為893.38t。因此本工程需對水土流失進行防治,及時控制水土流失,保護周邊生態環境。

3 水土保持措施

3.1 防治區劃分

工程建設中必須要采取針對性的防治措施,否則將會造成不必要的損失。根據工程建設情況,本工程施工期劃分為堤防道路及橋涵工程區、淤泥固化場區等6個防治分區,具體劃分情況詳見表3。

表3 水土流失防治分區表

3.2 水土流失防治措施

本項目各項措施主要目的是保障工程正常運行和確保部分措施具有水土保持功能。對各防治分區內可剝離表土區域進行表土剝離,剝離后表土集中堆置,用于后期綠化覆土;施工期間對河道整治工程區護岸擋土墻施工時產生的裸露地表及松散土體采取覆蓋措施;在堤防道路及橋涵工程區施工圍擋內側修建土質排水溝,排水溝每隔一段距離及出水口位置布設土質沉沙池;在淤泥固化場區施工出入口位置布設洗車臺及三級沉沙池,沿用地邊界線修建磚砌排水溝,并在出水口位置布設三級沉沙池;在施工營地區沿用地邊界線修建磚砌排水溝,并在出水口位置布設三級沉沙池;在臨時堆土區堆土四周布設土袋攔擋,攔擋外側修建土質排水溝及土質沉沙池,堆土表面采取臨時覆蓋措施。施工結束后對淤泥固化場區等區域及時進行撒播草籽綠化。本項目水土保持典型措施具體內容如下:

1)臨時排水沉沙:在堤防道路一側修建梯形截面的土質排水溝和沉沙池,兩側和底部采用水泥砂漿抹面。土質沉沙池25座,池底寬0.70m、池底長1.00m,池頂寬1.50m、池頂長1.80m,池深0.80m;土質排水溝共計布設2515m,底寬200mm、頂寬500mm、深度300mm。

2)臨時攔擋覆蓋:在施工過程中,為防止發生水土流失,對臨時堆土的邊坡坡腳處設置土袋擋墻,底寬1.05m,高0.6m,頂寬0.35m。袋裝土來自工程開挖土方,施工結束后拆除就地回填[5]。對施工區域臨時堆土與裸露地表應全面覆蓋,覆蓋材料建議選擇彩條布、土工布和土工膜。覆蓋材料鋪設搭接寬度≥20cm,并應采用壓邊處理,可采用沙袋壓邊或竹簽、鋼筋等穿過覆蓋材料插入土中。覆蓋材料在覆蓋過程中出現破損、老化等現象時應及時更換[5]。

3)表土剝離保護:項目占地為耕地、林草地的,林草地表層土所含表土的腐質較高,耕地土壤肥力較高,可用于后期綠化覆土[6]。為增加土壤墑值,項目回填時采用開工前剝離的表土。

4)臨時占地撒播草籽綠化:對施工臨時道路區、淤泥固化場區、臨時堆土區和施工營地區等工程臨時占地,施工結束后撒播草籽綠化,確保工程臨時占地范圍不留裸露地表。

3.3 水土保持監測

本工程水土保持監測采取調查監測與定位觀測相結合的方法進行[7]。在施工前通過調查監測法監測現狀水土流失量,施工期通過沉沙池法監測土壤流失量、通過調查監測法監測水土流失防治情況,試運行期采用調查監測法監測綠化區域植被恢復情況。

施工期共布設5個監測點,即在淤泥固化場區洗車臺旁沉沙池位置布設1#監測點,在施工營地區出水口沉沙池位置布設2#監測點,在4#臨時堆土區出水口沉沙池位置布設3#監測點,在堤防道路及橋涵工程區沉沙池位置布設4#監測點,在施工臨時道路區沉沙池位置布設5#監測點。具體布設見表5。

表5 水土保持監測情況表表

4 水土流失防治效益分析

4.1 防治效果預測

通過實施上述方案,預計可以實現:

1)水土流失治理度:項目建設造成的水土流失面積基本得到了治理,水土流失治理度99.64%,可達到防治目標95%的要求。

2)土壤流失控制比:通過實施各項水土保持措施的落實,項目區水土流失面積基本全部得到治理,通過分析計算,土壤侵蝕強度為500t/(km2·a),土壤流失控制比可達到防治目標1.0的要求。

3)渣土防護率:施工過程有棄土16.47萬m3(固化后淤泥量11.52萬m3),均為河道清淤產生的淤泥,全部運至廣濟河口處的交椅礁廢棄料填埋場綜合利用。通過對棄土采取臨時防護措施,實際可擋護棄土15.65萬m3,渣土防護率可達95.02%,達到了95%的既定防治目標。

4)表土保護率:本工程可剝離表土面積3.60hm2,剝離厚度0.20m,剝離表土0.72萬m3,施工期設表土堆放區集中堆放,后續用作綠化覆土,無表土外棄。通過土袋攔擋、臨時覆蓋、排水、沉沙等措施的防護,實際可保護表土量0.63萬m3,表土保護率達到87.50%,達到了87%的既定防治目標。

5)林草植被恢復率:項目區可恢復植被區域面積為2.68hm2,通過綠化工程的實施,至方案設計水平年,林草植被面積達到2.65hm2,可恢復林草植被面積基本全部恢復,林草植被恢復率為98.88%,可達到防治目標95%的要求。

4.2 效益分析

本方案實施后,水土流失治理達標面積8.31hm2,水土流失治理度達到99.64%,土壤流失控制比達到1.0,渣土防護率達到95.02%,表土保護率達到87.50%,林草植被恢復率達到98.88%,林草覆蓋率為31.77%,水土流失六項防治指標全部可以達標。

本工程建設過程中可能造成的水土流失量為922.92t,建設過程中實施本方案水土保持措施后,估算水土流失量為221.42t,可減少水土流失量701.50t。項目建設造成的水土資源損壞得到基本治理,水土流失得到控制,有效地保護、恢復和改善項目區及周邊生態環境[8]。

5 結 論

文章以東引運河廣濟涌整治工程為背景,研究新建工程引起的水土流失情況,從水土流失分析與預測、水土保持措施體系以及水土防治效益評價多方面進行分析論證,結果顯示:

1)本工程建設可能產生的水土流失總量為922.92t,其中新增水土流失量為893.38t。

2)方案實施后,水土流失治理達標面積8.31hm2,水土流失六項防治指標全部可以達標。

通過水土流失綜合治理,使項目建設區的原有水土流失得到基本治理,新增水土流失得到有效控制,生態環境得到最大限度的保護,為類似項目提供一定的參考意義。為確保水土保持措施持續發揮作用,工程施工過程中應加強水土保持監測,督促建設單位和施工單位按水土保持方案批復及要求做好水土流失防治工作[9]。