沿海濕潤地區大型機場項目水土保持設計探究

［關鍵詞］ 水土流失；水土保持設計；機場項目；沿海濕潤地區

［摘" 要］ 機場工程施工擾動面積大、擾動時間長，動用土石方總量大，臨時堆土較多，擴建需求和安全標準較高，因此水土保持設計難度較大。通過分析沿海濕潤地區大型機場項目水土保持設計難點，提出機場項目水土保持設計時應遵循水土保持措施與已有主體工程相結合，永臨結合兼顧防風蝕水蝕，植物措施要因地制宜配置并與飛行安全相結合，水土保持設計理念要適度超前等原則，并以廣州白云國際機場三期擴建工程為例，分析沿海濕潤地區大型機場項目水土保持措施設計，包括表土保護、蓄排水工程、透水磚鋪裝、臨時排水和沉沙措施、植物措施。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.09.015

［引用格式］ 楊賀菲，張長偉，張旭，等.沿海濕潤地區大型機場項目水土保持設計探究［J］.中國水土保持，2024（9）：42-45.

交通是現代化城市建設的基礎和先導，機場作為重要戰略性大型公共交通基礎設施，承擔著推動區域經濟發展的關鍵作用。2021年12月，中國民用航空局、國家發展和改革委員會、交通運輸部聯合印發了《“十四五”民用航空發展規劃》，提出預計到2025年，我國民用運輸機場數量達到270個以上，同時對機場建設綠色發展理念提出更高的要求。沿海濕潤地區大部分城市為我國經濟發展的龍頭城市，是帶動我國經濟騰飛的先行示范區。近年來隨著沿海濕潤地區城市化進程進入飽和階段，城市用地越來越緊張，大型生產建設項目建設不得不“削峰填谷”“吹填造地”，由此引發的水土流失和生態環境破壞也更加嚴重。習近平總書記強調“把綠色發展理念貫穿于經濟社會發展全過程各方面”，綠色是高質量發展的底色，新質生產力本身就是綠色生產力，如何在新時期利用先進的水土保持經驗和技術踐行綠色發展理念，是水土保持工作者面臨的新挑戰。

目前，在大型機場項目水土保持方案編制中，水土保持任務更多地依賴于主體設計中設置的具有水土保持功能的工程措施，而綠化任務更多地依賴于專業的園林綠化公司。同時，配合主體設計的相關水土保持工程措施、施工過程中的臨時措施，以及兼顧水土保持和園林綠化功能的植物措施，存在技術手段落后、理念不符實際等問題。因此，本研究以廣州白云國際機場三期擴建工程水土保持方案編制實踐為例，探討沿海濕潤地區大型機場項目水土保持措施設計思路，以期為同類型地區和項目水土保持方案編制提供參考。

1" 機場項目建設特點

1）施工擾動面積大，擾動時間長，土石方總量大。統計數據顯示，我國機場建設項目平均占地面積為247 hm2，平均土石方挖填量為947萬m3，建設期平均擾動地表時間為28個月，造成的水土流失量平均為3.73萬t［1］。隨著經濟發展，近年來大型機場項目平均占地面積達2 000 hm2或以上，可比擬一個小型流域。經濟發達地區機場占地范圍更廣，建設工期更長，挖填土石方量更大。例如，北京大興國際機場占地面積2 942.88 hm2，工程建設期土石方挖填總量約3 935.14萬m3，建設工期約40個月；廣州白云機場占地面積2 094.20 hm2，三期擴建工程增加占地面積1 559.7 hm2，擴建工程土石方挖填總量2 892.12萬m3，建設工期51個月。建設期間，原有的土壤和植被資源遭到破壞，在降水和地表徑流的影響下，極易造成大量水土流失、土壤結構破壞和肥力損失，進而引起區域內生態系統破壞等諸多環境問題。

2）剝離表土及綠化覆土較多，有大量臨時堆土。沿海濕潤地區機場工程占地面積大，地形比較平坦，占地類型主要為耕地、園地、林地、草地等，表土資源比較豐富，需要將表土進行剝離并集中堆存保護。剝離堆存的表土一般用于施工結束后機場綠化區域的綠化覆土，而臨時堆存的松散表土在沿海地區強降水和大風的影響下極易造成次生水土流失。

3）擴建需求高。隨著城市快速發展，機場運量日益增長，為了配套經濟發達城市的交通發展戰略，機場后期通常需要進行改擴建，原有的水土保持措施將無法滿足需求，甚至喪失防風固土的功能，原有土壤、植被遭到破壞，水土資源流失嚴重。隨著機場后期不斷改擴建，非滲水占地面積比例不斷增大，導致排水設施功能衰減，加劇了飛行區雨季洪澇現象［2］。

4）安全標準高。相較于常見的生產建設項目，機場工程的安全設計標準較高，特別是有消防要求和防鳥撞的需求。其中防鳥撞問題是世界性難題，鳥撞的原因較為復雜，包括機場及其周邊地區環境吸引鳥類進入機場取食、棲息、繁殖和休息，機場位置處于鳥類遷徙路線上，惡劣天氣迫使鳥類進入機場等［3］，因此大型機場工程設計時需要考慮多方面安全因素。

2" 沿海濕潤地區大型機場項目水土保持設計難點

1）沿海濕潤地區降水和風力較大。一方面，沿海地區雨量豐沛，季風性氣候影響強烈，降水有季節性特點，雨季集中，瞬時降水強度高，臺風、熱帶風暴等短歷時強降水容易造成洪澇災害。另一方面，

沿海地區風力較強，時伴有臺風天氣，一次短暫的大風過程足以發生強烈的風蝕現象［4］。因此，機場項目水土保持設計時一方面要做好蓄滲排水措施，另一方面要做好剝離表土資源的抗風蝕措施。

2）機場擴建帶來的排水壓力大。機場改擴建工程中新建航站樓及擴展機坪等工程導致場內溝渠匯水量增加［2］，增大了飛行區排水設施的排水壓力；擴建的硬化道路增加了非滲水地表面積，原有的排水設施無法滿足排水需求。因此，機場項目的水土保持設計不能僅參照前期的設計標準，需要考慮到擴建工程的特殊性。

3）水土保持植物措施要求高。機場建設工程有較高的安全設計標準，水土保持設計時要充分考慮消防要求，同時要考慮避免種植會吸引鳥類的植物，這對植被種類的選擇、喬灌草搭配方式等提出了更高要求。

4）海綿城市建設對水土保持設計提出了新要求。由于傳統機場建設布設大面積硬化飛行區，帶來的內澇積水等問題影響機場的安全運行，因此許多城市在新建、改擴建機場時引入海綿城市理念［5］。2015年10月，國務院辦公廳發布《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75號），要求到2020年城市建成區20%以上的面積達到海綿城市目標要求，到2030年城市建成區80%以上的面積達到目標要求。沿海濕潤地區大型機場項目一般位于經濟發達城市，通常響應“海綿機場”建設要求比較超前。“海綿機場”即針對機場工程建設特點，以保障機場排澇安全為基本原則，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術手段，實現有效提高機場防澇排澇能力、減少徑流污染、提高雨水資源化利用率、降低工程建設對周邊環境的影響、改善區域內微氣候等建設目標［6］。因此，機場項目水土保持設計應以綠色發展理念為先導，配置科學合理、生態友好的水土保持措施體系。

3" 水土保持設計原則

3.1" 水土保持措施與已有主體工程相結合

按照水土保持工程界定原則（即主導功能原則、責任區分原則、試驗排除原則），對主體設計中的水土保持工程進行界定，并將主體工程中具有水土保持功能的相關工程納入水土保持措施體系，對不足部分提出改進建議，以形成科學完備的水土保持措施體系。機場工程主體設計中的排水設施、雨水管網、蓄水設施、透水磚鋪設等均可界定為水土保持措施，但是這些工程措施還不足以構成完善的水土保持措施體系，需要在此基礎上補充表土保護、土地整治等水土保持措施，同時應驗算排水溝、蓄水池等主體工程中已有措施的工程量是否滿足水土保持的需求。

3.2" 永臨結合兼顧防風蝕水蝕

機場工程建設工期長，通常跨越幾個雨季。施工期基礎開挖會形成非穩定人工邊坡，同時擾動地表、破壞原地貌植被，是水土流失的高發期，需要采取永臨結合的方式防治水土流失。此外，大量剝離的表土集中堆放在臨時堆土區，應考慮布設永臨結合的排水沉沙、臨時攔擋等防護措施，同時用密目網進行苫蓋，起到防水防風的作用。

3.3" 植物措施要因地制宜配置并與飛行安全相結合

機場工程的水土保持植物措施需要優選適地樹種草種，充分考慮樹種的抗逆性和栽植區域的特點，以達到固土、防護功能與生態效益有機結合。除此之外，還要充分考慮飛行安全， 盡量減少種植容易吸引鳥類的漿果類植物，避免種植枝繁葉茂的落葉喬木等適合鳥類棲息的樹種；為保證凈空的要求，機場周圍防護林帶的植物應選擇低矮灌木［7］。由于飛機在起降過程中，噴氣所產生的溫度較高，會對草坪造成強烈的熱傷害，因此要求跑道兩側草坪的草種具有較強的耐熱性［8］。

3.4" 水土保持設計理念要適度超前

為使現代化大型機場在未來較長時間內滿足需求，機場設施設備需達到世界領先水平，這就要求水土保持措施設計必須具備超前的設計理念。例如，在全球變暖的影響下極端降水事件頻發，結合后期機場改擴建的需求，降水蓄滲、給排水等工程要適當提高防洪標準等設計標準，精準驗算蓄排水設施是否能滿足中長期發展需求；綠化措施應根據實際情況考慮機場建設后期及運行期的修剪養護，適當補植，加強管護。

4" 典型機場項目水土保持設計

4.1" 項目概況

廣州白云國際機場三期擴建工程建設目標年為2030年，擴建后機場將滿足年旅客吞吐量1.2億人次、年貨郵吞吐量380萬t、年飛機起降量77.5萬架次的需求。項目新建飛行區等級為4E，擴建工程建設內容包括機場工程（飛行區、航站區、貨運區和綜合工作區工程）、供油工程和空管工程。工程占地面積為1 566.48 hm2，全部為永久占地。工程挖方總量2 892.12萬m3，填方總量3 102.58萬m3，外借土方210.46萬m3，無廢棄方，外借土方來自其他項目的多余土石方。工程于2020年10月開工，預計2024年12月完工，總工期51個月。項目區屬亞熱帶季風氣候區，多年平均氣溫21.5 ℃，多年平均降水量1 739.1 mm，雨季降水量占全年降水量的80%以上，臺風過境時風力一般為6～9級，風速10.8～24.4 m/s，最大風速為35.4 m/s。

4.2" 水土保持措施設計

4.2.1" 表土保護

施工前，對各分區進行表土剝離，并集中堆放在指定的臨時堆土區；施工過程中采取臨時袋裝土攔擋、密目網苫蓋、排水沉沙等防護措施；施工結束后，進行土地整治并回覆表土，植草綠化。工程共剝離表土265.84萬m3，一般臨時堆土堆高控制在3 m以內，坡比為1∶2。場內臨時堆土區域面積約119.16 hm2，空管工程（場外部分）臨時堆土區域面積約0.79 hm2。臨時堆土區防治措施布局見圖1。

4.2.2" 蓄排水工程

沿海濕潤地區機場工程的蓄排水工程是極為重要的水土保持措施，本項目主體工程設計了較為完善的蓄排水設施。經計算，蓄排水工程投資估算費用為11.89億元，此項費用占水土保持措施費用（工程、植物、臨時措施合計費用）的80.7%。

1）排水工程。以飛行區為例，施工后期需要完善的場地排水設施包括排水箱涵、漿砌石蓋板溝、漿砌石矩形明溝、混凝土預制塊V形溝、雨水管、調節蓄水池等，其中飛行區擬建各類排水溝總長約89.91 km（排水溝布設情況見表1）。根據洪峰流量計算公式和明渠均勻流水力計算公式，驗算排水溝的排水能力是否滿足排水要求。從表1過流能力計算結果可見，排水溝過流能力滿足排水要求。

2）蓄滲措施。主體工程設計在西南繞滑區域、北繞滑區域、西北繞滑區域、東南繞滑區域、東北繞滑區域、東三跑道北端和西中端區域各建設1座調節蓄水池，共設置7座調節蓄水池，飛行區雨水經調節蓄水池后直接排入外圍河道。

4.2.3" 透水磚鋪裝

為響應“海綿城市”的要求，打造“海綿機場”，盡量減少機場內硬化場地，在保障機場運行安全的前提條件下，人行道、廣場、停車場等硬質地面宜采用透水磚鋪設，以起到促進降水蓄滲、控制水土流失的作用。另外，磚縫中撒播草籽，起到固土保水作用的同時滿足綠化需求。

4.2.4" 臨時排水和沉沙措施

1）臨時磚砌沉沙池。工程施工期間排水所含的泥沙量較大，為了沉降徑流泥沙，降低水流流速，減少水土流失，根據地形特點和臨時排水溝的布置情況，在臨時排水溝出口處布設簡易沉沙池。沉沙池采用磚砌結構，尺寸為長3.0 m×寬2.0 m×深1.5 m，設計每500 m設置1處臨時磚砌沉沙池，共布置119座。臨時沉沙池設計見圖2（a）。

2）臨時土質排水溝。為避免施工期泥沙隨雨水流出場外，做到場內有序排水，在機場跑道兩側迫降場地、跑道、平行滑行道之間的平地區周邊等區域布設臨時土質排水溝，臨時排水溝結合主體設計的漿砌石明溝，后期改為永久排水明溝。根據《防洪標準》（GB 50201—2014）和《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）中有關規定，臨時土質排水溝的設計防洪標準按照5 a一遇最大1 h降水量。設計臨時土質排水溝斷面形式為梯形，底寬0.4 m、深0.5 m，溝坡比為1∶1，見圖2（b）。依據徑流系數、設計頻率最大1 h降水強度和匯水面積，計算得到排水溝的最大洪峰流量為0.938 m3/s；依據水流有效斷面面積、粗糙系數、水力半徑、水力坡度，計算得到排水溝的過流能力為1.124 m3/s，滿足排水要求。工程共設置臨時土質排水溝約35 760 m，土方開挖量34 330 m3。

4.2.5" 植物措施

植物措施應滿足機場工程安全、景觀、水土保持和生態保護等多種功能的要求，選用當地園林樹種和草種進行配置。根據機場凈空和防鳥撞的特殊要求，飛行區不宜種植高大喬木，工程設計為植草綠化。由于飛行區飛機起降溫度較高，會對跑道周邊草坪產生損害，因此要選取耐熱、固土效果好、耐鹽堿的草種。工程選取具有抗二氧化硫和氟化氫等氣體的性能，且生命力強、耐鹽堿、抗病蟲能力強的野牛草。在航站區、空管工程區、貨運區、綜合工作區等分區，依據園林景觀綠化標準，同時兼顧機場運行安全和水土保持需求，采用草本植物和低矮灌木進行綠化，輔以喬木進行點綴，打造落葉與常綠交叉、多彩樹種與各種開花植被融合的機場綠地精品，選用的樹種和草種為細葉榕、魚尾葵、白蘭、桂花、大王椰、紅背桂、杜鵑、含笑花、龍船花、結縷草等。

5" 結束語

綜合分析來看，沿海濕潤地區大型機場工程水土保持工作考慮的最重要因素就是降水量，無論從設計理念還是措施手段上都應結合當地自然地理特征和氣候變化的特點通盤考慮、超前謀劃。值得注意的是，在氣候變化加劇的大背景下，隨著全球變暖，大氣環流模式的改變將進一步提升中高緯度地區和高海拔地區極端降水事件的頻率和強度。因此，不僅是長江中下游的沿海地區，而且我國北方地區特別是華北地區，都將面臨降水量變化帶來的嚴峻考驗，這也是機場工程水土保持工作需要提前考慮的重要因素。

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收稿日期： 2024-02-02

基金項目： 武漢市知識創新專項（2022020801020386）；國家自然科學基金項目（42107353）；長江科學院基本科研業務費項目（CKSF2023340/TB）

第一作者： 楊賀菲（1988—），女，湖北武漢人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持設計與研究工作。

通信作者： 張旭（1986—），男，湖北武漢人，工程師，博士，主要從事自然生態保護與修復工作。

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（責任編輯" 李佳星）