干旱区开发建设项目水土流失预测研究

刘卫国，常浩娟

(1.新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院，新疆石河子832000;2.新疆大学，新疆乌鲁木齐830000;3.石河子大学，新疆石河子832000)

通常把年降水量在250 mm以下的地区称为干旱区。干旱区生态环境脆弱，水土流失严重，再加上人们长期以来违背自然规律的不合理活动如滥垦、乱建等，加速了区域水土流失和环境的恶化。严重的水土流失导致耕地减少，影响水资源的有效利用，加剧洪涝灾害等，造成区域经济落后、生态环境恶化，并制约着经济、社会、环境的可持续发展。由于干旱区的生态环境脆弱，所以在该区域从事开发建设活动的同时，必须做好水土保持工作，保护好区域生态环境。开发建设项目水土流失常以“点状”或“线形”、单一或综合的形式出现，具有水土流失量大、集中、突发性强、危害大等特点[1]。笔者试以典型内陆干旱区新疆某飞机场建设项目的水土流失预测为例，探讨干旱区开发建设项目的水土流失预测方法。

1 项目区和项目概况

项目区气候属于典型的大陆性干旱气候，四季气温悬殊，光照充足，干燥少雨。年平均降水量210.6 mm，多年平均气温7.4℃，年均≥10℃积温3 589.5℃。年均风速为1.5 m/s，夏季最大风速20.0 m/s，冬季最大风速12.0 m/s，全年主导风向为南，最大冻土深度140 cm。项目区土壤为灰漠土，具有黑钙土、棕钙土与灰棕漠土之间的过渡性质。野生植被主要以耐旱性强的旱生小灌木为主，人工栽培的植物有新疆杨、白杨、小叶杨等，农作物有小麦、玉米、棉花等。

该机场项目的主要建设内容有:①机场工程，包括场内的飞行跑道、航站楼及附属设施等。②场外防洪工程，在机场南侧新建防洪工程。③场外电力、通信工程。④场外道路工程。场外交通主要通过修建3.5 km的公路与外界连接。经统计，本项目永久征地共计209.15 hm2(机场和场外防洪工程征占地共计198.65 hm2，场外电力和通信线路征地3.51 hm2，场外道路征地6.99 hm2)，临时占地1.73 hm2，共计210.88 hm2。

本工程于2011年6月开工建设，2013年8月将基本完工，尾工计划于2013年12月完成。工程建设总工期为3年，计划于2014年年初完成竣工验收工作，验收通过后交付使用。工程总投资为5.8亿元，其中土建部分投资为1.7亿元。

2 预测范围和预测时段

2.1 预测范围

水土流失预测范围即为工程建设可能造成的水土流失面积，根据主体工程总体布局及项目特点，结合现场踏勘与实地调查，施工期该项目可能造成的水土流失面积为210.88 hm2。自然恢复期考虑到扣除主体工程建筑物的占压及硬化地表的覆盖，则根据统计自然恢复期可能造成的水土流失面积为101.55 hm2。各预测单元的面积见表1。

表1 新疆某飞机场建设项目区水土流失预测单元及预测时段

2.2 预测时段

水土流失预测从施工准备期开始，自然恢复期末结束，根据不同时段水土流失的差异性，将飞机场项目建设的水土流失预测时段划分为施工期(含施工准备期)和自然恢复期两个。各预测单元预测时段根据实际施工时段确定，并按最不利的情况考虑，凡超过当地雨季长度的按全年计算，不超过的按雨季长度占全年的比例计算，各预测单元的预测时段取值详见表1。

3 水土流失预测内容和方法

3.1 预测内容

根据相关技术规范规定及拟建工程的特点，确定该工程水土流失预测的内容主要包括以下5个方面:①原地貌、土地及植被破坏情况的预测;②损坏水土保持设施面积的预测;③可能产生的弃渣量预测;④可能造成的水土流失量的预测;⑤可能造成水土流失危害的预测。

3.2 采用类比法进行水土流失预测分析

预测数据的取值采用位置相近、地貌相似、扰动特点相近、已实施水土保持监测的项目作为取值参考。土壤流失量可按下式计算[2-3]:

新增土壤流失量可按下式计算:

上三式中:W为扰动地表土壤流失量，t;ΔW为扰动地表新增土壤流失量，t;i为预测单元，i=1，2，3，…，n;k为预测时段，k=1，2，3，分别代表施工准备期、施工期和自然恢复期;Fi为第i个预测单元的面积，km2;Mik为扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/(km2·a);ΔMik为不同单元不同时段新增土壤侵蚀模数，t/(km2·a);Mi0为扰动前不同预测单元土壤侵蚀模数，t/(km2·a);Tik为预测时段(扰动时段)，a。

(注:①当各区土壤侵蚀强度恢复到扰动前土壤侵蚀模数值及以下时，不再计算;②当弃土弃渣外表面积每年变化时应分年计算和预测。)

3.3 预测基础数据取值

(1)选择的类比工程。经现场踏勘与调查分析，项目建设期选择同区域某热电厂(2×125 MW)热电联产工程作为类比工程，类比工程目前已投产运行，并在建设期间开展了水土保持监测工作。飞机场建设项目区的自然条件、水土流失状况和工程建设过程中可能造成水土流失的原因、程度和影响与该工程类同。

(2)根据新疆维吾尔自治区水土保持规划，本项目区属轻度风蚀、轻度水蚀区，根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)，结合全国第二次土壤侵蚀普查结果以及项目区所在区域的地形地貌、土壤植被情况进行分析，确定各预测单元的土壤流失背景值为1 000～1 600 t/(km2·a)。

(3)扰动后的土壤侵蚀模数。项目施工建设中，一方面损坏了原有地貌和植被，降低了土壤的抗蚀性;另一方面，由于场地平整时，破坏了原有地表植被，造成大面积的裸露松土，使土壤侵蚀模数增加。通过对类比工程的实地调查，收集有关的水土保持分析资料，结合对类比工程两年的监测，确定新疆某飞机场建设工程扰动地貌侵蚀模数见表2。

表2 新疆某飞机场建设项目区分期土壤侵蚀模数 t/(km2·a)

4 水土流失预测结果

4.1 原地貌、土地及植被损害情况

工程建设过程中，地面设施的兴建，土石方的开挖、填筑等都不同程度、不同形式地扰动了原地貌形态，损坏了地表土体结构和地面林草植被。根据对主体工程可研报告的分析及现场勘察情况，结合施工扰动特点，工程建设中扰动原地貌、损坏土地和植被面积合计为210.88 hm2，具体见表3。

表3 新疆某飞机场建设项目区施工原地貌及植被损坏面积分区统计 hm2

4.2 损坏水土保持设施的数量

项目建设损坏水土保持设施数量是指上述工程占地范围内因建设活动造成植被毁坏、占压，农田被占用或毁坏，以及其他水土保持设施的破坏面积或数量。项目建设损坏的水土保持设施数量通过地形地貌、植被状况调查与分析确定。

项目区没有已建的专项水土保持设施，根据《新疆维吾尔自治区水土保持设施补偿费、水土流失防治费收缴使用管理暂行规定》，损坏水土保持设施按照工程建设扰动面积计算。因此，本工程建设损坏水土保持设施面积与扰动原地貌、损坏土地面积相同，为210.88 hm2。

4.3 可能产生弃渣量的预测

(1)永久弃渣。根据工程可研报告及土石方平衡计算得知，挖方大部分被综合利用，仅有0.96万m3的弃方堆放于防洪堤后。

(2)施工期临时堆土。通过对主体工程施工工艺和时序分析，施工期间的临时堆土总量为1.75万m3，分别堆放于建筑物基坑周边，建筑物基础施工结束后回填基坑。

4.4 可能造成新增水土流失量的预测

施工期和自然恢复期分别对机场建设区、进场道路区和施工生产生活区进行水土流失预测，根据土壤侵蚀量的预测模式，计算工程建设不同区域、不同时段的水土流失量，计算结果见表4。

表4 新疆某飞机场建设项目区水土流失预测

由上表可知，本工程建设造成的水土流失总量为29 971.79 t，新增水土流失量为21 904.17 t。

5 预测结论及指导性意见

5.1 主要预测结论

通过对工程进行水土流失预测可知，该工程建设对项目区水土流失的影响主要是施工过程中对原地面的扰动，在一定程度上改变、破坏了原有地貌及植被，造成土层松散、地表裸露，使土壤失去了原有的固土防风能力，从而造成水土流失。通过对工程建设中水土流失类型、分布及水土流失量进行综合分析预测，主要预测结果见表5。

表5 新疆某飞机场建设项目区新增水土流失量

5.2 指导性意见

(1)防治重点区域的指导性意见。本项目建设期水土流失量较大的主要是飞行区、航站楼及附属设施区。对环境的影响主要表现为施工过程中基础开挖和临时堆土对地面扰动大，改变和破坏了项目区原有地貌、植被和土壤结构，在不同程度上对原有水土保持设施造成破坏。如不采取有效的水土保持措施进行预防和治理，当遇到大风及降雨天气，就会产生水土流失，影响正常施工和本区域生态环境状况。

(2)防治措施的指导性意见。工程防治措施应从临时防护、减少地面扰动等几个主要方面入手，并与必要的植物措施相结合，尽量避免水土流失的发生。对施工区及临时堆土场的临时堆土应以临时性拦挡、遮盖和排水等措施为主进行防治。所采取的防治措施应结合主体工程，采取工程措施和临时措施相结合，待施工接近尾声时，再进行植物措施布设。当主体工程建成投入使用时，工程措施和植物措施均应及时到位。

(3)施工进度安排的指导性意见。根据预测结果，工程的土建施工期是水土流失较严重的阶段。因此，合理安排施工进度，可以有效减少水土流失的发生。临时堆土区和施工区、施工生活区坚持堆土后立即实施挡护、遮盖等临时性防护措施;线路工程区应坚持分段施工、开挖一段防护一段和非汛期施工的原则，注重防护措施的时效性。根据主体工程的施工进度，合理安排水土保持工程和植物措施的施工进度，可以在土建施工的同时实施植物措施。

(4)水土保持监测工作安排的指导性意见。根据预测结果，基建期的重点监测区域为飞行区、航站楼及附属设施区，主要内容应包括临时堆土场土体变化情况、风蚀和水蚀因子作用下土壤流失量以及植被覆盖度的观测。

6 结语

干旱区生态环境在气候变化的影响下已经极端脆弱，人类的开发建设行为会造成大量水土流失，更是加剧了生态环境的恶化，所以搞好干旱区的水土保持工作对环境保护和经济社会的可持续发展意义重大。合理预测开发建设项目的水土流失，可以有针对性地提出水土保持措施，利于在开发建设的同时做好环境保护工作。

[1]冀秉信，王海卫，高秀娟.论开发建设项目与水土保持[J].山西科技，2002(z1):55.

[2]高旭彪.浅探开发建设项目水土流失预测存在的问题及建议[J].水力发电，2008，34(1):9-10，41.

[3]冷光义，陈萍.类比法在山区高速公路水土流失预测中的应用研究[J].公路交通技术，2010(5):148-151.