河道整治工程水土保持方案中弃土处置及水土流失预测

朱晓莹，宋 爽，陈竽舟

（1.浙江工业大学 生物与环境工程学院，浙江 杭州310032；2.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州310002）

河道对于营造城市及其周边地区良好的生态环境至关重要，在城市生态建设、经济建设以及拓展城市发展空间方面具有不可替代的作用.它与人类活动、经济发展和社会进步之间的关系，也日趋紧密［1］.随着社会经济的迅速发展，高强度的城市开发活动对城市河流生态环境造成很大影响，也在一定程度上影响了河道周边社会经济的发展.为了改善城市河道环境质量，发挥城市河道的生态功能，近年来国内开展了大量河道整治的实践［2］.河道整治工程是对河道采用深挖、拓宽、清淤等形式，从而达到行洪、通航、引水、排涝、扩大蓄水容量、改善生态环境等目的.根据工程的特点，在施工过程中不可避免的将开挖大量土方，在不能寻找到较为理想的土方利用途径时，将产生较大的弃土，通常少部分为水上土方，大部分为疏浚淤泥.疏浚淤泥的特点是黏土颗粒含量多，含水量高，强度非常低.它一般均呈软塑状，甚至流塑状，车辆搬运非常困难［3］.因此在河道整治工程中弃土处置是水土保持方案编制的关键环节，如何合理选择弃土弃置地点、如何对弃土的水土流失预测进行分析是方案编制的重点及难点.以太嘉河工程水土保持方案为例，对河道整治工程弃土处理及水土流失预测进行分析，以有效避免不合理的开发和建设导致的生态环境破坏.

1 工程概况

太嘉河工程是国务院批准的《太湖流域水环境综合治理总体方案》和《浙江省太湖流域水环境综合治理实施方案》推荐的提高水环境容量引排通道与河网综合治理工程之一，同时也是《太湖流域防洪规划》和《杭嘉湖地区防洪规划》推荐的流域治理骨干工程之一.工程位于太湖南部的浙江省湖州市的吴兴区、南浔区、德清县.工程主要由幻溇港整治工程、汤溇港整治工程组成（幻溇港、汤溇港均为流域内重要的北入太湖骨干河道），占地面积共计528.80hm2，主要建设内容为河道整治53.69km（幻溇拓浚44.21km，汤溇拓浚9.48km），新建、改建和拆除桥梁45座，新建涵闸9座.

工程开挖方共计695.66万 m3，填筑方共计314.42万 m3，借方28.97万 m3（其中土方3.07万m3），工程共产生弃渣410.21万m3（其中水上土方39.60万 m3、疏浚淤泥 361.63万 m3，泥浆钻渣13.87万 m3，建筑垃圾0.67万m3，石方4.44万m3）.

根据资源综合利用、建设节约型社会的原则，工程的弃方首先应考虑进行综合利用，这样不仅可以减少弃方的处理处置费用，而且用于其他工程建设可以节省投资.同样，借方中除石方来源为商购外，土方首先应考虑从其他工程建设中调用，这样可减少临时占地，避免取料带来的生态环境破坏.

根据水土保持方案编制项目组实践调查分析，工程产生的弃渣中钻渣泥浆可就近在沉降池内固结后就地填埋；建筑垃圾、石方可被当地居民运走用于填高低洼地、平整宅基地或者其它村镇建设.剩余的弃土共计401.23万m3，其中水上土方39.60万m3、疏浚淤泥361.63万m3，暂时无法落实利用去向，需选择合适的弃土场地进行堆置防护，以避免乱堆乱弃造成水土流失危害.外借土方考虑到单价和运费等因素，需设置土料场自取.

2 弃土处置分析

弃土中大多为河道开挖的疏浚淤泥，基本上为淤泥质土，因其淤积土层含水量高，孔隙比大、灵敏度高、流塑，有较大的流动性.根据浙江省杭嘉湖地区河道疏浚的经验，弃土场主要方法有两种形式：1）利用养殖塘、低洼地、断头河，先在弃土区域四周筑围堰，然后利用吸泥船、排泥管等施工机械将淤泥（泥浆）输送至围堰内进行干化，在适当位置设置排水口.淤泥（泥浆）排满干化后，进行整地（表面不需要覆盖耕植土），恢复田间沟渠.半年或一年后即可进行耕种；2）选择项目区附近大面积的农田作为弃土场，经有关部门批准后，在四周筑围堰，再利用施工机械将淤泥（泥浆）输送至围堰内进行干化，在适当位置设置排水口.淤泥（泥浆）排满干化后，进行整地，恢复田间沟渠.半年或一年后即可进行耕种.

工程区河网密布，占地类型以耕地为主，其间布置有大量的鱼塘、虾塘等养殖塘，弃土处置常用的方法是将水上土方利用汽车运输、疏浚淤泥利用管道运输至预定堆场中堆置，堆场需占用耕地、养殖塘等范围.同时，我们发现工程除需弃置大量土方外，还需设置土料场取土.根据当地土地利用类型，取土场一般选择项目区附近的农田，取土后形成的取土坑作为养殖塘进行渔业生产.工程同时需取土和弃土，均需占用大量农田，因此在水土保持方案编制过程中从多个角度考虑，遵循尽量少占农田、减少施工产生的影响的原则下，急需考虑如何结合取土做好工程弃土.

首先，需考虑弃土弃置的可能性.为了解工程区河网底质及现状土壤情况，方案编制过程中对工程区岸上的土壤情况和河网底质进行了监测.底质监测结果对照GB 4284—1984《农用污泥中污染物控制标准》，土壤监测结果对照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》中的二级标准，监测结果见表1，2.

表1 土壤监测结果及评价Table 1 Evaluations of soil monitoring results mg／kg

表2 底质监测结果及评价Table 2 Evaluations of river sediments monitoring results mg／kg

监测数据表明：工程区岸上的土壤全部指标均符合要求，河网底质各项指标均满足酸性土壤上施用的标准限值，工程所在区域的河道底质中污染物含量能够满足当地农用污染物控制要求.因此，工程施工产生的弃土，可堆置在鱼塘或农田上，不会影响土壤质量.对于工程取土要求，若单独设置取土场，会增加工程临时占地面积，并增加取土后的防护费用.根据工程实际情况，综合考虑各类取土、弃渣方式，工程可采用取土场结合弃土场的方式.需要取土的线路在拟弃置场地处取土，形成取土坑后，再将弃渣弃于取土坑内，可减少取土场、弃土场单独占地面积，有效地保持了耕地资源；若无取土要求的路线，弃土场可结合养殖塘、低洼地和农田等设置，弃土区域四周筑围堰围护，见图1.

图1 取弃土场设计图Fig.1 Designed of spoil and borrow areas

采用上述取弃土场的设置方式后，围堰防护可以有效防止疏浚淤泥流失.根据同类工程的经验，淤泥约一年左右即可干化，弃土干化后可作为农田和绿化用土，实现资源最终综合利用.

3 水土流失预测

在水土保持方案编制过程中，准确地预测各部分产生的水土流失量是非常重要的.根据水土流失预测结果，对于水土流失严重的区域，采取标准高的水土保持措施进行防治，才能达到预期效果，因此水土流失预测结果不但决定着水土保持防治措施的防护标准，还关系到水土保持措施的投资大小，所以探索适用、精确度高的水土流失预测方法，对水土保持方案编制是非常重要的［4］.

水土流失预测的范围为整个项目建设区，根据不同的建设项目类型，预测的单元类型有很多种，例如建构筑物、泵站、河道、道路、堤防、弃土场、料场区、临时堆场等等.水土流失预测是河道整治工程水土保持方案中的重要内容之一，也是方案编制中较难解决的问题之一，水土流失的预测结果直接影响项目本身的评价和防治体系的布局［5］.目前，浙江省的开发建设项目水土流失预测基本采用类比法.类比法是通过对类比工程的调查或监测，根据预测工程情况，对类比工程水土流失数据进行修正后，人为预测水土流失强度或范围，估算出各项目建设区域的水土流失量［6］.通常采用的土壤流失量计算式为

式中：W为扰动地表土壤流失量，t；i为预测单元，i＝1，2，…，n－1，n；j为预测时段，j＝1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期；Fji为第j时段第i个单元的面积，km2；Mji为第j时段第i个单元的土壤侵蚀模数，t／（km2·a）；Tji为第j时段第i个单元的预测时段，a.

由式（1）可以看出：影响水土流失量预测的影响因子主要有3项，分别是预测地块的面积、预测地块的侵蚀模数和预测时段.

根据太嘉河工程的特点，水土流失预测可分为永久占地、施工临时占地、表土堆场、回填土堆场、钻渣泥浆、弃土场等预测单元.其中预测的重点及难点在于对弃土场的预测.工程弃土共计401.23万m3，其中水上土方39.60万m3、疏浚淤泥361.63万m3.在水土保持方案中共设置弃土场18个，弃土场面积合计197.73hm2，施工期2.0年.弃土主要成分为疏浚淤泥和水上土方，工程弃土场结合养殖塘、低洼地和农田等设置，弃土区域四周筑土围堰围护.

太嘉河工程类比工程选择浙江省丽水市五里亭水利枢纽工程，该工程已进行了水土保持监测，积累了一定的实测资料，两工程基本情况比较见表3，根据《浙江省丽水市五里亭水利枢纽工程水土保持监测总结报告》，类比工程水土保持监测成果见表4.

表3 工程基本情况比较Table 3 Comparison on basic situation of projects

表4 类比工程水保监测主要成果Table 4 Main results of water conservation monitoring in comparison project

工程土壤侵蚀模数的确定，是依据类比工程的实测值，通过太嘉河工程和类比工程的工程情况进行比对，经过降雨量、土壤、地形、措施等主要影响因子的修正（由于本工程降雨量较类比工程较小，降雨参数取0.77，土壤、地形参数根据实际情况取0.8～1.0，措施参数取1.0），最终确定工程土壤侵蚀模数值.如利用笼统的类比工程弃土场模数计算，土壤侵蚀模数取为55 000t／（km2·a）（降雨参数取0.77，其他参数取1.0），由式（1）得，弃土场施工期水土流失量为217 503t.

对于太嘉河工程弃土场的实际情况进行分析：首先，水上土方和疏浚淤泥含水率差别很大，水土流失的形式也明显不同，水上土方通常是以面蚀的形式流失，而疏浚淤泥堆置过程中水土流失主要是通过泥浆水的形式流失.此外，水上土方和围堰预测又有所不同，弃置的水上土方主要是以松散的形式堆置，而围堰在砌筑过程中需压实，达到一定的稳定性，才能起到拦挡的作用.当同类型的两种土方采用不同形式堆置时，水土流失预测也存在区别.在同样环境下，堆置的水上土方水土流失要明显大于土围堰.因此，在弃土场预测时应按水上土方、疏浚淤泥、弃土场围堰三部分计算.其中水上土方和弃土场围堰采用式（1）计算，土壤侵蚀模数取值根据工程特点对类比工程监测的数据进行修正，使有关预测参数符合太嘉河工程的建设特点，预测结果更有针对性和准确性.疏浚淤泥由于含水率高、流动性大，根据类似工程经验，水力冲挖产生的泥浆水含固率一般在10%～20%（方案中按10%计算，即退水量约为水下土方的9倍），排泥场中泥浆虽经初步泥水分离，但退水中一般仍含有质量浓度较高的SS（约5 000mg／L），方案中弃土预测认为弃土场排水出口的退水中的土方全部流失.综上，太嘉河工程弃土水土流失预测分为水上土方、疏浚淤泥和弃土场围堰三部分分别计算后相加.其中水上土方、弃土场围堰水土流失量，通过类比工程确定的土壤侵蚀模数，结合预测面积、预测时段利用式（1）计算即可；疏浚淤泥水土流失量利用退水量×5 000mg／L计算即可，太嘉河水土保持方案中土壤侵蚀模数取值见表5.

表5 土壤侵蚀模数修正、取值Table 5 Values and modification of soil erosion modulus t／（km2·a）

根据太嘉河工程水土保持方案，利用上表所述数值计算得，弃土场施工期水土流失量为160 763t.可见采用两种方式计算结果相差56 740t，经与类似工程监测结果比较，同时查勘当地工程经验认为：对于这类弃土场，由于水上土方、疏浚淤泥、土围堰水土流失的特点及类型不同，如果用式（1）按照整个弃土场的面积笼统地计算，不具备科学性，且不符合工程实际.采用后者预测方式，更具有针对性，并更切合工程实际情况.

4 结束语

太嘉河工程施工过程中同时存在取土和弃土问题，在水土保持方案编制过程中巧妙的将取土与弃土结合在一起，避免取土场、弃土场重复占地，有效地保持了土地资源.水土流失预测中，在利用现有水土流失资料的基础上，通过合理细分水土流失预测因子，使类比法得出的水土流失预测结果更加准确，并更切合实际.在河道整治工程水土保持方案编制过程中，弃土处置方式及水土流失预测是一个普遍会遇到的问题.规划弃土方式时应做到因地制宜，根据不同工程的特点、工程区土地利用类型的分布情况，准确分析弃土的合理行、可行性和操作性，尽量控制因弃土产生的影响，达到社会效益、经济效益和环境效益协调发展的目的.此外，河道整治工程弃土的水土流失预测结果，目前受人为因素影响差别很大，这里以一己之见提出，只是一个探索的思路和方法，还需要深入的反复研究及实践，验证其客观性和合理性.

［1］李浩霖.天津地区河道疏浚工程施工方案的选择［J］.科技信息，2010（10）：689.

［2］王琳.城市河道综合整治项目的社会评价研究［J］.技术经济，2010，29（1）：52－56.

［3］许长安.利用河道疏浚土方填筑堤防的技术研究［J］.长江科学院院报，2010，27（7）：51－54.

［4］刘艳军，田立生，吴立军，等.开发建设项目施工期水土流失预测方法研究［J］.水土保持研究，2005，12（6）：271－272.

［5］周征.开发建设项目水土保持方案编制中水土流失的预测［J］.中国水土保持科学，2008（6）：90－94.

［6］李世锋，徐关玉，朱春波.浙江省开发建设项目水土流失预测问题及对策浅析［J］.浙江水利科技，2007（2）：60－61.