浅析隧洞工程环评预测与节能措施——以福州江北城区山洪防治工程为例

方 琦

（福州市环境科学研究院 福建福州 350011）

1 项目概况

福州市江北城区山洪防治及生态补水工程沿福州市江北城区从西面到东北面周边兴建隧洞，并在城区周边沿线山边沟溪兴建截洪坝及山洪排泄支洞，通过城区上游的浦口（西面）及下游魁岐（东面）隧洞出口，将所拦截的山洪直接排入闽江，而不再进入城区内河水系；平时利用排洪隧洞及已建水库作为改善内河水系水质的引水通道和调蓄库，同时兴建生态补水提水泵站及补水工程管路系统。工程既有防洪排涝作用，又有改善水环境功能。

工程主隧洞总长28.76km，隧洞洞口4个，分为西线和东线2段，洞线总长28.76km，其中西线长7.73km，东线长21.03km。沿线设置12个截洪坝及相应的排洪支洞，泵站总装机容量为28.5MW，安装5台单机配套功率为5.7MW的水泵机组，日抽水量132.5万m3，设计引水流量46m3/s；沿线设置6个补水支洞出口，并利水库溢洪道进行补水，惠及福州江北城区22条内河。

本文中主要选取项目主体工程中的隧洞工程段进行预测与分析，对泵站、截洪坝等配套工程与施工场地等临时工程进行简单分析说明。

2 研究区概况

工程位于福州市闽江北港北岸城区，江北城区属福州市主城区，位于福州盆地的中心地带，西、北、东三面群山怀抱，南临闽江北港，地势由西北向东南倾斜，是一个典型的沿海山涧盆地。根据土壤区划，该区属于闽中山地盆谷红壤、黄壤水稻土地区，区内土壤种类以红壤为主，土层较深厚，有机质丰富，肥力较高。

红壤侵蚀主要以水力侵蚀为主，此外还有重力侵蚀和风力侵蚀，主要表现为片蚀、沟蚀、崩岗、泻溜和泥石流等。与黄土高原相比，南方红壤区平均侵蚀模数小于黄土高原地区，但土体及岩石风化层只有黄土高原的2%~10%，所以相对侵蚀量大，承受侵蚀的基底较薄。并且红壤受降雨量与人为因素影响较大。左长清等研究发现，红壤侵蚀量和降雨量、降雨强度的幂函数相关性显著[1]。据王库等在江西兴国县研究发现，从土壤侵蚀率来看，中度、强烈侵蚀在园地、草地及旱地上的比率较高，而林地上的强烈土壤侵蚀率较低，多以中度和轻度侵蚀为主[2]。说明人为干扰是导致红壤区土壤侵蚀加剧的关键。

影响福建省水土流失的主导因子有：植被覆盖度、工程措施、土地利用、坡度、土壤有机质和降雨侵蚀力R值。另外，母岩对福建省的水土流失也有一定的影响[3]。

根据2008年遥感调查统计，福州市区水土流失面积为41.37hm2，占土地总面积的4.08%。其中轻度流失面积22.15hm2，占流失总面积的53.54%；中度流失面积15.11km2，占流失总面积的36.33%；强烈流失面积3.55hm2，占流失总面积的8.57%；极强烈以上流失面积0.56m2，占流失总面积的1.36%。

项目所在地为丘陵、平原地貌，属无明显流失区。水土流失类型以降雨和地表径流冲刷引起的水力侵蚀为主，土壤侵蚀形式以面蚀为主，项目区水土流失容许值500t/（km2·a）。项目所在区域水土流失以水蚀为主。针对项目区地形、地貌、降雨、土壤、植被等水土流失影响因子的特性及预测对象受扰动的情况确定原生地貌土壤侵蚀模数。主体工程区大部分为丘陵、平原，植被覆盖率大，坡度多在5°～20°之间，水土流失呈无明显流失状态。项目建设区原生地貌土壤侵蚀模数约为360t/（km2·a）。

周边敏感目标：项目沿线涉及二级水源保护区、森林公园、鼓山风景名胜区等周边敏感目标。

3 水土流失预测分析

根据《开发建设项目水土保持技术规范》（GB50433—2008），结合本工程的建设特点及其施工工艺和方法，针对工程可能造成的水土流失情况进行分析预测。水土流失预测主要是项目工程建设过程中的水土流失，内容主要包括：开挖扰动地表面积、损坏水土保持设施的数量、弃土(石、渣)量、可能造成的水土流失量、新增水土流失量、可能造成的水土流失危害等方面。预测内容和方法见表1。

表1 水土流失预测内容与方法

3.1 扰动原地貌面积

本工程建设占地面积为45.55hm2，包括主体工程占地面积为18.96hm2、施工场地占地面积为15.89hm2、施工便道占地面积1.50hm2、施工支洞（洞口）占地面积0.47hm2、临时堆置场占地面积8.73hm2。因此工程建设运行过程中扰动原地貌地表为45.55hm2。

3.2 预测方法

本工程水土流失主要发生在建设过程的开挖、回填、土地平整和临时表土堆放等。由于本工程在施工过程中挖填形成的裸露面比较多，较易因雨水冲刷而产生水土流失。开挖扰动地表产生水土流失量与水土流失因子（降雨、地形、地面组成物质、水土保持措施情况等）有关，预测方法采用类比法。对项目建设区损坏地表形成新增侵蚀区域的水土流失量预测，采用扰动前后侵蚀模数分析计算，模型如下：

水土流失量可按公式1计算，新增水土流失量按公式2计算：

式中：

W——扰动地表土壤流失量，t；

ΔW——扰动地表新增土壤流失量，t；

i——预测单元,1，2，3，…….，n-1，n；

k——预测时段,1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期；

Fi——第i个预测单元的面积，km2；

Mik——扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/（km2·a)；

ΔMik——不同预测单元各时段新增土壤侵蚀模数，t/（km2·a)；

Mi0——扰动前不同预测单元的土壤侵蚀模数，t/（km2·a)；

Ti——预测时段(扰动时段)，a。

3.3 土壤侵蚀模数背景值的确定

壤侵蚀背景值，即在不建工程的情况下的原有地貌水土流失量。根据工程区水土流失现状结合现场勘查及管线所经过的不同土地利用类型土壤侵蚀模数背景值加权平均计算，本工程平均土壤侵蚀模数为360t/(km2·a)。

3.4 类比工程选择及类比分析

本工程扰动地表后土壤侵蚀模数的预测采用类比和调查实测相结合的方法，根据水土流失主要影响因子地形、降雨、植被、土壤、施工工艺及相关试验等方面进行综合分析，确定福州市仓山区港头河整治工程作为本次水土流失预测的类比工程。

通过对项目区降雨、坡度、土壤和水土保持措施等因素进行类比分析，发现除地貌及坡度外，本工程与类比工程在降雨、土壤、土壤侵蚀类型、植被覆盖等方面均相同或相似，对有关参数进行修改之后，确定各水土流失区的平均土壤侵蚀模数。

3.5 加速平均土壤侵蚀模数确定

根据类比资料可比性，并结合本工程施工特点和所在区域的自然地理特征，通过修正因子调整修正参数，得出本方案土壤侵蚀模数。施工期准备期加速侵蚀模数取值详见表2。

表2 各预测单元平均土壤侵蚀模数表

3.6 水土流失量预测

本文仅对侵蚀模数大于容许土壤流失量500t/(km2·a)的区域进行水土流失量及新增水土流失量分析与计算。预测时段为施工准备期、施工期和自然服务期三个时段。本工程建设可能造成的水土流失总量23409t，其中新增水土流失总量22873t。其中施工准备期新增水土流失量为142t，占比为0.62%；施工期新增水土流失量为22213t，占比为97.11%；自然恢复期新增水土流失量为518t，占比为2.27%。主体隧洞工程区新增水土流失量为7480t，占总工程新增水土流失比例的32.70%。

表3 工程水土流失预测表

4 水土保持工程

福州市属于闽东南丘陵台地强度水蚀人工促进修复区，该区水土流失不仅面积大，而且流失率高、强度大，是我省水土流失最为严重的区域，因此单纯依靠水土保持生态自我修复无法解决水土流失问题，必须借助于比较强烈的人工干预措施[4]。所以水土保持措施在此类区域的建设尤为重要。本工程拟采取以下水土保持措施预防施工期及自然恢复期工程所产生的水土流失。

4.1 工程措施

施工前根据后期覆土绿化需要先剥离具有肥力的表土，剥离的表土运往施工场地内临时堆置，并采取临时措施进行防护，作为施工后期绿化覆土土源。在隧道洞口上方设置截水沟、下方设置排水沟，拦截地表径流，防止雨水对边坡冲刷。边坡、仰坡坡顶的截水沟、排水沟应于隧洞土石方开挖前施工，以确保截引地表水，防止顺坡漫流，排水沟应与自然沟组成系统。

4.2 植物措施

隧洞工程植物措施主要包括洞口区绿化及开挖边坡防护内植物措施。工程结束后对部分裸露地表整地，撒播混合狗牙根、五节芒绿化。根据周边地形进行植树绿化，乔木采用香樟、小叶榕、羊蹄甲、广玉兰、蓝花楹；灌木采用三角梅、红花继木、木槿、胡枝子。

4.3 临时措施

施工期间，山体开挖土石方量大，施工场地地表裸露，土石松散，易受雨水侵蚀，为减少场内土壤侵蚀造成水土流失，应做好临时排水设施，并在排水沟出口补充设计沉砂池。

5 结语

5.1 隧洞工程中水土流失的成因

影响水土流失的主要因素包括施工工艺与方法、降雨、地形、地面组成物质、植被覆盖率、水土保持措施情况等。在隧洞施工过程中，产生水土流失主要在土石方开挖、填筑、临时堆土等过程，其他设施安装过程等基本不产生水土流失；工程建成后在运行期施工地表扰动停止，不再破坏水土保持设施，项目区域植被恢复、建筑物覆盖，以及完善的防护工程和排水工程等，使得水土流失得到有效控制，总体来说，单纯的隧洞施工工程水土流失较小。

5.2 隧洞工程中主要水土保持措施与设计原则

5.2.1 工程措施设计原则

（1）要使防治区的水土流失得以拦挡，能消减重力侵蚀和大部分水力侵蚀，使水土流失得以控制；（2）要使防治区的水流排泄畅通，能减少水力冲刷造成的水土流失；（3）要使防治区的地表得到整治，坡面、坡度、排水设施等满足植被恢复的基本条件。

5.2.2植物措施设计原则

（1）因地制宜，突出重点，提高标准，全部布局；（2）根据“适地适树”的原则，选择优良的乡土树种和草种，或经过多年种植已适应当地环境的引进树种、草种；（3）结合工程措施，乔、灌、草合理搭配，针阔叶树种有机结合，与周围的植被和环境相协调，以达到尽快恢复被破坏的植被，改善周边生态环境的作用。

表4 隧洞工程建设与运行对水土流失的影响因素分析

5.2.3 工程节能施工原则

隧洞工程节能减排施工应进行总体方案优化，充分考虑规划、设计各个阶段节能总体设计要求；加强现场施工、验收的耗材监管；加强施工管理，做好节材、节地、节水等，减少物耗。

[1]左长清,胡根华,张华明．红壤坡地水土流失规律研究[J]．水土保持学报,2003,17(6)：89-91．

[2]王库,史学正,于东升.红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤侵蚀特征[J].西南农业大学学报(自然科学版)，2006，28(5)：697-701．

[3]黄炎和，林敬兰等，影响福建省水土流失主导因子的研究[J],水土保持学报,2000,14（2）：37-40.

[4]林敬兰,朱颂茜,福建省水土保持生态修复探讨[J],亚热带水土保持,2008,20(1)：65-70.