基于海堤工程建设的水土保持设计研究

廉 洁

(丹东市水利勘测设计研究院，辽宁 丹东 118000)

0 引 言

辽滨沿海经济区发展快、定位高，水利是最根本的保障性基础措施之一，现有的服务于滩涂区、农业区的防洪标准已无法适应新时期经济发展的需求。为保障区域经济持续、稳定、快速发展，妥善安排区域内水景观、水生态、水环境、水资源、防洪排涝等社会问题，完善区域防潮及防洪排涝设施极其必要，而海堤和挡潮闸是防潮封闭、排除内涝的重要组成部分。其中，海堤主要是保护辽滨新城、扩大开发区发展空间及增加国土面积；挡潮闸主要是提高区域排涝能力、防止海水倒灌、保证排涝通常、存蓄淡水、调节内湖水位、改善区域生态环境[1-4]。

海堤工程建设规模为新建海堤11.9182km，按照受风向、吹程、水深及地形等因素，将海堤划分为三个分区，其中一区桩号0+000-1+200为河口区域，二区桩号1+200-9+000为海湾区域，三区桩号9+000-11+513和11+774-12+000段为海湾区域，而桩号0+785-2+675段、11+300-12+000段海堤内侧为含章湖，其余段内侧均为园区吹填区域，如图1；挡潮闸(桩号11+845.2-11+880)规模为3(孔)×10.0m×4.0m潜孔式水闸，最大过闸流量为332.25m3/s。

图1 海堤工程分区及布置图

海堤工程位于辽河三角洲冲积平原上，属暖温带半湿润大陆性气候，年平均气温8.30C，年均降水量616.6mm，且多集中在夏秋季，平均蒸发量1669.5mm，≥100C积温34380C，最大冻土深1.17m，设计暴雨特征值52.4mm/h。项目区土壤主要为水稻土，地处暖温带落叶阔叶林带区，属于华北植物区系，林草覆盖率为34.6%，土壤侵蚀模数500t/km2·a。海堤和挡潮闸工程建设会损坏地表植被、扰动原地貌，不可避免的造成水土流失和生态环境破坏等问题[5]。

1 主体工程水土保持分析

海堤工程建设过程中对原地表扰动较大，改变地面组成物质、地形条件，在一定程度上降低原有蓄水保土功能。

1.1 主体工程占地情况

根据工程布置项目占地包括主体工程区、施工生产生活区、临时道路区，总占地面积为32.55hm2，其中永久和临时占地22.85hm2、9.7hm2，占地类型为河道、海域及滩地。

从水土保持角度考虑，施工生产生活区、临时道路区等临时占地面积小，待施工结束后及时恢复原地貌，增加项目区绿化面积，有利于项目区水土保持。主体工程区在开挖和填筑过程中易造成相对严重的水土流失，需要根据不同的位置，有针对性的布置水土保持措施。

工程设计尽可能缩小建筑布局占地，优化工程总体布局，尽量使用原有的设施，减少新的建设用地，从而减少土地扰动，避免了更多的水土流失的发生。在满足总体布置基础上，充分利用原有河道岸坎和吹填围堰堤岸，最大限度的提高了土地利用率，减少了对地表的扰动，这符合水土保持施工尽量少占地的要求[6]。

1.2 水土保持防治责任范围

1)水土流失防治范围。依据技术规程相关规定，因工程建设可能产生水土流失的范围就是防治责任范围，主要有直接影响和项目建设两个分区。其中，直接影响区主要包括临时道路区、施工生产生活区、主体工程区等建设活动可能引起水土流失危害的区域，具有不确定性特征，需经过现场勘测确定；项目建设区主要有施工临时场地、挡潮闸、海堤组成，施工临时场地进一步分为施工临时道路与施工营地。永久占地区域的水土流失经水保治理后由建设管理单位管理，临时占地区域在施工结束后恢复原有土地利用状况。直接影响区是指建设活动而可能引起水土流失的区域，主要包括主体工程区、施工生产生活区、临时道路区等周边区域，具有不确定性，经过现场勘测确定[7]。

工程直接影响区的确定是根据土壤侵蚀特点和施工情况，在总结同类工程水土保持验收时责任范围实际发生情况基础上进行概算，直接影响区面积16.38hm2，如表1。

表1 直接影响区

因此，辽滨沿海经济区海堤工程水土保持责任范围为48.93 hm2，直接影响区和项目建设区16.38 hm2、32.55 hm2。工程的水土流失防治责任者为工程建设单位-盘锦市水土保持局。工程建设单位负责审批后的各项水土保持措施的实施，并在水土保持工程竣工时，配合水土保持管理部门进行竣工验收。

2)水土流失防治分区。该工程各建设区均位于平原区，结合野外现场调查结果及水土流失防治责任范围内地貌类型、建设时序、水土流失特点、主体工程布局及施工工艺等，采取行之有效的防治措施、方法和手段，对可能产生水土流失的情况进行分区防治，防治分区包括主题工程区、施工生产生活区和临时道路区3个。

1.3 水土流失预测

考虑到各区域主题工程建设内容的差异，由此产生的原地貌扰动强度也不尽相同。结合各区域不同的建设特点，将水土流失预测单元划分为主体工程区、施工生产生活区、临时道路区，预测面积合计32.55hm2，详见表2。

表2 水土流失预测单元

由于施工准备期较短，将施工准备期和建设期合起来预测。因此，确定自然修复期、施工建设期作为项目的预测时段。

1)施工建设期。施工建设期是引起水土流失的主要时段，此阶段由于开挖填筑、机械碾压、临时堆土等施工活动，均对地表产生扰动，使地表失去植被保护，施工机械、人员多，土体结构变化剧烈，造成的水土流失量也较大。工程施工期36月，预测时段也为36个月，将该时段作为水土流失预测的重点时期。

2)自然恢复期。项目完工后进入自然修复区，考虑项目区自然环境条件，扰动地表自然恢复达到原地貌水平约需2-3年，由于盘锦地区属于暖温带半湿润大陆性气候区，因此自然恢复期预测时段确定为2年，预测时段如表3。

表3 水土流失预测时段划分

根据水土流失量预测公式和确定的侵蚀模数，计算得出预测时段内原地貌水土流失量，建行期、自然恢复期扰动地貌水土流失总量，进而计算出因工程建设造成的新增水土流失量。施工期新增水土流失量为1481.25t；自然恢复期新增水土流失量为320.85t。

2 水土保持措施设计

2.1 水土保持总体布局

在工程施工期间，工程建设土石方工程量较大，对原生地貌扰动较大，坡面开挖和临时弃渣的堆放都容易产生水土流失，因此水土保持措施以临时防护措施为主，发挥临时措施的保障性、时效性作用，确保整个施工期间不发生水土流失现象。其中，主要的临时防护措施为填土草袋护坡和密目网覆盖。

2.2 主体工程防治区

海堤作为一个独立的建筑物，基本上表面已经被硬化，内坡裸露地表已有绿化设计，不再新增防护措施，只增加施工过程中的管理措施。海堤内坡绿化、排水沟等结合水保措施符合水土保持要求。

海堤在填筑过程中，由于车辆超载现象及运输车辆来往频繁，石料极易散落入大海，为避免此种情况造成不必要的水土流失，应加强管理。同时，合理安排施工进度，尽可能降低土石方外购量。

2.3 施工生产生活防治区

2.3.1 临时措施

施工生产生活区主要包括设备材料的堆放、设备安装组合场地及工人临时居住地等，排水主要考虑雨季时场地内的雨水排放，在场地周围设排水沟，将雨水排放到区域外排水沟中。

(1)排水流量。采用以下计算式确定排水流量，表达式为：

QB=0.278KiF

(1)

式中：QB为区域最大排水流量，m3/s；K为径流系数，取0.65-0.70；u为汇流沥时内平均降雨降度，mm/h；F为汇水面积，km2。按照当地水文资料确定K、i，10a一遇取值为0.68，52.4 mm/h，汇水面积为0.057km2，故计算得到最大排水流量0.56m3/s。

3)排水沟。根据项目区最大排水流量的计算结果，设计标准为10a一遇，排水沟采用深0.2m、顶宽1.1m、底宽0.3m、安全超过0.2m，坡降为1%，如图1。

图1 排水沟断面图

采用谢才公式计算复核排水沟过水能力，表达式为：

(2)

式中：A为过水面积；C为谢才系数，可利用公式C=1/nR1/6计算，n为土质渠道，取0.025；R为水力半径。经复核，Q=0.095m3/s，>0.06m3/s，排水沟设计断面满足10年一遇排水流量要求。因此，排水沟长1390m，挖方量389.2m3，将开挖的土方集中堆放在排水沟附近，在堆土四周用草袋装土拦挡，顶部采用彩条布苫盖，待施工结束后用人工回填排水沟并夯实。草袋装土为45.44m3，苫盖面积418m2。

2.3.2 工程措施

施工生产生活区施工结束后拆除地面建筑物，及时清理场地的废弃物，进行土地整治，如表4。施工过程中因施工人员和机具的践踏和碾压，土壤变得密实，故在施工结束后，再通过机械碾压实，避免产生新的水土流失。

表4 新增水土保持措施工程量

2.4 临时道路区

2.4.1 临时措施

在施工时为确保在降雨天气产生水土流失，在临时施工便道外侧设置临时排水沟，共计设置排水沟20.0km，排水沟采用人工挖土，共计挖方为0.56万m3，将开挖的土方集中堆放在排水沟附近，在堆土四周用草袋装土拦挡，顶部采用彩条布苫盖，待施工结束后用人工回填排水沟并夯实。草袋装土为211.2m3，苫盖面积3480m2，如表5。

表5 新增水土保持措施工程量

2.4.2 工程措施

施工结束后整治土地，整治范围4.0hm2。施工结束后，通过机械碾压，避免产生新的水土流失。

2.5 效益分析

工程建设期水土保持工程新增工程投资437.43万元，其中工程措施费0.55万元，植物措施费0.00万元，施工临时措施费5.53万元，独立费用80.78万元，基本预备费5.21万元，水土流失补偿费345.36万元。

项目区林草植被面积为11.5hm2，项目建设区总面积71.98hm2，经计算林草覆盖率为16%。林草覆盖率较低是由于工程临时占地采取地面硬化措施，将来由经济区统一规划绿化。通过水土保持方案的实施，除林草覆盖率外，治理后平均土壤侵蚀模数、水土保持防治区、扰动土地整治范围等均达到预期目标值，工程建设造成的水土流失得到了有效控制，破坏的植被得到最大限度的恢复，区域生态环境得到保护[7]。

3 结 论

海堤工程修建后，将为盘锦市沿海经济区及辽滨、荣兴社区人民提供了稳定的生活与生产环境，提高人们的生活质量，改善推动该地区经济建设和社会发展，具有显著的环境、经济和社会效益。该工程产生的有利影响是长期的、主要的，而不利影响是短期的、次要的，并且不利影响是次要的、短期的，而且不利影响可通过监测手段进行环境管理，采取一定环境保护对策措施加以减免和改善。从长远、全局利益综合考虑，海堤工程的兴建利大于弊，盘锦辽滨沿海经济区海堤工程的建设是可行的。