浅析金昌市金川区龙景村小沙沟山洪沟道治理项目水土流失与预测

李晓莉LI Xiao-li

（甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，张掖 734000）

0 引言

金川区龙景村小沙沟山洪沟道项目区地形地貌复杂，局部地区高强度暴雨形成的洪灾以及人类工程活动对自然的破坏日趋严重。每到汛期，浸溢塌岸并存，严重威胁沟道两岸人民生命财产安全。通过项目区的地形地貌、土壤植被、地表组成物及水土流失现状等因素进行调查全面分析，结合拟建工程特点，确定水土流失预测的重点位置。同时根据工程具体布局，着重对工程施工过程中可能造成的地表扰动、植被破坏、可能会损坏水土保持设施的情况，以及各施工单元的新增水土流失量及其危害进行预测和评价，并掌握工程施工过程中新增水土流失的重点时段和部位，为制定水土流失防治总体方案和单项防治措施设计提供可靠的理论依据。

1 综合说明

1.1 项目位置 金川区龙景村小沙沟山洪沟道治理项目位于金昌市金川区宁远堡镇龙景村境内，距金昌市约10km，地理坐标：经度102°09′38″，纬度38°25′34″。金川区位于甘肃省河西走廊东部，巴丹吉林沙漠前缘。东北与武威市民勤县接壤，西北与内蒙古阿拉善右旗及张掖市山丹县毗邻，南与金昌市永昌县相依。

1.2 项目基本情况 金川区属大陆性温带干旱气候，主要特点是：气候干燥，光照充足，全年多风且多西北风，四季分明，昼夜温差较大，霜期长，春季多大风。境内气温北高南低，降水北少南多，具有显著的高程分布特征。祁连山山区海拔2500～4000m，属于高寒半湿润气候，年平均气温为-0.2℃，年降水量311～600mm，年日照时数2200h；浅山区海拔2000～2500m，年平均气温为5.4℃，平均年降水量211.8mm，年蒸发量1990.2mm；走廊平川区海拔1300～2000m，年平均气温为9.5℃，平均年降水量122.3mm，年蒸发量2808.2mm，年日照时数2955h。项目为新建建设类项目。项目区新建拦洪主坝1座，副坝1座，放水建筑物1座（包括卧管、消力池、涵管）、渠道维修500m。工程建设施工总工期2个月。本工程占用土地，主要分为两大块，一块是拦洪坝建筑物永久占地，另一块是临时占地。其中永久占地0.159hm2，临时占地0.06hm2。占地类型均为荒草地。项目区河谷发育，地势起伏不平，左右岸岩石裸露，岸坡以上为三、四级阶地，阶地具二元结构，基岩岸坡自然边坡1:0.2，河谷底宽50～180m。项目区周边无饮用水水源保护区、自然保护区、世界文化和自然遗产地、风景名胜区、地质公园、森林公园、重要湿地等，不涉及水土保持敏感区。

根据全国水土保持区划（甘肃省部分），项目区属内陆河流域防治区（Ⅲ）河西走廊平原区（Ⅲ-5），地貌类型主要为戈壁平原，水土流失类型以风力侵蚀为主，项目区土壤侵蚀模数背景值取值2000t/km2·a，侵蚀强度为轻度。根据甘肃省相关公告，项目区属内陆河流域省级水土流失重点治理区，项目区容许土壤流失量为1500t/km2·a。

1.3 水土流失防治责任范围 根据相关规定，生产建设项目水土流失防治责任范围应包括项目永久征地、临时占地以及其他使用与管辖区域。本项目占地面积共计0.219hm2（3.28亩），占地类型均为荒草地，均属甘肃省金昌市金川区管辖。

根据水土流失分区原则和工程建设特点、施工工艺特征、水土流失特点，本方案将项目区划分为：主体工程防治区及临时生产生活区两个防治分区（表1）。

表1 防治责任范围表

1.4 水土流失防治目标

①执行等级标准。根据水利部办公厅相关文件、规划区划及甘肃省相关公告，项目区水土保持区划属于北方风沙区。项目区位于甘肃省金昌市金川区宁远堡镇，在甘肃省省级水土流失重点治理区中属于内陆河流域省级水土流失重点治理区，本项目水土流失防治标准执行北方风沙区建设类项目一级标准。

②防治目标。项目所在区域属于以风力侵蚀为主的北方风沙区，容许土壤流失量为1500t/（km2·a）。

根据相关规定，本项目防治目标取值具体见表2。本项目到设计水平年，水土流失治理度达到82%，土壤流失控制比达到0.80，渣土防护率达到87%。本项目所处位置植被覆盖率较低，工程结束后不设植物措施，临时占地自然恢复，因此林草植被恢复率和林草覆盖率不考虑；由于工程区位于北方风沙区，因此对表土保护率不作要求。

表2 水土流失防治指标值

2 水土流失分析与预测

2.1 水土流失现状

根据相关文件，工程所在地不属于国家级水土流失重点预防区和重点治理区。项目区处于内陆河流域省级水土流失重点治理区。因此，水土流失防治标准执行建设类项目一级防治标准。根据《甘肃省水土保持区划》，工程区属河西走廊农田防护防沙区。工程区地处金昌市金川区东部的河谷阶地上，地形较为平坦，地势南北高差约2.8m，水土流失类型以风蚀为主，兼有少量水力侵蚀，工程区容许土壤流失量为1500t/（km2·a）。根据现场调查，工程区植被稀疏，主要为耐旱、耐贫瘠的荒漠草本植物，林草覆盖率10%左右。地表土壤为灰棕荒漠土，颗粒较细，地表结皮厚度为3～10mm，对地表的保护作用较好。根据相关资料，结合对工程区地表物质组成、植被状况和地形地貌等现场调查，对照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），综合分析确定土壤侵蚀模数背景值为2000t/（km2·a），侵蚀强度为轻度。

2.2 水土流失影响因素分析

本项目建设中水土流失成因较为复杂，影响因素多种多样，其中主要因素为自然因素和人为因素。本项目在建设过程中，涉及到挖方、填方，该操作导致原有土地坡度、面积出现较大变化，大部地区形成纵行深度较深的沟壑，部分地方出现较大土坡。由于人为破坏地貌作用，最终引发严重水土流失现象。

根据本项目实施方案，并利用地形图和勘界图对拟建项目区域进行勘查，调查工程在施工期开挖扰动地表和损坏林草植被的程度，在此基础上对项目区各工程区占地面积进行量算和统计，预测出工程项目扰动原地貌总面积为0.219hm2。结合野外调查，确定本工程建设损坏水土保持设施面积为0.219hm2。

2.3 土壤流失量预测

2.3.1 预测单元 水土流失预测范围涵盖整个项目建设区，按各单元工程及占地利用情况，考虑到施工营地区（临时道路区和临时堆土区）位于道路工程区内，故不重复计列。项目区水土流失预测单元划分为主体工程区和施工营地区两个单元。

2.3.2 预测时段 本工程预测时段包括项目施工期（含施工准备期）和施工结束后自然恢复期两个阶段。各预测单元的施工期和自然恢复期应根据项目施工进度分别确定；施工期为实际扰动地表时间；自然恢复期为施工扰动结束后，不采取任何水土保持措施的情况下，土壤侵蚀强度自然恢复到扰动前土壤侵蚀强度所需的时间。

工程建设过程中的水土流失除了受区域气象水文、土壤植被、地形地貌等因素影响外，还受施工建设活动的影响，使施工区域内水土流失表现出特殊性，导致水土流失随不同施工场地和施工进度的变化而变化，表现出时空变化的动态性。同时考虑到水土流失主要发生在风季（3～5月）或雨季（6～8月）的特点，确定预测时间应在考虑施工持续时间的基础上，根据施工跨风季情况作适当调整。水土流失预测时段按具体施工时间所处的水土流失季节，以不利时段进行预测，超过风季或雨季长度的按一年计算，不超过风（雨）季长度的按所占比例计算。依据本工程的施工进度及雨季的分布时段，确定施工期预测时间为2个月，自然恢复期为5a。各预测单元预测时间划分见表3。

表3 各单元工程预测时段划分

2.3.3 土壤侵蚀模数

①预测方法。

根据项目实施方案、地形图，经了解工程施工对地表、植被的扰动情况，废弃物的组成、结构及其堆放位置和形式，对工程施工造成的新增侵蚀量采取数学模型与有关水保部门提供的观测资料分析相结合的方法进行预测。根据各年新增的侵蚀量，求得项目施工期和自然恢复期的侵蚀总量。对项目区建设过程中一次性扰动的地表，在植被未恢复前，计算新增侵蚀量，植被覆盖后，不再进行计算施工过程中造成的新增水土流失量。土壤流失量预测采用数学模型法。

1）原生地表土壤侵蚀量按以下预测模型计算：

上式中：WS0为原生地面土壤侵蚀量，t；i为预测单元，1，2，3，……，n-1，n；F0i为不同土地利用类型面积，km2；M0i为不同预测单元土壤侵蚀模数背景值，t/km2.a；T0i为预测时段，a。

2）扰动地表土壤侵蚀量按以下预测模型计算：

对于扰动地表，不同的分部分项工程、不同时段、扰动形式和程度不同，其侵蚀模数亦不相同。因此扰动地表土壤侵蚀量，按以下预测模型计算：

式中：WS1为扰动地表新增水土流失量，t；i为预测单元，1，2，3，……，n-1，n；F1i为第i个预测单元的面积，km2；M1i为不同预测单元扰动后的土壤侵蚀模数，t/km2.a；T1i为预测时段，a。

3）新增土壤侵蚀量按下式计算：△Ws=Ws1-Ws0

式中：Ws0为原生地面土壤侵蚀量，t；Ws1为扰动地面土壤侵蚀量，t；△Ws为新增土壤侵蚀量，t。

②侵蚀模数的确定。

1）土壤侵蚀模数背景值。项目区属于省级水土流失重点治理区。根据对项目现场的勘察，项目区水土流失类型以风力侵蚀为主，地貌类型属于荒漠戈壁。结合工程区地形地貌、地表组成、植被状况等现场调查和咨询专家，综合分析确定该区土壤侵蚀模数背景值为2000t/（km2·a）。

2）扰动后的土壤侵蚀模数的确定。项目区扰动后土壤侵蚀模数的确定是按规范要求由原地貌侵蚀模数乘以加速侵蚀系数。本项目区加速侵蚀系数是按工程建设过程中不同的分项工程对地表、植被的扰动程度不同，确定其加速侵蚀系数不同。根据黄委会天水水土保持科学试验站、甘肃省水土保持科学研究所、天水市水土保持工作总站等单位的研究资料，结合本项目占地特点、扰动特点等，综合分析确定该地区扰动后土壤侵蚀模数一般为原地表土壤侵蚀模数的3～7倍。各预测单元侵蚀模数见表4。

表4 本工程侵蚀模数取值 （单位：t/km2.a）

2.3.4 预测结果

根据各预测单元施工期、自然恢复期各扰动面的侵蚀模数，采用预测模型公式，计算扰动地表土壤侵蚀量（表5）。

表5 水土流失量预测计算表

2.4 水土流失危害分析

①在工程建设活动过程中，将对地表及植被造成扰动、损坏，使原土壤失去抗蚀作用，在受到降雨、大风时极易发生水土流失。②工程施工现场在进行土方开挖、回填、转运、装运时，除施工机械本身产生的废气和烟尘外，还会产生少量的粉尘污染。③地表持续被剥蚀，使当地生态环境遭到破坏，恢复较困难，该区域环境抗逆能力持续降低。

3 结论及建议

3.1 结论

本工程建设期预测单元划分为主体工程区和施工营地区两大分区，预测时段为62个月，其中施工期2个月（含施工准备期），自然恢复期60个月。

本工程扰动地表面积为0.219hm2，损坏水保设施面积为0.219hm2。经分析预测，本项目背景流失量为20.34t，预测流失量为28.53t，新增水土流失量为8.19t。其中施工期可能造成水土流失量3.06t，占总流失量的10.7%；自然恢复期可能造成水土流失量25.48t，占总流失量的89.3%，分析可知，水土流失主要集中在自然恢复期，自然恢复期是防治水土流失的重点时段。

从整个项目来看，预测单元中主体工程区、施工营地区新增水土流失量分别为5.76t，2.43t，分别占整个项目区新增水土流失量的70.3%，29.7%。因此，主体工程区是防治水土流失的重点区域。

3.2 建议

通过水土流失预测分析，对本项目水土流失的防治提出以下指导建议：①根据侵蚀预测结果，道路工程区和建筑工程区是产生水土流失的主要部位。因此，控制道路工程区和建筑工程区的水土流失为本方案水土流失防治的重点。②大风季节施工应采取临时洒水、临时苫盖措施。③根据预测结果，项目建设期是新增水土流失较严重的时期，建议在施工过程中优化主体工程施工进度安排，有效缩短产生水土流失时段。④根据水土流失危害分析与评价，建设单位应参照水土保持方案执行。