基于侵蚀模数预测法的航道升级工程水土保持措施研究

庞志冲

（广东粤源工程咨询有限公司，广州 510610）

0 引 言

在自然作用和人为因素等干扰下，水土资源受到侵蚀和破坏，会导致生态失衡，严重影响生态环境的可持续发展。其中人为因素主要包括工程建设和农业生产。工程建设中如果水土保护措施不到位，会影响建设的正常进行，危害自然环境，增加地质灾害发生的概率[1]。因此在工程建设施工期间要严格按照相关文件及法律法规的要求，落实相关水土保持及环境保护措施，减少对生态严控区及自然保护区的扰动和破坏，施工结束后及时采取绿化等措施，将临时扰动区域恢复原地貌[2]。

在国家经济快速发展的带动下，运输公路负荷增大，对水运航道的需求增大，迫切需要提高航道与船闸的通航条件，提高航道与船闸的通过能力。在对航道进行升级改造的工程建设中，水土流失会造成局部河道淤积，对河流水质造成一定的影响，流失的水土将降低土壤肥力，并将影响周边作物生长，且进入附近村庄或周边排水系统[3]。水土保持有利于改善水土流失的问题，本文以北江航道升级工程为背景，根据土壤侵蚀模数对该项目的水土流失情况进行预测，采取了植物措施和工程措施，为航道升级工程的水土保持措施研究提供了建议和经验。

1 航道升级工程内容

北江（乌石至三水河口）航道扩能升级工程起点位于佛山市三水区北江与西江汇合的思贤滘口、沿北江北上经过佛山市三水区、清远市清新区、清城区、英德市，止于韶关市曲江区乌石镇乌石电厂附近。

北江乌石至三水河口航道全长约217km，按内河Ⅲ级、通航1000t级船舶标准建设，整治后通航保证率98%。白石窑二线、飞来峡二、三线、清远枢纽二线船闸按照1000t级标准建设，并拆除重建了白石窑一线船闸。主要包括航道工程、船闸工程、配套工程三个部分。

1）航道工程：疏浚河道12.02km、炸礁1处、切嘴1处、拆除丁坝31座、新建丁坝6座、原址修复29座、护岸10处（岸标）。

2）船闸工程：新建白石窑二线船闸、重建白石窑一线船闸及配套建构筑物、高陂塘排涝渠移位重建工程；新建飞来峡二和三线船闸及配套建构筑物、S377特大桥工程、Y202大桥工程、黄洞围水利设施恢复工程；新建清远二线船闸及配套建构筑物。

3）配套工程：交叉工程（9条跨河架空缆改造）、桥梁防撞加固工程（11座）、航标工程（64座岸标、102座主航道浮标、4座水上灯桩、58座桥区浮标，改造3座大桥桥涵标）

2 水土保持现状评价

项目所在地佛山市三水区，清远市英德市、清城区、清新区土壤侵蚀类型区为南方红壤区，工程地处北江流域，降雨充沛，地表植被覆盖度高。

本工程水土流失调查采取地面观测、实地量测、遥感与无人机监测、资料分析（施工、监理、监测等资料）相结合的方法，调查扰动土地情况，水土流失情况和水土保持实施情况及效果。

通过对项目区的调查，工程沿线未发现水土流失严重、生态环境脆弱地区。工程建设地点不属于国家和省市水土流失重点预防区和重点治理区。降雨分配不均，暴雨集中是造成项目区水土流失的首要原因。因为项目区土壤多为赤红壤，赤红壤土质松散，抗侵蚀力低，经过地表径流的冲刷后，很容易造成大面积的水土流失[4]。

2.1 航道工程

航道工程中整治、疏浚、炸礁，均在水中作业，切嘴、护岸工程在岸上施工部分严格控制扰动范围，无新增临时用地。施工过程中产生的土石方部分用于工程内部回填，不可回填的土石方一部分就近抛填到卸泥区，针对裸露地表进行植草护坡和临时彩条布苫盖。

因此航道工程的主体设计可以满足施工期和运行期间水土保持的相关要求，不再新增水土保持措施。

2.2 配套工程

配套工程中桥梁防撞加固工程位在水中作业，航标工程大部分为水标，岸标部分施工扰动面积较小，土石方挖填量非常小，交叉工程对地面的扰动范围小且随挖随填，主体设计未设置水土保持措施，只提出水土保持要求。

2.3 船闸工程

通过现场勘查发现，船闸管理区建设在新建船闸的一侧，布置为办公区、生活区和辅助区，建筑物周边均为绿地和道路，工程平面布置比较合理，使建筑物、道路及绿地全部融为一体。

主体工程设计中考虑施工前对主体工程区的表土剥离措施，以及施工结束以后的表土回覆措施。施工过程中采取临时排水沟收集地表汇水并经过沉沙池沉淀以后排放。针对施工期地表裸露的区域实施彩条布苫盖措施，避免雨水击溅地面造成水土流失。施工结束以后在闸管区内部绿化前的表土回覆，并进行栽植乔灌木、景观绿化，针对航道一侧的岸堤设置植草护坡，防止雨水对边坡的冲刷。主体设计还考虑高陂塘排涝渠移建以后植草护坡措施。主体设计中已有的水土保持措施可以起到一定防护的作用，但是措施体系不够完善，缺乏施工期的排水沉沙措施。且通过监测过程中发现一线船闸施工过程中，地连墙至围堰边界有一定的裸露，且地表具有一定的坡度，遇到降雨可能产生水流失。

3 侵蚀模数预测与分析

本工程在建设过程中原地貌植被破坏，可能改变的因子有土壤可蚀性因子、地形因子和管理措施因子[5]。工程建设使土壤的可蚀性值增大，使地形因子值增加。因此对水土流失进行预测，分析水土流失情况显得十分重要。根据的地形地貌、土地利用情况及沿线植被分布情况，结合项目区内土壤侵蚀现状并查阅初期水土保持监测资料进行综合评判，工程建设前项目区内无明显水土流失，总体属微度侵蚀，土壤侵蚀背景值取500t/km2·a。

3.1 预测单元

根据工程建设过程中的水土流失特点，预测单元和防治分区一致，划分为航道工程区、配套工程，白石窑枢纽、飞来峡枢纽、清远枢纽共5个一级预测单元。但因航道工程均在水中作业，施工完成后作业面均硬化，无水土流失产生；配套工程中桥梁防撞加固及航标工程在水中作业、交叉工程扰动面积极小忽略不计，故本不对航道工程及配套工程土壤流失量进行预测。

3.2 预测时段

《生产建设项目水土保持技术标准》（GB50433-2018）将建设类项目中水土流失的预测划分为3个阶段，分别是：施工准备期、施工期和自然恢复期，本工程将施工准备期与施工期合并，统称为建设期。

项目区以水力侵蚀为主，预测时段以工期跨越雨季的比例来确定，工期超过雨季长度的按1a考虑，不超过的可按占雨季长度的比例计算，该工程项目区的雨季为4-9月。

3.3 土壤侵蚀模数

土壤侵蚀研究通常采用实地测算，根据设计图纸和实地勘察确定的地类面积，扰动区原地貌侵蚀模数及原地貌扰动后侵蚀模数，即可计算扰动后原地貌新增水土流失量[6-7]。

式中：W为土壤流失量，Fji—某时段某单元的预测面积，Mji—某时段某单元的土壤侵蚀模数，Tji为某时段某单元的预测时间，K=1、2、3，指施工准备期、施工期和自然恢复期，i为预测单元，i=1、2、3、……n，j—预测时段。

3.4 预测结果

预测时段内，在不采取水土保持措施的情况下，可能造成水土流失总量为7171t，新增水土流失总量为5978t；其中在自然恢复期的水土流失量为678t，新增水土流失量119t；施工期的水土流失量为6493t，新增水土流失量5859t。

本工程在监测及预测时段内，产生的土壤流失总量为101697t，新增土壤流失量为5978t，施工期土壤流失量为101578t，占水土流失总量的99.88%，施工期是产生水土流失的主要阶段。飞来峡枢纽施工阶段的流失量为48877t，占施工期水土流失总量的47.81%，飞来峡枢纽是产生水土流失的主要区域。在后续施工阶段，白石窑弃渣场新增土壤流失量4113t，占新增土壤流失量的70.20%，白石窑弃渣场是后续施工过程中重点监测区域。

3.5 水土流失情况分析

通过侵蚀模数对本工程水土流失进行预测后，结合水土流失特点及周边地形地貌对水土流失情况进行分析，本工程可能造成的水土流失危害主要表现在：周边农用地、运输道路、附近村庄、居民点、下游水体及工程自身安全等的影响。

预测结果表明，是水土流失较为严重的时期是施工期，为了有效缩短流失手段，在后续施工中需要加速对主体工程施工。主体工程施工期间，在其非施工的空地段，可进行植物措施的种植和抚育，并结合主体工程施工进度的安排，分期、分批地实施植物措施。

综上所述，此次工程建设主要在施工期对当地水土流失的影响最大。施工活动会改变、损坏或压埋原有地貌及植被，造成地表裸露，降低原有地貌与植被的固土、抗蚀能力，加剧水土流失。采取工程措施、植物措施及临时措施，构成行之有效的防治体系，在施工过程中可以有效遏制新增水土流失的发生和发展。

4 水土保持措施布设

本工程防治责任范围即为占地面积324.62hm2。按照本项目的施工特点和总体布局等，可分为航道工程区、配套工程、白石窑枢纽、飞来峡枢纽、清远枢纽共5个一级防治分区，此次防治措施主要针对白石窑枢纽、飞来峡枢纽、清远枢纽进行水土保持防治。

4.1 措施布设原则

结合项目所在地及项目建设的特点，突出以下防治原则：

1）因害设防、防治结合、全面布局、科学配置、分区治理、重点突出、绿化美化、可操作性的原则。

2）人与自然和谐相处的理念，尊重自然规律，保护生态环境，布设临时性防护措施，减少建设过程中的水土流失。

3）植物措施、工程措施、临时措施合理配置、统筹兼顾，形成综合防护体系，临时措施与永久措施相结合，有较好的经济效益。

4.2 防治措施体系

根据水土流失预测结果，水土流失情况，和水土流失防治分区，在每个分区主体设计已有水土保持设施的基础上，针对工程建设施工过程中可能引发水土流失的部位，采取合理有效的防治措施。本次水土保持措施主要以植物措施为主，将工程措施和植物措施结合在一起，永久措施与临时措施结合在一起，不仅能够将主体工程中具有水土保持功能的设施纳入水土流失防治体系中，还通过新增的措施，建立了一套完整、有效的水土流失防治体系。航道工程区和配套工程中实施的植草护坡措施以及施工过程中的彩条布苫盖临时措施，措施体系较为完善，可以保证施工期和运行期间水土保持的相关要求，此次防治措施主要针对船闸工程区。

4.2.1 白石窑枢纽

施工前对主体工程区的表土剥离措施，表土剥离总量为2.87万m3，施工过程中设施砖砌排水沟535m、临时排水沟1678m、沉沙池6座、彩条布苫盖0.60hm2。施工结束以后在闸管区内部绿化前的表土回覆，表土回覆总量2.87万m3，景观绿化0.17hm2、栽植乔木141株、植草护坡0.45hm2，主体设计了高陂塘排涝渠移建以后植草护坡2.60hm2针对施工现场现状裸露的边坡采取彩条布临时覆盖措施，防止降雨的冲刷。

4.2.2 飞来峡枢纽

飞来峡主体工程区撒播种草绿化3.73hm2，栽种乔木472株，针对航道两岸、上下游引航道高边坡防护采取植草护坡15.22hm2，并设置现浇混凝土排水沟1928.81m。施工期场内部及周边布设临时排水沟3973m、沉沙池1座。针对存放在施工临建区内的砂石料采用编织土袋拦挡，编织袋装土598m3，施工结束后复耕3.711hm2。

4.2.3 清远枢纽

枢纽主体设计了永久占地范围内施工前的表土剥离措施，剥离量为1.50万m3。针对船闸管理区及上下游引航道绿化前的表土回覆1.50万m3，主体工程区裸露的地表采取撒播种草3.75hm2，栽种乔木1000株、灌木500株。临时占地范围内施工前的表土剥离措施及绿化前的表土回覆措施，表土剥离回覆总量均为0.30万m3。施工临建区的项目部内四周栽种乔木120株及灌木30株。

5 结 语

文章以航道升级工程为背景，通过侵蚀模数预测法对本工程的水土流失进行预测。根据预测结果，结合水土流失现状对水土流失情况进行分析。主要是以主体已有水土保持措施为基础，具有针对性和合理性的采取植物措施和工程措施，从而建立完整有效的水土流失防治体系。结果表明本工程各项水土保持措施都发挥了良好的作用，特别对于工程建设施工期所造成的水土流失得到有效的遏制和防治，建设期间未对沿线周边区域造成严重的水土流失危害，为类似工程提供了参考。