土壤流失测算导则在水土保持区域评估中应用初探

李 煜

(中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015)

前言

《生产建设项目土壤流失量测算导则》[1](SL773-2018)主要适用于风力作用和水力作用下生产建设项目事前土壤流失量的预测、事中土壤流失量的监测和事后土壤流失量的计算。其规定了导则的应用情形，对土壤流失类型进行了划分，并提出了土壤流失量的测算流程，导则中明确了水力作用下生产建设项目的一般扰动地表、工程开挖面、工程堆积体等土壤流失量测算，风力作用下生产建设项目的一般扰动地表、工程堆积体等土壤流失量测算。

根据《水利部关于进一步深化“放管服”改革全面加强水土保持监管的意见》中关于推进实施水土保持区域评估的有关要求，“水土保持区域评估应明确水土流失防治责任主体，指定区域水土流失总体控制目标，分析论证区域内生产建设项目总体布局、规模以及建设的区域和范围对水土资源和生态环境的影响，提出水土流失预防和治理的专项对策和措施。”随着各类开发区大量建设，区域评估优化了审批服务，提升了监管效能，切实减轻了企业负担，建设单位越来越意识到区域评估的好处[2]。本文将土壤流失量测算导则运用在水土保持区域评估中，分析计算过程和编制方法，通过选取合适的系数指标，使其土壤流失量的预测结果能够更准确地反映出区域水土保持防治重点区域，通过对重点区域进行相应的水土流失防治措施布设、优化施工时序、调整施工方法，进而对区域达到水土流失预防和治理的效果。

1 项目及项目区概况

1.1 项目概况

永安经济开发区坐落于沈阳市于洪区，区域规划面积60km2，截至2030年末，规划常住人口达到14万人，GDP产值为150亿元。开发区产业定位以智能化的基础装备制造业、现代化的商贸物流业和新兴产业为主导产业，共划分3大产业片区。其中，商贸物流片区，依托沈阳地区的国际物流港，着力发展现代物流业，并以生产性和生活性物流为代表，打造辽宁经济区至东北地区物流枢纽；装备智能制造及配套产业片区，依托区域中建设的机床城、零部件产业园和五金园等，加快推动工业企业聚集，并坚持以节能环保、先进制造及绿色能源和新型材料为导向，创建先进制造业产业基地；新兴产业片区，依托京沈合作产业园，加快建设以5G通讯、大数据、物联网和大健康等新兴产业为主的对口合作共建示范园区。

永安经济开发区总占地面积为60km2，占地类型主要包括居住用地、商业服务业设施用地、工业用地、物流仓储用地、道路与交通设施用地、公用设施用地、绿地与广场用地、商业居住混合用地、滩地及耕地等。占地性质均为永久占地。本区域共动用土方和石方量为11613.52万m3，其中挖方开挖量为5806.76万m3，填方填筑量为5806.76万m3，土石方总体平衡，无弃方。开发年限为2020—2030年。

1.2 项目区概况

开发区地貌为浑河冲击平原，由第3纪冲洪积形成，平均海拔高度36m，地势较为平坦，地形变化总趋势为东北高、西南低，由东北向西南逐渐倾斜。项目区属温带半湿润大陆性季风气候，多年平均气温为7.6℃；多年平均降水量972mm，10a一遇24h降雨量为98mm，10a一遇6h降雨量为68mm；多年平均蒸发量为917.1mm，多年平均风速3.2m·s-1，最大冻结深度为1.50m；年日照时数2850h；多年平均无霜期150d；≥10℃积温3488℃。土壤类型多样，共有棕壤土、沙土、草甸土、沼泽土和水稻土共5个土类，亚类共6个，土属共12个，土种共28个。其中，草甸土占52.05%，广布全区。区域植被属于温带落叶阔叶林带，均为次生群落。林草覆盖率约20%。

2 开发区水土流失现状

永安经济开发区属北方土石山区，为辽宁中部平原人居环境农田防护区，容许土壤流失量为200t·km-2·a-1。根据辽宁省2019年水土流失动态监测，开发区内水土流失以轻、中度水力侵蚀为主，平均土壤侵蚀模数约350t·km-2·a-1。开发区水土流失面积29.47km2，其中极强烈侵蚀为0.02km2，强烈侵蚀为0.06km2，中度侵蚀为18.77km2，轻度侵蚀为10.62km2。

3 土壤侵蚀强度分析

3.1 原地貌土壤侵蚀模数

开发区多为建设用地且部分已经开发利用，在河流两岸及尚未开发区域分布有农用地及河滩地，根据《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)，本项目原地貌土壤流失量计算公式：

Myx=RKLySyBETA

Ly=(λ/20)m

λ=λxcosθ

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)],e=2.72

A=10-4wλxcosθ

式中，Myx为原地貌计算单元土壤流失量，t；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，参考《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)附录C，取K=0.0159；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)附录C可知，降雨侵蚀因子R=2268MJ·mm/(hm2·h)；Ly为坡长因子，无量纲；λ为计算单元水平投影坡长度，单位为m，对一般扰动地表类型，计算水平段投影坡长>100m时，按100m，水平段投影坡长≤100m时按实际值计算；θ为计算单元坡度，°，取值范围为0°～90°；m为坡长指数，其中θ≤1°时，m取0.2；1°<θ≤3°时，m取0.3；3°<θ≤5°时，m取0.4；θ>5°时，m取0.5；λx为计算单元斜坡长度，m；Sy为坡度因子，无量纲；B为植被覆盖因子，无量纲，参照《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)中表4，建设用地及河滩地(植被覆盖度为20%)B=0.242，农用地B=1.0；E为工程措施因子，无量纲，建设用地E=1.0，农用地E=1.0，河滩地E=1.0；T为耕作措施因子，为无量纲，建设用地及河滩地T值可取1.0，农用地整地及种植方式因子按等高耕作T1值可取0.431，轮作制度因子T2值可取0.33；A为计算单元的水平投影面积，hm2；w为计算单元宽度，m。

通过选取典型地貌单元，本项目原地貌土壤侵蚀模数计算结果见表1。

3.2 施工期土壤侵蚀模数

项目施工期间，开发区地面的组成物质和原有地形地貌受到扰动，导致表层土裸露，损坏了地表植被，原地貌的防冲、固土能力丧失，较之扰动前土壤侵蚀模数急剧增大。根据《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)，本项目土壤流失类型主要为上方无来水工程开挖面、上方无来水工程堆积体和地表翻扰型一般扰动地表3类，其对应的计算公式如下。

3.2.1 上方无来水工程开挖面中的流失量计算

Mkw=RGkwLkwSkwA

Gkw=0.004e4.28SIL(1-CLA)/ρ

Lkw=(λ/5)-0.57

Skw=0.8sinθ+0.38

式中，Mkw为上方无来水工程开挖面计算单元土壤流失量，t；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)附录C可知，降雨侵蚀因子R=2668MJ·mm/(hm2·h)；Gkw为上方无来水工程开挖面土质因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；Lkw为上方无来水工程开挖面坡长因子，无量纲；Skw为上方无来水工程开挖面坡度因子，无量纲；ρ为土体密度，g·cm-3，壤土取1.38g·cm-3，砂壤土取1.65g·cm-3；SIL为粉粒(0.002～0.05mm)含量，查附录B，壤土SIL=0.40，砂壤土SIL=0.25；CLA为黏粒(<0.002mm)含量，查附录B，壤土CAL=0.20，砂壤土CAL=0.10。

3.2.2 上方无来水工程堆积体的流失量计算

Mdw=XRGdwLdwSdwA

Gdw=a1eb1δ

Ldw=(λ/5)f1

Sdw=(θ/25)d1

式中，Mdw为上方无来水工程堆积体计算单元土壤流失量，t；X为工程堆积体形态因子，无量纲，取1.0；Gdw为上方无来水工程堆积体土石质因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；Ldw为上方无来水工程堆积体坡长因子，无量纲；Sdw为上方无来水工程堆积体坡度因子，无量纲；δ为计算单元侵蚀面土体砾石含量，取0.1；a1、b1为上方无来水工程堆积体土石质因子系数，壤土a1=0.046，b1=-3.379；f1为上方无来水工程堆积体坡长因子系数，壤土f1=0.632；d1为上方无来水工程堆积体坡度因子系数，壤土d1=1.245。

3.2.3 地表翻扰型一般扰动地表的流失量公式

Myd=RKydLySyBETA

Kyd=NK

λ=λxcosθ

Sy=-1.5+17/[1+e(2.3-6.1sinθ)]，e=2.72

式中，Myd为地表翻扰型一般扰动计算单元土壤流失量，t；Kyd为地表翻扰后土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；N为地表翻扰后土壤可蚀性因子增大系数，无量纲，取2.13；K为土壤可蚀性因子，参考《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)附录C，取K=0.0159；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h)，查《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)附录C可知，降雨侵蚀因子R=2668MJ·mm/(hm2·h)；Ly为坡长因子，无量纲；λ为计算单元水平投影坡长度，m；对一般扰动地表，计算水平段投影坡长>100m时，按100m，水平段投影坡长≤100m时按实际值计算；θ为计算单元坡度，°，取值范围为0°～90°；m为坡长指数，其中θ≤1°时，m取0.2；1°<θ≤3°时，m取0.3；3°<θ≤5°时，m取0.4；θ>5°时，m取0.5；λx为计算单元斜坡长度，m；Sy为坡度因子，无量纲；e为自然对数的底，取2.72；B为植被覆盖因子，无量纲，参照《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)中，建设用地B=1.0，农用地B=1.0，河滩地B=1.0；E为工程措施因子，无量纲，取1；T为耕作措施因子，无量纲，取1；A为计算单元的水平投影面积，hm2。

3.3 自然恢复期土壤侵蚀模数

根据本区域所处的自然气候条件，自然恢复期预测取3a。依据自然恢复期、自然植被盖度的变化趋势，根据《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL773-2018)的适用公式，确定自然恢复期的土壤侵蚀模数。

表1 原地貌土壤侵蚀模数计算表

表2 施工期土壤侵蚀模数计算表(上方无来水开挖面情况)

表3 施工期土壤侵蚀模数计算表(地表翻扰型一般扰动地表情况)

表4 施工期土壤侵蚀模数计算表(上方无来水堆积体情况)

表5 自然恢复期土壤侵蚀模数计算表

4 建设扰动因素分析

4.1 施工准备期水土流失影响因素

在施工准备期，主要实施“五通一平”工程，此阶段进行部分土方的开挖、回填及建设临建设施等工作。由于项目的开工建设，扰动了原地貌的土壤，清除了地面的覆盖物，造成土地裸露，极大降低了原土体结构保持水土的功能，容易造成水土流失。

4.2 施工期水土流失影响因素

在工程施工期间，由于工程的基础和边坡开挖及其堆土；交通道路及公用设施的建设、施工辅助企业建设等活动，对地表进行开挖，造成了原地貌和地表植被的破坏，土体结构改变，降低了土壤的固土防冲能力，同时由于工程土石方调运过程中及堆放后都将产生水土流失，因此工程建设的水土流失主要时段为施工期。

4.3 自然恢复期水土流失影响因素

工程建成后，部分区域建设了建筑物，或被硬化等，但仍有大面积的裸露地面，如果不实施水土保持措施，裸露的区域仍然可能发生大面积的水土流失，随着时间的增长，地表慢慢固结，植被自然生长，水土流失现象会逐年减轻，但需要较长时间的恢复。

5 可能造成的水土流失危害分析

开发区建设过程中的场地整平、基础开挖、施工过程中的临时堆土等会在一定程度上改变并破坏原地貌形态，形成的再塑地貌，土层松散、地表裸露，土壤固土抗蚀能力减弱，从而可能引起水土流失。在项目建设过程中应该采取有效的综合防治措施，防止开发区及周边土壤侵蚀加剧，造成水土流失危害，具体表现在以下几方面。

建设过程中原地貌和植被被破坏，原有生态系统形成的平衡被打破，裸露疏松的表土，可能会产生水土流失现象，影响周围环境。

土地资源遭到破坏、降低了土地生产力。项目建设过程中破坏了原有形成的较为稳定的土壤，降低了土地的生产能力，加剧了区域水土流失。

项目建设中大量的土石方开挖，原地貌、土壤结构和地面物质组成被破坏，造成土地肥力的下降，导致土地生产能力降低，植被恢复将增加难度。

项目建设中临时堆土如不采取防治措施，局部将会产生剧烈的水土流失。另外，施工人员多，机械设备的运行等影响施工场区周围生态环境。所有不可避免的人类活动对当地的生态系统都可能产生一定的不利影响。

6 结语

推行水土保持区域评估有利于简化水土保持方案审批、加快区域项目建设[3]。但同时应加强后期水土保持防治措施。生产建设项目土壤流失预测是分析水土流失特点、制定水土保持防治措施的基础[4]。综上所述，本文结合实例，对区域评估项目应用了《生产建设项目土壤流失量测算导则》，按照地表翻扰型一般扰动、上方无来水工程开挖面、上方无来水工程堆积体3种土壤流失类型，根据区域的实际情况，分别用不同的计算公式和因子选取，测算出土壤侵蚀强度，为同类型开发区水土保持区域评估的水土流失预测提供参考，为后期区域内项目水土流失预防提供依据。