西江干流治理工程水土流失预测分析与建议

王玮娟

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510000)

1 工程概况

西江干流治理工程范围西起广西梧州广东封开边界，东至广东三水思贤滘，经过广东省云浮、肇庆2个地级市共7个县(区)。沿线两岸地形地貌主要为低山丘陵及山间盆地、洪积扇、冲积阶地和冲积平原。项目区属南方红壤丘陵区，土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，现状水土流失较轻微，土壤侵蚀模数小于南方红壤的容许值500t/km2·a，项目建设区土壤侵蚀背景值取500t/km2·a。本工程堤防等建筑物开挖填筑、弃渣等其它相关施工活动等，都将对地表造成扰动，改变原有地形地貌及土壤的物理结构，损坏地表植被，使地表裸露。若施工过程中的水土流失得不到有效控制，故必须采取严格的防护措施，控制工程建设形成的水土流失。

2 水土流失预测

2.1 水土流失预测范围和时段

1)预测范围：

预测范围指在方案服务期内工程施工扰动产生水土流失的所有区域。水保措施布设需依据水土流失预测情况，显然，对项目进行合理的分区划分是直接影响水土流失预测精度的重要因素。由于工程不同区域的施工方法不同，损坏、扰动后的土壤侵蚀强度和水土流失量存在较大差别，因此，进行水土流失预测应该有所区别。

本方案根据工程的项目组成、施工布置、施工时段和施工工艺，对工程建设过程中形成的水土流失区域进行划分，按照项目实际情况，本工程预测分区与防治分区一致，即把整个项目预测分区划分成主体工程区、施工生产生活区、施工道路区、临时堆场区、土料场区及弃渣场区。该项目施工期水土流失预测范围与项目总占地面积相同，均为500.79hm2；自然恢复期水土流失预测不同于施工期，预测范围相对有所减小，减幅较大的是堤岸防护区和涵闸工程区，这两处区域施工后均明显能起到水土保持作用，因此后期不必大范围预测。各区预测范围见表1。

2)水土流失预测时段：

西江干流治理工程属于建设类项目，水土流失主要集中在施工期，西江干流区间内原水土流失情况比较乐观，因此可适当弱化施工准备期水土流失预测。项目施工完成后的运行期是检测工程成果的最好阶段，虽然该阶段水保措施已经发挥作用，生态环境得到回复，但是对期间水土流失情况再次进行预测是很有必要的[1-3]。施工期间水土流失预测依然根据分区不同再次细分各分区预测时段，例如主体工程区和生产生活区由于使用属性不同，必须设置不同预测时段，自然恢复期按照1a计列。

表1 各区水土流失预测范围情况

2.2 预测内容与方法

根据《开发建设项目水土保持技术规范》(GB50433-2008)规定，结合本工程建设特点，预测内容包括扰动原地貌、土地及植被损坏面积，损坏水土保持设施的面积，弃土、弃渣量，可能造成的水土流失量及其危害等[4]。

对于扰动原地貌、毁坏土地、毁坏水保设施、破坏植被的面积和数量的预测，本工程先根据图纸所表述的工程量得出初步数据，后对现场进行勘察，根据勘察结果微调；工程弃渣和弃土可以根据设计图纸土石方平衡计算得出；对于可能造成水土流失总量，采用类比法，选择与本工程施工工艺相似、工程破坏形式相近且工程项目所在地相距较近的工程类比分析[5]。针对新增水土流失量，本次根据项目设计图纸及前期实地查勘确定的地类面积、原地貌及原地貌扰动后侵蚀模数，采用下式计算：

(1)

式中：W为扰动地表土壤流失量，t；△W为扰动地表新增土壤流失量，t；i为预测单元(1，2，3，……n)；k为预测时段，1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期；Fi为第i个预测单元的面积，km2；Mik为扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/km2·a；△Mik为不同单元各时段新增土壤侵蚀模数，t/km2·a；Mi0为扰动前不同预测单元土壤侵蚀模数，t/km2·a；Tik为预测时段，扰动时段·a。

3 水土流失预测结果

3.1 扰动原地貌、设施损坏面积预测

项目扰动原地貌水土流失情况需结合勘察报告统计并评估，该工程沿线地貌规划图较为详细，根据资料测算出施工可能占用和破坏的林地、植被面积作为初始值。由于本工程属于堤防工程的综合整治，堤岸与涵闸占用了河道的部分水域作为工程用地，虽然河道工程的水域面积属于已征用的国有土地，但堤岸工程的建设与涵闸工程的除险加固，施工结束后，占用的水域面积已形成水工建筑物，因此，本工程堤岸防护区及涵闸工程区的扰动原地貌面积应包括占用河道的水域及水利设施用地范围[6]。统计结果显示，本工程扰动原地貌土地面积与项目占地面积具备一致性，均为500.79hm2。根据施工图纸信息和前期勘测报告可知本工程损坏的水土保持设施面积为112.06hm2。

3.2 工程弃渣量预测

通过对设计图纸计算得出主体工程土石方开挖总量为320.96万m3(自然方，下同)；土石方回填总量为443.88万m3，

对工程设计图纸进行土石方计量，得到主体工程土石方开挖总量、回填量分别为320.96万m3、443.88万m3。不足回填方量为125.07万m3，不足部分的土料采用土料场自采来满足填筑料的施工要求，共需自采土料318.81万m3，剩余的195.89万m3(合计松方约261.70万m3，合计堆方约247.77万m3)因质量无法满足填筑要求而外运弃渣，拟全部堆放于本工程布设的22个弃渣场。

3.3 可能造成的水土流失量预测

1)背景值的确定：

本工程堤防沿线所在区域地貌类型为低山丘陵区，通过对工程建设区水土流失的现状调查，林草植被覆盖良好，结合《广东省土壤侵蚀现状图(1:100000)》分析，确定项目区现状水土流失背景值为500 t/km2.a。

本工作采用开闭裂纹模型,考虑裂纹缝隙效应,将裂纹等效为非线性旋转弹簧,给出了FRP布加固裂纹梁的裂纹等效旋转弹簧刚度.将FRP布加固黏弹性梁在裂纹处分段,利用梁弯曲的边界条件和裂纹处的连接条件,借助Laplace变换及逆变换,给出均布突加载荷作用下FRP布加固简支裂纹黏弹性梁弯曲变形的解析解.数值分析了CFRP布加固上/下表面裂纹黏弹性DF梁的弯曲变形,考察了CFRP布含量、梁跨高比、裂纹位置及其开闭状态等对CFRP布加固裂纹DF梁弯曲蠕变的影响,得到如下结论.

2)施工期及自然恢复期侵蚀模数的确定：

工程地面原生地貌侵蚀模数的确定：①通过当地水利专家的判断；②考虑河流的输沙模数；③通过类比分析法，依据工程相似性确定。通过筛选，本次选择与“北江大堤达标加固工程”做类比，广东粤源水利水电咨询有限公司对北江大堤达标加固工程做了典型样本点调查，调查结果见表2。

表2 广东省北江大堤达标加固工程土壤侵蚀强度调查成果表

本工程扰动后侵蚀模数的确定，是在现场调查的基础上借鉴上述广东粤源水利水电咨询有限公司的监测数据。类比分析后结合项目区降水情况、植被覆盖程度和水保现状得出各分区的原生侵蚀模数及特点见表3。综上所述，修正后确定本工程渣场侵蚀模数为3.1万t/km2·a，项目区主体工程区域的侵蚀模数为2.2万t/km2·a。

表3 类比工程及本工程土壤侵蚀模数选取表

3.4 新增水土流失量及重点防治区域

根据《开发建设项目水土保持技术规范》(GB50433-2008)的规定，工程水土流失预测是项目区水土流失量预测应注意其前提是不改变现状情况，即不采取任何水保措施的情况下进行预测[7-9]，利用前文所述公式，计算得到新增水土流失量见表4。

表4 各预测分区可能产生的水土流失量汇总表

从表4知，本项目施工期(含施工准备期)及自然恢复期内预测水土流失总量为151270t，其中新增水土流失总量为146397t，主体工程区新增水土流失量为80603t，占新增总量的55.06%，主要原因是工程线路长，扰动地表面积较大，是工程新增水土流失的主要流失区域；其次土壤流失占比较高的区域为弃渣场区域，占比为21.61%，弃渣场是工程废弃物和生产生活废物的排放地，不仅水土流失程度较高，该范围内环境也比较糟糕；主体工程区和弃渣场区总水土流失量占比可接近80%，可见这两个防治分区是本工程的重点防治和监测区域流失区域依次为道路区、料场区、临时堆场区和生产生活区，这些区域水土流失情况相对较乐观[10-12]。施工期是水土流失最主要的时段，占总流失量的97%，自然恢复期水土流失量相对减小，主要原因是各项水土保持措施已逐步发挥作用。

4 结论与建议

4.1 结论

1)本项目扰动原地貌的土地面积共500.79hm2，其中施工损坏的水土保持设施面积为112.06hm2。

3)新增水土流失量主要来源于主体工程区，占新增总量的55.06%，主要是由于工程扰动地表面积及侵蚀模数较大，应作为工程水土流失重点防治和监测对象，其次是弃渣场区、施工道路区、土料场区、临时堆场区及施工生产生活区，也应进行重点监测。

4.2 建议

结合主体工程施工进度安排，从预防水土流失、保护生态环境的角度出发，提出以下3点建议：

1)云浮市的郁南县、云安区及肇庆市的德庆县属于广东省水土流失重点治理区，工程施工要做到“文明施工”，加强对施工人员的管理教育，减轻对项目区生态环境的破坏。

2)工程土石方转运工程量大，建议进一步优化施工工序，做好各施工工序的搭接，避免无序施工，造成二次水土流失；加强土石方工程施工期水土保持工作，确保项目建设与水土保持协调进行；加强弃渣场区的水土流失防治力度，控制关键区域的水土流失。

3)工程施工期间，临时措施是主要防治手段，这些措施需和主体工程建设同步进行；防护强度周期性变化，以雨季为重点加强时段，预防实施时段与施工周期相同；工程实施后期应该加入植物防治措施；对于主体施工时间，应该注重气象预报，及时调整施工进度，尽量减少雨季和大风季节施工的次数。