王淑虹,周寶華,楊 廣

(1.新疆兵團勘測設計院集團股份有限公司,新疆 石河子 832000;2.新疆兵團勘測設計院集團股份有限公司,新疆 烏魯木齊 830000;3.石河子大學水利建筑工程學院,新疆 石河子 832003)

1 工程概況

西安市某輸水總干渠復線工程位于西安市東南約 68 km的藍田縣境內(nèi),是西安市李家河水庫引水系統(tǒng)的重要組成部分。本工程的實施,能夠使總干渠得到充分維護及檢修;能夠保障下游69.6萬人的居民生活供水、188億元工業(yè)增加值的工業(yè)生產(chǎn)用水安全的需要;能夠提高供水保證率,改善水質是提高供水保證率的需要;能夠保障李家河水庫正常運行提高秦嶺山區(qū)地表水的利用,是充分利用秦嶺資源的需要。

工程建設內(nèi)容由節(jié)制引水閘、輸水隧洞、渡槽、箱涵連接段、末端匯流池、工程管理站組成。其中節(jié)制引水閘包括節(jié)制閘1孔,引水閘1孔;輸水隧洞長5.42 km;渡槽5座,總長為1.365 km;箱涵共7段,總長0.925 km;匯流池1座;工程管理站1處。工程規(guī)模為中型,工程等別為Ⅲ等,隧洞、渡槽、箱涵、節(jié)制引水閘、匯流池等建筑物級別為 3 級,次要建筑物為4級,臨時建筑物為5級。

工程所在地權屬為藍田縣,占地共計23.18 hm2,其中永久占地2.15 hm2,臨時占地 21.04 hm2。從占地類型統(tǒng)計,林地 15.24 hm2,耕地 4.37 hm2,其他土地1.43 hm2。由于項目區(qū)現(xiàn)狀土地大部分為林地(其他林地)及少量耕地(旱地),本工程建設無法避讓此地類,對臨時占用耕地 4.37 hm2的范圍的土地進行復墾,對占用林地 15.24 hm2范圍的土地做好水土流失及恢復工作,使其在施工結束后基本可恢復原有生態(tài)。

工程土石方開挖總計40.09萬 m3(表土剝離 4.04萬 m3),填方總計25.16萬 m3(表土回覆 4.04萬 m3),無外借方,棄方14.93萬 m3。棄渣均運至指定消納場堆存,后期進行綜合利用,已取得藍田縣政府部門同意。本工程填筑料采用開挖料,石料及砼骨料均采用商品砂礫石料,不再新增料場。

工程區(qū)交通道路網(wǎng)較為發(fā)達,施工期可直接利用現(xiàn)狀通村公路,結合現(xiàn)狀道路,修建 7 條臨時施工道路,長度 8.785 km,路面寬 6 m,碎石路面,占地面積15.80 hm2。

工程區(qū)內(nèi)無居住人口、房屋,無拆遷安置,不涉及專向設施改建。

2 區(qū)域水土流失現(xiàn)狀與成因分析

2.1 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)《西安市水土保持規(guī)劃(2016-2030年)》,項目區(qū)屬于西安市預防水土流失的重點區(qū)域,項目區(qū)所屬藍田縣的水土流失類型為水力侵蝕,水土流失嚴重程度較低。根據(jù)2020年陜西省水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)成果顯示,藍田縣水土流失總面積為269.30 km2,藍田縣水土流失總面積中197.18 km2土地為輕度侵蝕,占藍田縣土地總面積的73.21%,48.30 km2土地為中度侵蝕,占藍田縣土地總面積的17.94%。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》 (SL190-2017),項目區(qū)容許流失量為1 000 t/km2·a,根據(jù)《西安市水土保持土壤侵蝕圖》 等資料,項目區(qū)土壤侵蝕模數(shù)為1 527 t/km2·a。

2.2 水土流失成因

2.2.1 自然因素分析

項目區(qū)位于秦嶺北麓,地貌類型為秦嶺山地 沿線地形呈波狀起伏,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,多年平均降雨量 833.33 mm 年蒸發(fā)量為610.3 mm,全年主導風向為西北風,年平均風速 1.6 m/s,年均最大風速為 26 m/s。水土流失以水力侵蝕為主,沿線地帶性土壤以褐土和黃綿土為主植被屬暖溫帶落葉,主要栽植的樹種油松、華山松、山楊、柳樹,主要草類植物有白茅草、燕麥、白蒿。項目區(qū)水蝕對地表土壤顆粒進行分解、沖刷和搬運,易造成嚴重水土流失現(xiàn)象,尤其是地表植被破壞后,對土壤的保護作用消失,將加劇水土流失。

2.2.2 工程施工影響因素分析

項目區(qū)產(chǎn)生水土流失的時段主要發(fā)生在建設期,主要包括場地、道路、輸水工程等的開挖、填筑、堆墊等施工活動。工程建設由于對原有地形、地貌的不同程度改變,對原有地表、植被的擾動或破壞,可能會降低項目區(qū)內(nèi)的水土保持功能,在一定時間內(nèi)造成新的水土流失。

3 土壤流失預測的內(nèi)容和方法

3.1 預測單元及預測時段

3.1.1 預測單元

根據(jù)主體工程總體布局及項目特點,結合現(xiàn)場踏勘與實地調(diào)查,本工程預測單元包括節(jié)制引水閘、隧洞工程、渡槽工程、箱涵工程、匯流池、工程管理站、臨時施工道路、施工平臺區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū),共計9個預測單元。

3.1.2 預測時段

本工程為建設類項目,根據(jù)本工程項目特點、施工方法和施工輪廓進度,根據(jù)對造成水土流失要素的分析,選擇施工期(包括施工準備階段)和自然恢復期作為水土流失的預測期。由于工程建設相對集中,根據(jù)主體工程的施工進度安排,施工期預測時段按 3 a計算。項目所在地屬于溫帶半濕潤大陸性季風氣候,確定項目自然恢復階段水土流失預測時段為 3 a。

3.2 預測方法

水土流失預測針對不同的預測內(nèi)容采用不同的方法進行預測,本工程分別采用資料統(tǒng)計法和類比計算法。

3.2.1 原地貌、土地及植被破壞情況預測

對工程建設施工中挖掘、壓占土地、林草植被破壞的類型、數(shù)量、程度和面積進行分類和統(tǒng)計。這些分析主要是基于主體工程的設計數(shù)據(jù),以及現(xiàn)場調(diào)查和對自然資源專業(yè)地圖的全面分析。

3.2.2 棄土、棄渣量的預測

利用實施方案數(shù)據(jù)對廢渣量和開挖量、回填量之間的相關性進行統(tǒng)計分析,確定每個項目區(qū)的棄渣量、臨時和永久廢土的數(shù)量。各區(qū)域廢土和廢渣量的調(diào)配方案可根據(jù)現(xiàn)場勘察情況確定,推算出可產(chǎn)生的棄渣量,堆放方式和占地面積。

3.2.3 損壞水土保持設施的數(shù)量和面積預測

采用收集相關數(shù)據(jù)并結合實地調(diào)查的方式,對整個項目建設過程中破壞的水土保持設施的面積和數(shù)量進行計算,并列表分別記錄。

3.2.4 可能造成土壤流失量預測

以下兩方面是導致水土流失的主要原因:一是原有植被因受到地表擾動而被破壞,水土保持功能虧損或喪失,導致加速侵蝕區(qū)的出現(xiàn)使水土流失量增加;二是堆放和傾倒棄渣帶來的水土流失量增加;因此,應分時段、分區(qū)進行對水土流失量進行預測。通過類比工程分析確定計算參數(shù),利用經(jīng)驗公式法進行。

3.3 預測參數(shù)取值

3.3.1 土壤侵蝕背景值的確定

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190-2017),結合項目區(qū)所在地的土壤植被、地形地貌情況以及“全國第二次土壤侵蝕普查”結果進行分析確定,項目區(qū)位于西北黃土高原區(qū),侵蝕強度為輕度,土壤侵蝕模數(shù)背景值為 1 527 t/km2·a,土壤容許流失量為 1 000 t/km2·a。

3.3.2 擾動后侵蝕模數(shù)的確定

經(jīng)現(xiàn)場踏堪與調(diào)查分析,與本工程相似的《西安市引藍濟李引水工程水土保持方案報告書》已完成了水土保持驗收工作。本項目工程建設過程中的損壞、水土流失狀況和自然條件等可能造成水土流失的原因、程度和影響與西安市輞川河引水李家河水庫工程引水工程相似。因此,本項目建設期選擇該工程作為類比工程,擾動后的侵蝕模數(shù)參照《西安市引藍濟李引水工程水土保持監(jiān)測總結報告》中的數(shù)據(jù)。經(jīng)過類比工程確定本工程擾動后土壤侵蝕模數(shù)為 4 000 t/km2·a。

3.3.3 可能造成的水土流失危害預測

對以下可能造成水土流失危害的因素,通過實地堪察、查閱設計圖紙和當?shù)貧庀筚Y料等方式進行預測:

(1)擾動原地貌、破壞地表植被造成新增水土流失。

(2)當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展因破壞林草地和耕地而產(chǎn)生影響。

(3)對主體工程安全的影響。

(4)減輕自然災害的預測。

4 預測結果

4.1 可能造成的新增水土流失量

在整個建設階段(包括施工期和自然恢復階段),對項目區(qū)域的各個分區(qū)進行了水土流失預測。利用土壤侵蝕量預測模型計算了本項目建設期間不同區(qū)域和時間的土壤流失量。在建筑階段(包括自然恢復階段),發(fā)生擾動水土流失總量為 2 882 t,新增水土流失量為1 383 t。臨時施工道路區(qū)和施工平臺區(qū)都是項目水土保持方案處理和監(jiān)測的關鍵部位,其新增流失量較大。新增損失中856 t在臨時施工道路區(qū)域,占項目總新增損失的61.16%;新增損失中195 t在施工平臺區(qū)域,占項目總新增損失的13.93%。擾動原地貌水土流失量的預測結果見表1。

4.2 水土流失危害預測

如果在本項目建設時沒有采取足夠的安全防范措施,原址的水土流失可能會惡化,導致水土流失,危害當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng),損害環(huán)境容量。

項目的主要環(huán)境影響是施工過程中的臨時堆土和基礎開挖階段,會產(chǎn)生嚴重的地面擾動,改變和破壞當?shù)氐闹脖缓屯寥澜Y構,并不同程度地破壞了該地區(qū)原有的水土保持基礎設施。由于施工過程產(chǎn)生的地面擾動而造成的松散堆積體和裸露地表,削弱了土地原有的土壤固結和抗侵蝕能力,這反而加速了水土流失。

需要采取有效的水土保持防護措施來預防和控制重大的水土流失,以防對當?shù)氐纳a(chǎn)、正常的建設和該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

因此,在項目建設過程中,如果方案設計中的臨時擋土措施和水土保持植物措施及臨時擋護措施能夠與主體工程措施同步設計、同步施工、同步竣工驗收、同步投產(chǎn)使用,可以有效防護項目建設造成的裸露土壤、填挖、堆積土等地貌,控制新增水土流失,減少環(huán)境污染和水土流失,促進生產(chǎn)效益和環(huán)境效益同步發(fā)展。

表1 工程建設期間擾動原地貌新增水土流失量預測表

5 防治對策及建議

5.1 對水土流失防治的指導性意見

根據(jù)預測結果,臨時施工道路區(qū)、施工平臺周圍的區(qū)域是大量發(fā)生新增水土流失的區(qū)域。在規(guī)劃水土保持措施時,應首先考慮這兩個區(qū)域。在布置具體措施時,應根據(jù)危害情況和區(qū)域條件制定有效的防治方案,并根據(jù)各種工程的生產(chǎn)和施工區(qū)域、施工工藝、時間、特點、季節(jié)等因素來制定。在臨時道路區(qū)域施工期間,應限制車輛通行,避免多余擾動;對于其他水土流失不明顯的區(qū)域,也應制定有針對性的防治計劃,并制定相應的防治措施,以減少施工過程中的水土流失量。

根據(jù)氣候和地形特征,水力侵蝕是項目區(qū)的主要土壤侵蝕類型。為了建立一個綜合防治體系,應結合工程性質和施工特點,周密安排水土保持措施,使工程措施、植物措施和臨時措施能產(chǎn)生有機結合,以及點、線和表面管理的有機結合。根據(jù)現(xiàn)場的特點、附近的地形和植被狀況,應采取適當?shù)墓こ檀胧┖椭参锎胧?/p>

5.2 對施工進度安排的指導性意見

各施工區(qū)域要按照《中華人民共和國水土保持法》和 "三同時 "制度的有關規(guī)定,對所有水土保持工程和主體工程的建設進行同步管理,落實水土保持措施,最終保證水土保持工程與主體工程同期驗收。為了有效減少擾動面積,加快施工進程,應合理的在建設過程中對施工場地進行施工組織設計。應盡量避免在暴雨和大風期間進行場地平整和路基邊坡填筑施工等施工活動,并加強應急預防措施。永久性工程措施如截排水溝、護坡等應盡量提前施工。

根據(jù)水土流失的預期結果,施工階段是嚴重的新增水土流失的時期。為了減少建筑期間強水土流失的時間,應該緊湊地制定施工時間表。如果在主體工程建設前平整場地,應立即對剝離表土形成的臨時堆土場實施臨時擋護措施,不應拖延;可能的話,地基開挖應在雨季之外進行;盡管如此,在不可行的情況下,應加強覆蓋和遮擋等臨時防護措施;建議在主體工程建設時,在其他非施工區(qū)域種植和養(yǎng)護植物。根據(jù)主體工程施工進度的安排,植物措施須分階段、分批次進行。此外,可以考慮主體工程和防治措施一起進行。例如,基礎土方回填后,可立即進行土地整治。同時,在臨時施工道路附近,需要加強排水和攔擋的預防措施。根據(jù)主體工程的建設進度,各施工區(qū)域的水土保持防控措施要及時分期、分批落實到位。

本期工程在建設中應采取相應的攔擋措施,并在主體工程防護措施基礎上,進一步完善植物和雨季臨時防護措施,使其形成一個全面、完整、行之有效的水土流失防治體系。

5.3 對水土保持監(jiān)測的指導性意見

不同的施工區(qū)域,水土流失的程度和特點也不盡相同,因此,對于不同的水土流失區(qū)域,針對性的水土保持監(jiān)測也是必要的。每個區(qū)域的監(jiān)測內(nèi)容應全面、完整,監(jiān)測點的設置要有戰(zhàn)略性,有代表性,要能準確把握每個施工區(qū)域的水土流失特征。施工期是整個項目水土保持監(jiān)測的重要時期,施工平臺區(qū)和臨時施工道路則是重點監(jiān)測區(qū)域。跟蹤和預測水土流失動態(tài),了解項目建設帶來的水土流失的發(fā)展展和變化規(guī)律,考慮對周圍生態(tài)系統(tǒng)的影響,了解在建設階段造成水土流失的主要變量以及對環(huán)境的影響程度,以便及時采取措施或調(diào)整措施有效控制水土流失。