黑水河河道防洪治理水土流失預測

陳 亮

（北票市基層水利管理總站，遼寧 北票 122100）

河道水土流失綜合整治是流域生態文明建設的重要一環，通過河道治理的水土保持工程，能有效發揮河道的防洪作用，保護沿河流域的生態系統，防止河道治理后的次生災害發生[1]。河道治理需要系統編制水土保持方案，而水土流失預測則是其重點和難點。準確的水土流失預測對指導水利工程項目的水土流失防治與后續監測具有重要意義[2]。本次河道綜合整治工程位于遼寧省葫蘆島市綏中縣黑河新房子至平臺子村段，該段河道干流長11 km，工程建設的主要內容包括河道清淤、堤防及護岸加固、水土生態保護建設。該工程位于遼西低山丘陵省級水土流失重點治理區[3]，因此本文以水土流失防治二級標準來進行水土流失預測。工程完工后，綏中縣綜合防洪體系將得到總體改善。

1 水土流失預測范圍及預測時段

1.1 預測范圍

本工程的河道清淤工作是在原河床上進行淤泥開挖，開挖料被用于填筑或土方回填，不存在水保設施破壞和植被破壞，所以不需要防護措施，而主要的建設區為護岸工程區、臨時堆土區、臨時路及臨時料場區。因此，根據主體工程布局及項目生產特點，結合工程建設新增水土流失形式和侵蝕強度分析，將本項目的水土流失防治區分為4 個防治區，分別是護岸工程防治區、臨時堆土防治區、臨時施工道路防治區、臨時料場防治區。本文的水土流失預測也將從這4個單元展開。

1.2 預測時段

本文的預測時段按照工程進度及后續影響，分為施工期和自然恢復期。其中，施工期因為擾動強、范圍廣，水土流失比較嚴重，是水土流失預測的重點時段；預測時段按最不利的情況考慮，以工程總工期為8個月的雨季長度計算。自然恢復期由于各項工程結束后，除岸坡防護外，其余區域均為裸露面，而這些區域在不采取任何防護措施的情況下，自然形成穩定的土壤結皮或恢復植被仍需一段時間；根據項目區的水文、氣象、土壤等自然狀況，將自然恢復期預測時段確定為2 a。水土流失的預測單元和時段，詳見表1。

表1 水土流失的預測單元和時段

2 土壤侵蝕模數確定

本工程水土流失主要受降雨影響，表現為水蝕特征，因此本文的水土流失預測主要圍繞水蝕預測[4]；此外，依據區域地形地貌條件，需要選擇不同的經驗公式及參數取值[5，6]。本文的土壤侵蝕模數分擾動前、施工期和自然恢復期3個時段確定。

2.1 擾動前的土壤侵蝕模數

通過現場勘查后發現，項目水土流失預測單元在擾動前占地類型為河灘地，岸坎植被蓋度為30%，臨時施工道路及料場區植被蓋度為10%；結合遼寧省水土保持局與遼寧省水土保持研究所關于“遼寧省土壤侵蝕定量研究”的成果[7]，確定了土壤侵蝕模數的計算模型和參數取值，具體計算結果詳見表2。

表2 擾動前各預測單元土壤侵蝕模數

2.2 施工期的土壤侵蝕模數

本項目在開工建設時期，將導致自然環境遭受擾動破壞，原有的水土保持設施遭到不同程度損壞，土壤侵蝕模數將迅速增加。對于施工期的土壤侵蝕模數預測一般采用經驗公式法，基于本預測對象的坡面覆土為1.44 萬m3、堆放面積為1.2 hm2，土壤侵蝕模數的計算模型、參數取值和計算結果詳見表3。

表3 施工期各預測單元土壤侵蝕模數

2.3 自然恢復期的土壤侵蝕模數

工程結束后，河道護岸邊坡基本被硬化和植物防護，水土流失不會產生，而項目建設期的臨時施工道路和料場區平整后會自然形成穩定的土壤結皮，因此該區域的植被恢復仍需一段時間。綜合項目區的自然氣候條件，按照植被恢復期2 a 考慮，其中第1 年按施工期土壤侵蝕模數新增部分的0.7 倍與擾動前土壤侵蝕模數之和考慮，第2 年按新增土壤侵蝕模數的0.3 倍與原侵蝕模數之和考慮。自然恢復期各預測單元土壤侵蝕模數，詳見表4。

表4 自然恢復期各預測單元土壤侵蝕模數

3 水土流失預測

3.1 預測方法

水土流失預測以項目區確定的3 個時段的土壤侵蝕模數為基數，根據項目區原有地形地貌、植被狀況等特點，采用經驗公式與現場勘查相結合的方法[8]，統計項目在全過程建設生產中產生的水土流失量。具體的水土流失量計算公式如下：

式中：W為土壤流失量（t）；ΔW為新增土壤流失量（t）；Fji為某時段某單元的預測面積（km2）；Mji為某時段某單元的土壤侵蝕模數[（t/（km2·a）]；ΔMji為某時段某單元的新增土壤侵蝕模數[（t/（km2·a）]，只計正值，負值按0計；Tji為某時段某單元的預測時間（a）；i為預測單元（i＝1，2，3，…，n）；j為預測時段（j＝1，2，3，指施工準備期、施工期和自然恢復期）。

3.2 水土流失量計算

一般情況下，原生地貌存在一定的水土流失量，但在人為活動影響下區域的水土流失量將大大增加，如果不采取及時有效的水土保持措施，項目所產生的水土流失將對生態環境產生不可逆轉的損傷[9]。本文計算了項目擾動前的原生地貌水土流失量為148.84 t，詳見表5?；谇拔挠嬎愕玫降耐寥狼治g模數，可以發現在項目施工期，如果不進行有效的水土保持工作，預測單元總的水土流失量將達到223.26 t，較自然狀態下新增74.42 t，詳見表6。

表5 擾動前原生地貌水土流失量計算結果

表6 施工期水土流失量計算結果

工程建成后，護岸區邊坡已經得到防護，不需要對護岸工程防治區恢復期的水土流失進行計算。這里，僅對總面積為4.58 hm2的臨時堆土防治區、臨時施工道路防治區和臨時料場防治區在項目結束后自然恢復期2 a 的水土流失量進行計算，結果詳見表7—8。

表7 自然恢復期第1年水土流失量計算結果

表8 自然恢復期第2年水土流失量計算結果

水土流失總量及新增水土流失量計算結果，詳見表9。由表9可知，項目施工期內在無水土保持防護措施的前提下，地表擾動區內可能產生水土流失量為223.26 t，自然恢復期可能產生的水土流失量為148.43 t。綜上，預測時段內水土流失總量為371.69 t，因工程施工將擾動地貌新增水土流失量為201.34 t。

表9 水土流失總量及新增水土流失量計算結果t

3.3 水土保持

在工程施工前應對水土影響區域進行一次全面的監測評估，以建立本底數據庫。施工期要進行定期的水土保持監測，每季度監測1 次。在工程的具體施工期，清淤河道的砂石料直接用于岸邊填筑，則不需臨時防護。因為有大量的覆土要用于生態護坡，需要臨時堆放在坡腳處，所以為了防止土方隨風揚塵和產生侵蝕，需在其表面覆蓋密目防塵網進行臨時遮蓋?？亢影兑粋鹊呐R時堆土，要使用編織袋裝土進行臨時攔擋，以防止砂礫料或土方流失。該處的臨時堆放土料要及時使用，待岸坡覆土后及時種植生態苗木，并對堆放場地及時平整和壓實。臨時施工道路在施工期會遭受工程車輛的壓實，其間需要間段灑水避免揚塵，待施工結束后進行土地整平和生態綠化。項目結束后要對區域地貌恢復原樣，及時對裸地進行綠化，并對項目區進行為期2 a的水土保持監測，及時對修復未達到標準的區域重新進行水土保持處理。

4 結語

本文依據區域相關研究，在確立土壤侵蝕模數的基礎上，預測了河道防洪治理工程在施工范圍及相應時段的水土流失量。利用水土流失的預測結果，可以從影響項目區及其周邊生態環境和主體工程自身安全角度出發，對可能出現的水土流失危害進行分析評價，并在開發建設過程中大力實施水土保持措施，減少建設區范圍內地表遭受的破壞程度。盡管工程將使局部地貌發生較大變化，但工程完工后，隨著水土保持措施作用的發揮及河內灘地植被的自然恢復，水土流失對生態環境產生的影響會基本得到恢復，土壤入滲增加，地表徑流減少，土壤侵蝕減輕，土地生產力得到恢復和發展，土地利用結構得到改善。此次基于水土流失預測的水土保持措施實施，將使項目區在獲得良好經濟效益的同時，獲得更好的生態效益和社會效益。