水土保持监测中土壤流失量测算实例

刘 翔

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518003)

1 工程背景

某燃气管线项目位于深圳市南山区，建设项目主要为管线、附属设施、输气场站、穿越工程等，预计施工期为5个月，管线长23.76km，总占地面积28.89hm2，其中包括0.8hm2的永久性占地和28.09hm2的临时占地，分别用于输气场站改造、附属设施以及管道敷设、穿越工程、施工生产区及进场道路等的线路工程、输气场站工程等用途。工程土方开挖回填量共为18.74×104m3，其中填方量、挖方量和弃方量分别为9.21×104m3、8.95×104m3和0.58×104m3，所产生的弃方量统一运输至就近的弃土场堆放。工程区为所在区域市级水土流失重点防治区，水力微度侵蚀是其主要的土壤侵蚀形式，区域允许土壤流失量为200t/(km2·a)，原地貌土壤侵蚀模数均值为150t/(km2·a)。

2 土壤流失量测算方法

2.1 开挖面土壤流失量测算

文章主要进行该燃气管线工程施工期间及工程建设结束后植被恢复期内水土流失量预测，故采用《生产建设项目土壤流失量测算导则》(SL733-2018)中受到水力影响的地表扰动及土壤流失量测算公式[1]：

Mkw=RGkwLkwSkwA

(1)

式中：Mkw为燃气管线工程开挖面所对应计算单元的土壤流失量，t；R为降雨侵蚀因子，MJ·mm/(hm2·h)，考虑到工程区年降雨量均值为596.4mm，年降雨量侵蚀因子取2084.65 MJ·mm/(hm2·h)；Gkw为燃气管线工程开挖面土质因子((t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm))，根据式(2)进行计算；Lkw为燃气管线工程开挖面坡长因子，为无量纲量，根据式(3)计算；Skw燃气管线工程开挖面坡度因子，为无量纲量，根据式(4)计算；A为燃气管线工程所对应计算单元面积(hm2)，根据式(5)确定。

(2)

Lkw=(λ/5)0.57

(3)

Skw=0.8sinθ+0.38

(4)

A=10-4ωλxcosθ

(5)

式中：SIL为粒径0.002-0.05mm的粉粒含量，根据地勘资料，取0.35；CLA为粒径在0.002mm以下的黏粒含量，根据地勘资料，取0.35；ρ为土壤密度，g/cm3；λ为工程水土保持监测中土壤流失量测算单元水平投影坡长度，m；θ为水土保持监测中土壤流失量计算单元坡度，°；ω为土壤流失量测算单元实际宽度，m；λx为土壤流失量测算单元斜坡长，m。

2.2 堆土区土壤流失量测算

根据SL733-2018，工程项目挖方所造成的临时堆土区土壤流失量[2]应按下式确定：

Mdw=XRGdwLdwSdwA

(6)

式中：Mdw为临时堆土区土壤流失量，t；X为临时堆土区堆积体形态因子，为无量纲量；Gdw为堆土区土石质因子，t·hm2·h/hm2·MJ·mm；Ldw为堆土区坡长因子，为无量纲量；Sdw为堆土区坡度因子，无量纲量；其余参数含义同前。

3 基于不同时期的土壤流失量测算

通过地面定位观测法进行该工程区土质开挖面、土石混合坡面、小粒径石砾堆坡面水土流失量测算。具体而言，应针对所选定的坡面量测其坡度、坡长、土体属性，并在坡面上进行样方布设，测定冲沟沟长以及沟顶底宽、沟深等参数，根据所测算出的侵蚀沟体积，进而估算水土流失量。

3.1 施工扰动期土壤流失量

监测结果表明，站场区施工扰动面在施工机械及人员活动的影响下，土壤出现较为严重的板结，但是侵蚀沟只在施工区域边缘局部存在。站场区临时堆土的位置因挖填方活动较为频繁而基本上处于回填、覆盖状态；站场开挖边坡侵蚀沟也不明显。根据对两处站场施工扰动面、一处开挖边坡及一处临时堆土坡面的监测及计算，得到站场区施工扰动、临时堆土坡面及开挖边坡所造成的土壤侵蚀模数分别为1610t/(km2·a)、3518 t/(km2·a)及2750 t/(km2·a)。

为进行管线区水土保持监测，分别在施工扰动面、施工区域、临时堆土坡面、管线开挖边坡等处各设置2处监测点。根据所取得的监测资料，可以确定出管线区施工扰动面、临时堆土坡面及开挖坡面土壤侵蚀模数分别为1600 t/(km2·a)、3540 t/(km2·a)和2260 t/(km2·a)。

在穿越工程区施工扰动面、临时堆土坡面及开挖坡面分别设置1处监测点，在对以上所设置的监测点监测资料分析计算的基础上，得出穿越工程区施工扰动面、临时堆土坡面、开挖边坡所对应的土壤侵蚀模数分别为1640 t/(km2·a)、4970 t/(km2·a)和1920 t/(km2·a)。

阀室区因占地面积小，土方挖填方量与其余工程相比也较小，占地类型以及对项目区的扰动程度基本与管线工程吻合，其施工期间所产生的土壤侵蚀量也与管线区大致一致，即阀室区施工扰动面、临时堆土坡面及开挖边坡土壤侵蚀模数分别为1600t/(km2·a)、3540t/(km2·a)和2260t/(km2·a)。

3.2 植被恢复期土壤流失量

施工结束后进入植被恢复期，该阶段不会产生新的地表扰动，主要面临的问题是部分地表仍处于裸露状态，并未及时复耕和绿化，可观测到的冲沟范围较小，且深度不超出0.5cm。结合测算结果，该时期裸露地表所对应的土壤侵蚀模数为1000t/(km2·a)。复耕区在采取植被覆盖等处理后因植株小、尚无法充分发挥水土保持效益，故土壤侵蚀模数仅降至280 t/(km2·a)，待植株长成并达到一定规模后林下植被覆盖率将显著提升，土壤侵蚀程度也将随之减小，土壤侵蚀模数将降至180t/(km2·a)。

4 基于扰动类型的土壤流失量测算

结合水土保持监测实际需要，基于对该工程区水土流失情况的实地勘测，扰动类型相同情况下的土壤流失特点及流失量大致一致，而扰动类型不同时的土壤流失量明显不同，为此，必须根据扰动类型进行工程区土壤流失量测算区域划分。一般可以按照地表扰动对水土流失的影响程度将扰动类型划分为有危害扰动和无危害扰动两种，进而根据具体的扰动程度及侵蚀特征再进一步细分。此外，还可以基于水土保持视角进行划分，该燃气管线工程施工对区域地表扰动主要集中在开挖面、施工面及堆土场等处，结合监测结果，堆土场堆土高度均不超出4m，属于Ⅰ类扰动；开挖面则集中在管线穿越所涉及的大面积开挖区域及丘陵段边坡开挖区域，此类开挖面边坡一般在25°以上，属于Ⅱ类扰动；场站及管线等作业面则位于地势平缓区，全线扰动程度大致一致，可全部化归为Ⅲ类扰动。场站管槽以及管线开挖施工地区虽然存在面扰动，但是其所产生的水土流失并不影响管槽外相关区域，属于无危害扰动，故将其归属为Ⅴ类扰动[3]。

经分析表明，堆土场扰动面积及所造成的土壤流失量最大，在工程总水土流失量中占比48.58%，第二为场站及管线等作业面扰动，其对应的土壤流失量占比43.47%，第三为开挖面、施工面及堆土场等处施工扰动，所造成的土壤流失量占比7.95%。具体情况见表1。

表1 基于扰动类型的土壤流失量测算结果

5 结 论

综上所述，对于燃气管线工程而言，管沟开挖及土方临时堆放是工程建设的主要内容，为此必须将水土保持监测中土壤流失量测算重点放在管沟开挖施工、临时堆土等区域和时段。随着管线开挖的结束及临时堆土的回填，工程区内土壤扰动量和流失量整体呈降低趋势，并随着管沟回填、场地平整及复耕绿化措施的实施，工程区土壤流失量将不断减少。可以说，与燃气管线工程类似的输水、输油管道等工程土壤侵蚀均具有较为一致的特点，为此，必须将水土保持监测重点放在开工初期及施工期内，加强临时堆土拦挡、防排水等措施的应用，在工后植被恢复期内应严格按照相关规范加强复耕和植被恢复。