水库工程水土流失预测及危害分析

刘军 梁文娟

摘 要：水库建设具有占地范围广、扰动土地面积大、地形地貌复杂和水土流失危害大等特点。本文以毕节市七星关区某水库工程为例，通过对工程项目水土流失强度、水土流失量的分析和预测，及时对施工进度安排、防治措施布置及水土保持监测提出指导意见，确保各项水土保持措施正常发挥作用，最大限度地减少水土流失、降低项目建设给区域环境带来的负面影响。

关键词：水库工程;水土流失;侵蚀模数;危害分析

中图分类号：S157文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）09-0098-03

Abstract： Reservoir construction has the characteristics of wide land occupation， large disturbed land area， complex topography and high damage to soil and water loss. In this paper， taking a reservoir project in Qixingguan District of Bijie City as an example， through the analysis and prediction of the intensity and amount of water and soil loss of the engineering project， timely guidance on the construction schedule， the arrangement of prevention measures and the monitoring of water and soil conservation were put forward， so as to ensure the normal functioning of various water and soil conservation measures， minimize soil erosion and reduce the negative impact of project construction on the regional environment.

Keywords： reservoir project;soil erosion;erosion modulus;hazard analysis

某水库位于毕节市七星关区放珠镇木桶沟村境内，水库坝址以上集水面积为15.3 km2，水库正常蓄水位为1 495.00 m，总库容为139万m3。工程规校为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，水库枢纽工程由混凝土面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、取水兼导流隧洞等组成。

1 工程所在地水土流失现状

该水库工程位于中亚热带常绿阔叶林亚带—贵州高原湿润性常绿阔叶林地带—黔西北高原山地常绿栎林、云南松林、漆树及核桃林小区，林草覆盖率达到42.2%。

项目所在地属于乌江与赤水河上游的国家级水土流失重点治理区，项目区土壤类型主要有黄壤和石灰土等;项目区水土流失类型以水力侵蚀为主，侵蚀强度为轻度;项目区位于水力侵蚀一级类型区中的黔西高原山地轻、中度侵蚀区，平均土壤侵蚀模数为1 236 t/（km2·a），项目区容许侵蚀模数为500 t/（km2·a）。

2 扰动地表预测

通过查阅生产建设项目技术资料，经本方案复核，本工程项目建设区占地面积为37.27 hm2。结合工程施工布置与工艺，调查人员采用设计图纸实地调查和勾绘，本工程扰动地表面积为29.42 hm2，未扰动地表面积（水库淹没区）为7.85 hm2。各建设区征占地及扰动地表情况如表1所示。

3 土壤流失量预测

3.1 预测单元

根据项目建设区布局、扰动地表时段、扰动形式、扰动强度和水土流失特点等，项目划被分为13个预测单元：大坝枢纽工程区、导流工程区、管道及泵站区、枢纽区施工场地及营地区、枢纽区砂石料加工及拌合系统、输水工程施工场地及营地区、永久公路区、坝区临时道路区、输水工程临时道路区、石料场区、土料场区、弃渣场区、水库淹没区。

3.2 预测时段

根据《生产建设项目水土保持技术标准》（GB 50433—2018），结合项目建设区和影响区的特点，本项目预测时段分为施工期（含施工准备期）和自然恢复期，预测时段按最不利的情况考虑，超过雨季（5—10月）长度的按一年计算，不超过雨季长度的按占雨季长度的比例计算[1]。

3.3 土壤侵蚀模数

通过对项目建设区进行详细调查，调查人员以1∶1 000的地形图作为工作底图，现场勾绘图斑，填写调查因子表，结合技术资料对水土流失因子进行详细分析[2]，并参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190—2007）的土壤侵蚀强度分级标准和面蚀分级指标，在对项目区各地块水土流失强度进行划分的基础上，确定不同地块的侵蚀模数背景值[3-4]。

经现场调查和统计，项目区年均水土流失总量为36.36 t，平均土壤侵蚀模数为1 236 t/（km2·a），其属于轻度水土流失区。

3.4 预测结果

对于扰动地表产生的土壤流失量，本研究采用侵蚀模数法进行预测[5]。预测公式如下：

式中，[W]為土壤流失量，t;[j]为预测时段，[j]=1，2，即指施工期（含施工准备期）和自然恢复期两个时段;[i]为预测单元，[i]=1，2，3…，[n]-1，[n];[Fji]为第[j]预测时段、第[i]预测单元的面积，km2;[Mji]为第[j]预测时段、第[i]预测单元的土壤侵蚀模数，t/（km2·a）;[Tji]为第[j]预测时段、第[i]预测单元的预测时段长，a。

针对主体工程布置、施工组织及施工工艺设计，根据地表裸露及弃土弃渣的水土流失特点，结合自然地理状况及分析过程，本研究得出以下预测结果。

3.4.1 施工准备及施工期。工程施工准备期及施工期加速侵蚀面积为29.42 hm2，原地表水土流失量为439.12 t，预测期水土流失量为2 053.73 t，新增水土流失量为1 614.61 t。

3.4.2 自然恢复期。自然恢复期水土流失面积为8.79 hm2，原地表水土流失量为243.51 t，预测期水土流失量为391.25 t，新增水土流失量为147.74 t。

本工程建设可能造成的水土流失总量为2 444.98 t，新增水土流失量为1 762.35 t。

4 水土流失危害分析

本项目新增水土流失的原因主要是工程建设过程中，地表开挖扰动，弃土弃渣在外营力作用下发生加速侵蚀现象，新增水土流失量集中产生于项目建设区。水土流失危害主要表现在以下几个方面。

4.1 大坝枢纽区与导流工程区

大坝枢纽施工扰动原地表，破坏了原有的水土保持功能，场地在外营力的作用下发生加速侵蚀[6]，若不采取防护措施，扰动后的地表被降雨和地表径流冲刷，将会造成一定水土流失;坝肩土石方开挖量较大，如不及时清运至弃渣场，在地面径流的作用下，临时弃渣中的泥沙会淤积下游行洪河道，影响河道行洪安全，并威胁下游耕地的生产安全。

4.2 输水工程区

本项目输水工程线路长，扰动面积及开挖土石方量较大，如不及时转运多余弃渣量，并采取必要的拦挡、排水及临时防护措施，在遇大暴雨的情况下易引发水土流失;在雨水径流的冲刷下，沿线开挖的土石方沿下边坡方向滑落，可能毁坏工程区附近的基础设施和耕地，影响下游耕地质量，威胁当地农户生产生活安全。该区临时占用了部分灌草地及耕地，若不对其用地类型进行恢复，则会降低区域耕地及林地指标，增加区域水土流失，影响农民生产安全。

4.3 施工生产生活区

施工营地、施工场地水土流失的主要原因是基础的平场开挖，扰动了原地表，破坏原地表土壤间的组织结构，使原地表的水土保持功能完全丧失，在外营力作用下无抗侵蚀的能力。若不采取有效水土保持措施，将产生一定水土流失，淹没下游耕地，影响农民生产生活。

4.4 道路区

永久公路、临时道路施工中临时堆放的土石是水土流失的主要策源地，在外营力作用下发生加速侵蚀现象，道路施工形成松散裸露边坡。若不采取有效的截排水及植物防护措施，将造成严重的水土流失，土石被降雨和地表径流冲刷，可能淹没下游耕地。临时施工道路占用部分耕地、灌草地等，如不对其用地类型进行恢复，则会减少该地类的用地面积，危害下游耕地，影响农业生产。

4.5 料场区

料场的开采形成了裸露坡地和临时堆土，改变了原地形地貌，破坏原地表土壤与土壤间的组织结构，使原地表的水土保持功能减弱。若不采取有效的水土保持措施加以防护，临时弃渣及剥离表土被降雨和地表径流冲刷，就会发生加速侵蚀现象，引起一定水土流失，泥沙进入下游道路或耕地，影响工程生产及农民生活安全。料场占用大量林地，如不及时恢复植被，则会减少区域林草覆盖率，增加区域水土流失。

4.6 弃渣场区

弃渣场水土流失的主要原因是工程建设废弃的土石堆存在该区，堆放的土石无水土保持功能，改变了原地形地貌，破坏原地表土壤间的组织结构，土石方在外营力作用下极易发生加速侵蚀现象，若不采取拦挡防护及排水措施，土石将会被降雨和地表径流冲刷，可能加剧洪水灾害、泥石流等情况的发生，引起严重的水土流失，损坏下游耕地并影响河道行洪安全。本区临时占用部分灌草地和耕地，如不对其用地类型进行恢复，则会降低区域耕地指标及林草覆盖率，增加区域水土流失，影响农民生产安全。

5 预测结果与指导性意见

5.1 预测结果

本研究对工程项目水土流失强度、水土流失量进行分析、预测和评价。经调查，项目建设期扰动地表面积为29.42 hm2。通过对项目建设区水土流失量的调查可知，本项目可能造成的水土流失总量为2 444.98 t，新增水土流失总量为1 762.35 t。

5.2 指导性意见

5.2.1 对施工进度安排的指导意见。根据预测结果，施工准备期、施工期是新增水土流失较严重的时期，建议在施工中优化主体工程施工进度安排，有效缩短产生水土流失的时段。对于难以避开雨季施工的区域，应完善此时段水土流失的防护措施。

5.2.2 防治措施布置的指导意见。根据预测结果，从水土流失可能发生的时间来看，项目建设可能造成的水土流失主要集中在施工准备期及施工期;从水土流失发生的区域来看，枢纽工程区、输水工程区、施工生产生活区、道路区和弃渣场区是水土流失的重点区域。因此，要根据这些建设区的施工布置、施工时段以及主体工程的分析结果布置切实可行的防治措施，与主体建设有机地结合起来，形成综合防治体系，最大限度地减少人为造成的水土流失、降低项目建设给区域环境带来的负面影响。

5.2.3 水土保持监测的指导意见。根据水土流失预测结果，针对各建设区水土流失形式、发生时段、发生区域等，要采用适宜的监测方法，及时掌握项目区水土流失发生的强度、空间分布等情况，了解水土保持措施防护效果，根据监测结果科学地指导防治措施的实施，发现措施不足或防治效益达不到要求时及时要求建设单位采取补救措施，确保各项水土保持措施正常发挥作用，最大限度地减少水土流失。枢纽工程区、输水工程区、施工生产生活区、道路区、料场区和弃渣场区为水土流失重点区域，水土流失重点时段为施工准备期和施工期。

参考文献：

[1]张运超，张搬兵.生产建设项目水土保持方案技术审查要点中的问题探讨[J].水土保持应用技术，2017（3）：40-41.

[2]何建勋，李学奎.洋派河小流域龙门口水保监测点水土流失因子分析[J].水土保持通报，2009（2）：52-54.

[3]车腾腾，应恩宇.开发建设项目土壤侵蚀模数预测方法分析[J].绿色科技，2013（10）：21-22.

[4]高旭彪.開发建设项目土壤侵蚀模数预测方法初步研究[J].中国水土保持科学，2008（3）：116-120.

[5]纪岚，王琦，皮月，等.侵蚀模数法和通用土壤流失方程在环境影响评价中的应用：以江苏省泰州市生态旅游区为例[J].江西农业学报，2012（2）：147-149.

[6]艾南山，朱治军，李后强.外营力地貌作用随机特性和分形布朗地貌的稳定性[J].地理研究，1998（1）：23-30.