某机场改造及扩建工程水土流失分析与预测

何东举

(河南畅晟工程管理有限公司，河南 濮阳 457000)

1 工程概况

郑州新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程具体工程情况：①对第一跑道地基脱空区域进行注浆加固，整体加铺沥青混凝土，道面面积约175 700 m2，道肩面积约60 100 m2，防吹坪面积约7 200 m2，道面标志恢复面积约16 000 m2。②对南飞行区第一平行滑行道部分破损道肩进行改造，改造面积约21 000 m2，滑行道边灯和反光标志原址重新安装等。③第一跑道按双向I类精密进行灯光系统设置，对部分灯具(含二次管线、隔离变压器、灯箱)、电缆等予以更新，更新跑道东侧30L方向的PAPI灯及供电电缆等。④重新敷设DN400环状消防管网约6 700 m，第一跑道两端各设10座地下式消火栓，中部联络道处每处各设6座地下式火栓。T1航站楼以南站坪南侧设置5座消火栓，对消防泵房和消防水池等进行改造。⑤其他项目：加宽南飞行区快速出口滑行道道面，对临时货机位、除冰坪铸铁篦子明沟、部分排水沟及3号灯光站进行改造，迁建T1机坪北侧围界759 m，迁改地下管线，配备必要的道面维护设备、除冰雪设备及其它相关配套设施。

2 水土流失现状

根据《河南省水土保持规划(2016—2030年)》、《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190-2007)及《生产建设项目水土流失防治标准》(GB/T 50434-2018)的规定，容许土壤流失量为200 t/km2·a。项目区土壤侵蚀以水力侵蚀为主，水力侵蚀表现形式为面蚀和沟蚀，以面蚀为主。根据有关资料，结合实地调查综合分析可得，项目区属微度水力侵蚀区，多年平均土壤侵蚀模数为190 t/km2·a。

3 水土流失影像因素分析

3.1 工程建设对水土流失的影响

新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程项目区夏季降雨集中，强度大，建设过程中的松散土壤极易产生严重的水土流失；其次项目区施工过程中部分地表将裸露，起不到固土保水作用。工程的建设不可避免的将对项目区进行挖填，不合理的施工时序和施工方法将加剧项目区水土流失。管管沟开挖、填筑过程中，若不进行防护措施，将进一步加剧项目区水土流失。因此，工程在项目建设及生产过程中必须处理好项目建设与水土流失防治的关系，做好水土保持，防止水土流失。

3.2 项目影响因子分析

①工程占地：工程占地面积共计33.19 hm2，按占地类型分全部为机场用地，工程施工将破坏机场内草坪面积共计6.60 hm2。②土石方量：项目区地势平坦，根据机场改造施工的特点，通过对主体设计资料的复核。工程土石方挖填总量7.36 万m3，其中挖方量2.72万m3(包括表土剥离1.24万m3)，填方4.64万m3(包括表土剥离1.24万m3)，利用方2.72万m3(包括表土剥离1.24万m3，区间调运利用方0.08万m3)，借方1.92万m3，无余方。新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程施工过程中，损坏跑道铣刨和肩面层及基层拆除的建筑垃圾、施工生产生活区拆除产生的建筑垃圾共计0.79万m3，作为工程弃方，经粉碎处理后，作为北货运区工程土面区回填料使用，不设置弃渣场。

4 土壤流失量预测

4.1 预测单元

预测单元划分原则：①地形地貌、扰动地表的物质组成相近；②各个区气象特征相似；③扰动地表方式、形态相似，时段相同；④扰动后地表物质组成相似；

⑤水土流失成因、强度基本一致，类型相同；⑥同一预测单元集中连片，形成一个或几个集中的区域；⑦各区面积应根据工程平面布置图结合地形图来确定面积，自然恢复期预测面积应扣除建筑物占地、地面硬化和水面面积。

4.2 预测时段

4.2.1 施工期(含施工准备期)

新郑国际机场南飞行区改造及扩建主体工程施工期由于土石方挖填、异地搬运、堆置、工程施工用地平整、机械碾压等原因，破坏了原有地貌和植被，造成地表裸露，致使土壤抗蚀能力下降或丧失，土壤侵蚀加剧。因此，工程施工期是水土流失预测的主要时段。根据主体工程建设进度，施工期(含施工准备期)为2020年8-9月，处于项目雨季内。

4.2.2 自然恢复期

工程项目施工结束后，进入自然恢复期，土壤固结及植被逐步恢复，水土保持功能逐渐彰显功效，生态环境逐步得到恢复和改善，水土流失量逐渐减少直至达到新的稳定状态。根据项目所在地区自然气候、土壤结构等因素，自然恢复期确定为3年。

4.3 土壤侵蚀模数

4.3.1 背景侵蚀强度确定

背景侵蚀模数主要根据各建设区的植被、土地利用、地形地貌等因素，参照《土壤侵蚀分类分级标准》分级标准和指标，确定不同分区的水土流失强度。根据实地调查，项目区多年平均土壤侵蚀模数为190 t/km2·a。

4.3.2 扰动后土壤侵蚀模数确定

根据施工工艺及建设特点，项目扰动后土壤侵蚀模数采用试验观测法、类比法相结合的方式进行确定。方案优先选用同地区、同项目类型、施工工艺相近、有水土保持监测分析数据的项目进行类比分析，经实际修正后确定项目各防治区土壤侵蚀模数。综合上述因素，项目类比选取“郑州新郑国际机场二期扩建工程”，项目已于2018年6月取得了水土保持设施自主验收报备证明函(办水保函〔2018〕697号)。该项目在实际施工过程中，积极开展了水土保持监测工作，水土保持监测数据完善、可靠，水土保持成功经验显著，可作为项目类比工程使用。

通过对2个项目区的土壤、降水、植被、土建施工形式、水土流失形式等主要影响因子的对比分析，2个项目区内的影响因素较为接近，具有可比性。项目区与类比工程水土流失主要影响因子比较见表1。

表1 项目区水土流失主要影响因子表

通过对类比项目水土保持监测数据分析，并结合项目实地调查资料，考虑项目与类比工程在土建施工形式、水土流失形式、土壤、地形、坡度、降雨和植被条件等因子方面的相似性，根据以往经验，综合分析后确定项目不同部位扰动后侵蚀模数的修正系数为1；自然恢复期不修正。

4.4 预测结果

郑州新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程预测结果包括2部分内容：一是建设期(即施工期、自然恢复期)可能产生的土壤流失总量；二是建设期(即施工期、自然恢复期)原地貌下可能产生的土壤流失总量(背景值)，两者之差即为工程建设新增的土壤流失量。

通过现场调查和分析有关资料，确定不同预测时段内各预测单元的土壤侵蚀模数值，采用公式计算扰动地表新增土壤侵蚀量，新增土壤侵蚀量计算公式如下：

(1)

(2)

式中(1)式(2)中：W—土壤流失量(t)；⊿W—新增土壤流失量(t)；j—预测时段，j=1，2，指施工期(含施工准备期)和自然恢复期；i—预测单元，i=1，2，3，……，n—1，n；Fji—第j预测时段、第i预测单元的面积(km2)；Mji—第j预测时段、第i预测单元的土壤侵蚀模数[t/(km2·a)]；⊿Mji—第j预测时段、第i预测单元的新增土壤侵蚀模数[t/(km2·a)]；Tji—第j预测时段、第i预测单元的预测时段长(a)；

根据以上确定的预测时段、侵蚀强度、预测分区划分的土壤流失面积计算新增土壤流失量。经计算，由预测结果得知，管线改造工程区为重点防治区域。

5 水土流失危害分析

在工程建设期间，由于扰动、开挖原地表，使原地表土壤遭到破坏，增加裸露面积，土层的抗蚀能力减弱，加剧了区域内的水土流失，其主要危害表现在：①加剧项目区水土流失。工程管线开挖回填、跑道道肩培土、表土剥离等建设活动产生的水土流失对项目周边的跑道飞行安全产生一定的不利影响，若不采取任何防护措施将加剧项目区水土流失，造成机场内泥泞和扬尘，同时影响工程施工，降低工效，延长工期，增加工程投资费用。②对机场内已建排水设施的影响。在无任何水土保持措施的情况下，流失土壤在径流的夹带下直接进入机场已建的排水设施，可能造成排水设施堵塞，形成内涝现象，影响机场安全及施工质量。

6 水土流失预测分析

郑州新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程①扰动地表面积共计33.19 hm2。②损毁植被面积6.60 hm2。③损坏跑道铣刨和肩面层及基层拆除的建筑垃圾、施工生产生活区拆除产生的建筑垃圾共计0.79万m3，作为工程弃方，经粉碎处理后，作为北货运区工程土面区回填料使用，不设置弃渣场。④在预测年限内，通过预测工程施工可能造成的水土流失总量161.62 t，新增土壤流失总量为117.78 t。其中：施工期土壤流失总量118.36 t、新增土壤流失量112.09 t，自然恢复期土壤流失总量43.26 t、新增土壤流失量5.69 t。从水土流失发生的区域上看，项目各区中管线改造工程区是水土流失发生的重点区域，也是水土保持监测的重点区域。从水土流失发生时段上看，施工期水土流失总量为118.36 t，占水土流失总量的73.20%，是水土流失发生的重点时段，也是水土保持监测的重点时段。

7 结语

根据新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程水土流失预测分析结果，工程建设过程中将产生一定的水土流失，项目应采取布置临时排水、拦挡、覆盖等措施，并结合植物绿化措施进行防护，以有效地控制项目建设所带来的水土流失量，保护项目区周边环境以及工程本身免受不良影响。根据预测结果工程施工期是水土流失的重点时段，管线改造工程区是产生水土流失的重点区域，在水土保持措施布设时，应对这些区域进行重点考虑和布设。在具体水土保持措施布设时，要针对新郑国际机场南飞行区改造及扩建工程的施工特点，结合实际情况，因地制宜，因害设防，制定行之有效的防治方案。