基于现场观测的深圳市典型生产建设项目水土保持措施效果分析

张志华，聂文婷，许文盛，张文杰，汪 倩

(长江水利委员会 长江科学院，湖北 武汉 430010)

深圳属南方红壤丘陵区，土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，局部地区存在少量崩岗、滑坡、滑塌等重力侵蚀，人为生产建设活动是造成水土流失的主要成因。严重的水土流失状况从20世纪90年代初期开始逐渐显现，当时深圳经济特区初步建立，社会经济高速发展。由于缺乏监管，大规模开发建设和无序管理造成大面积水土流失，水土资源一度遭到严重破坏。水土流失面积由1980年的3.5 km2增加到1995年的184.99 km2，约占全市土地面积的9%，其中因开发建设造成的水土流失达80%。

关于水土保持措施效果的研究，国内外已取得了较多成果。ZHANG et al.[1]结合丰富的历史资料以及现场试验和调查，对生产建设项目水土流失特点、水土保持措施适应性进行了概述，并结合国内水土流失特点分析了人类活动对水土流失的影响以及水土流失对当地居民的危害。OSMAN et al.[2]基于埃塞尔比亚的降雨与侵蚀，对水土保持措施、传统水土保持技术介入的原因、背景以及传统水土保持措施的实施框架和成果等进行了详细的阐述，并对某些部门在水土保持工作中扮演的角色进行了分析，对以往水土保持措施的限制、现状以及未来的趋势进行了讨论。

城市作为人类活动高度聚集、地表强烈扰动的典型区，在基础设施加快建设过程中，随着其承载负荷的不断提高，土地利用情况也发生了巨大变化，城市下垫面不透水面积急剧增加，天然状态下的水文循环过程发生改变，水土流失问题日益严峻[3]。国内学者结合深圳市水土流失问题，对深圳市生产建设项目水土保持效益[4-5]及监督管理工作[6-7]进行了研究。然而目前对于深圳市典型生产建设项目的水土流失特点、相关水土保持措施效果的分析研究较少。基于此，笔者对深圳市道路工程、管线工程以及河道整治工程等典型生产建设项目进行了长期现场观测，对施工现场不同降雨条件以及水土保持措施下的降雨汇水进行取样并进行室内处理，对不同临时水土保持措施的水土保持效果进行了分析，研究成果可为深圳市水土保持监管提供技术支撑，也可为其他城市水土保持工作提供有益的借鉴。

1 典型生产建设项目确定及观测

1.1 典型生产建设项目确定

选择典型项目的原则为：①项目范围全面性。统筹考虑在建工程项目的分布，兼顾深圳市东西各片区。②项目类别代表性。为对比项目建设不同时期各措施水土保持效果的差异，在选择项目时，应充分考虑工程建设初期、建设中期和完工期等3个阶段。③现场易于观测性。由于后续现场观测基本上要在选取项目的现场实施，因此应充分考虑各项目现场易于开展现场水土流失观测。④措施类型典型性。由于不同项目的施工方在水土保持意识方面可能存在差异，导致现场落实水土保持措施的差异，为便于后续观测和分析，应充分考虑各类项目水土保持措施实施的典型性。

基于上述选点原则，笔者及团队多次赴深圳对典型项目进行了现场勘查与调研，确定了深圳市在建道路工程、管线工程以及河道整治工程中的多个典型生产建设项目。其中，道路工程包括35号市政路(光明城站—凤兴路)，东部过境2标段、4标段，外环高速4标段、5标段以及6标段等工程；管线工程包括华电坪山分布式能源项目天然气高压管道工程；河道整治工程包括坪山河流域汤坑水综合整治工程以及茅洲河流域楼村水综合整治工程。

1.2 现场观测及取样

2018—2020年，研究团队针对已确定的深圳市典型道路、管线以及河道整治工程等生产建设项目进行了长达2年的现场观测，通过在降雨期间采集排水沟、沉沙池或汇流小区内的水样，进行泥沙含量分析，研究施工现场不同水土保持措施的水土保持效果。

现场取样原则及步骤：①取样前对取样瓶进行编号；②根据现场实际情况，填写现场取样记录表；③取样前用取样点处水流涮洗取样瓶2～3次；④取样时记录取样时间，可利用秒表进行记录；⑤根据现场实际情况，利用流速仪测量水流流速；⑥因深圳降雨大部分属于短时强降雨，根据实际情况每隔5～10 min取样一次，每个监测取样点至少重复取样3次；⑦做好现场情况记录、拍照工作；⑧利用雨量筒，记录现场降雨情况；⑨每次取样后记录好每个采样点对应的采样瓶编号，以便后期数据整理。

通过现场勘查及观测发现，城市类生产建设项目水土保持措施主要包括苫盖、排水沟、拦挡、沉沙池等临时措施以及植物措施，其中河道整治工程水土保持措施以临时苫盖、石笼网以及植物措施为主。

2 各水土保持措施效果分析

在进行现场取样时发现，经过一定时间的雨淋日晒，边坡上的苫盖、排水沟和沉沙池等措施会有一定的损毁。随着时间的推移，边坡上的植被覆盖度在逐渐增加。因此，在进行取样前，需要对现场的临时水土措施情况进行评估，为后续不同水土保持措施状态下的泥沙含量分析奠定基础。

2.1 苫盖覆盖率

经过近2年的现场观测，对降雨期间深圳市道路工程中的35号市政路(光明城站—凤兴路)，东部过境2标段、4标段，外环高速4标段、5标段以及6标段采用苫盖措施的边坡坡脚处汇水进行现场取样，并对取得的水样进行室内分析，通过静置、过滤以及烘干，得到边坡不同苫盖率下的泥沙含量(图1)。

如图1所示，边坡坡脚处汇水的泥沙含量随着边坡苫盖率的增大而逐渐减小。当苫盖率分别为10%和50%时，泥沙含量较裸露边坡分别降低了11.46%和67.92%。从图中可以得出，在苫盖率低于70%时，泥沙含量与边坡苫盖率呈线性分布，趋势线与横坐标轴交叉点处的苫盖率为63%。由此可初步推断，当边坡苫盖率达到63%以上，边坡在降雨期间的水土流失较轻，泥沙含量较裸露边坡降低了90%以上，水土保持临时苫盖措施效果良好。

图1 不同苫盖覆盖率下坡脚处汇水的泥沙含量

2.2 沉沙池级数

根据施工进度，生产建设项目布设有不同级数的沉沙池进行泥沙沉淀。通过对不同级数沉沙池出口处的汇水取样，发现不同级数的沉沙池对泥沙沉淀效果不同，其中不同级数沉沙池出口处的泥沙含量如图2所示。

从图2可以看出，不同降雨量下随着沉沙池级数的增加，出口处的泥沙含量逐渐减小。随着降雨量的增大，沉沙池内的水流泥沙含量在逐渐增大。当汇水水流经过3级沉沙池后，出口处的泥沙含量较入口处降低了10.08%。当水流分别经过6级和9级沉沙池后，出口处的泥沙含量较入口处分别降低了40.34%和71.99%。

图2 不同沉沙池级数下的泥沙含量

2.3 植被覆盖率

河道整治工程生产建设项目水土保持措施以临时苫盖、石笼网以及植物措施为主。通过在降雨期间对河道两侧边坡植物长势及不同覆盖度下坡面汇水泥沙含量进行研究，分析植物措施水土保持效果(图3)。

如图3所示，随着边坡植被覆盖度的增大，坡脚处的汇流水流泥沙含量逐渐减小。当植被覆盖度小于60%时，其泥沙含量与边坡植被覆盖度成线性关系，且趋势线与横坐标交叉点处的植被覆盖度为55%。由此可推断，当植被覆盖度达到55%以上，边坡在降雨期间的水土流失较小，泥沙含量较裸土边坡条件下降低了97%以上，植物措施水土保持效果良好。

图3 不同植被覆盖度下的坡脚水流泥沙含量

与苫盖措施下的水土保持效果相比，植被覆盖度值要相对较小(苫盖率为63%)，因此植物削减水土流失的能力更强，这与植物叶子、根系在水土保持中的作用有重要关系。在工程施工过程中，边坡水土流失受植被的影响较大，尤其随着时间的增长，植被生长良好，边坡植被覆盖度在逐渐增大，水土保持效果也逐渐增强。

2.4 边坡坡度

楼村水综合治理工程项目区位于茅洲河流域的下游，分河道左右两侧相继施工，河道两侧边坡坡度不同，其中河道右侧(河道下方)边坡坡度48°，植物措施已落实；河道左侧(河道上方)边坡坡度44°，进场时该边坡正在落实植物措施，河道两侧坡脚采用石笼护坡拦挡。对不同降雨量条件下边坡不同位置处的汇水泥沙含量进行分析的结果表明(表1)，当边坡裸露(如降雨量21.9 mm，坡度48°)时，坡脚处的汇水泥沙含量比坡顶处要高，表明裸露边坡在强降雨条件下发生了水土流失，泥沙汇聚于坡脚，泥沙含量较大。通过对比分析不同坡度的坡脚处泥沙含量可知，较大坡度的坡面其坡脚处泥沙含量值较大，植物措施水土保持效果较差。例如当降雨量为34.6 mm时，在相同植被覆盖度条件下，坡度48°的边坡坡脚泥沙含量比坡度44°的坡脚泥沙含量增大了66.67%。

表1 河道两侧边坡不同位置处的汇水泥沙含量

2.5 降雨量

汤坑水综合整治工程位于坪山流域采石场至汤坑水河口处，复兴路以下河段位于建成区，两岸房屋较为密集；复兴路以上河段，两岸为菜地或山坡，场地较为开阔。进场时该观测区域内的河道两侧边坡临时措施分上下两部分布设，其中靠近河道的边坡下半部分已落实植物措施，植被覆盖度较低；靠近坡顶的上半部分布设了临时苫盖措施，右侧苫盖率90%以上，左侧苫盖遭到破坏，苫盖率50%左右。观测结果见表2。

表2 不同降雨量条件下河道边坡坡脚处的泥沙含量

从表2可以看出，不同降雨量条件下边坡水土流失状况不同。当降雨量为181.1 mm和13.4 mm时，河道边坡上半部分(坡度48°)由于苫盖损坏、植被覆盖度低等，导致坡脚处的泥沙含量比坡顶处要高，表明即使该边坡的临时水土保持措施已落实，当落实不到位，临时措施未能发挥其作用时，仍有一定的水土流失；而河道边坡下半部分(坡度46°)由于苫盖率高，水土保持效果良好，该结论与上文中的2.1章节得出的结论保持一致。当降雨量为19.4 mm和82.8 mm时，河道两侧边坡坡顶处的苫盖早已被植被覆盖，长势良好，边坡植被覆盖度达到了99%，坡脚处的泥沙含量基本为0，表明当边坡植被覆盖度较高时，能够更好地防止水土流失。

3 结 语

本研究对深圳市道路工程、管线工程以及河道整治工程等典型生产建设项目进行了长期现场观测，对不同降雨条件以及水土保持措施下施工现场边坡坡脚处的降雨汇水进行取样并进行室内处理，对不同苫盖率、沉沙池级数、植被覆盖度、边坡坡度以及降雨量条件下的水土保持措施效果分别进行了分析。当苫盖率分别为10%和50%时，泥沙含量较裸露坡面相比分别降低了11.46%和67.92%；当苫盖率为70%时，泥沙含量降低了97.55%。单一水土保持临时措施条件下，当边坡苫盖率达到63%以上，边坡在降雨期间的水土流失较轻，临时苫盖水土保持措施效果良好。当植被覆盖度达到55%以上，边坡在降雨期间的水土流失较轻，植物措施水土保持效果良好。与水土保持临时苫盖措施相比，植物措施削减水土流失的能力更强。由于两者均存在一定的缺点，因此苫盖与植物措施搭配实施，水土保持效果及环境绿化效果会更好。在不同降雨量条件下，随着沉沙池级数的增大，各级出口处的泥沙含量总体逐渐减小。当汇水水流分别经过3级、6级、9级沉沙池后，出口处的泥沙含量较入口处分别降低了10.08%、40.34%和71.99%。然而，不同生产建设项目水土流失特点不同，需要落实的水土保持措施体系也不同，结合单一措施下的水土保持效果，如何针对项目工程现场实际情况对目前的措施体系进行合理优化，最大程度发挥措施的水土保持效益，还需在后续工作中进一步深入分析与研究。