王铺节制闸除险加固工程水土流失预测分析

王 雪

（水发规划设计有限公司，山东 济南 250100）

王铺节制闸建设至今，虽经20 世纪70年代及2001年的小范围、局部的维修改造，但尚未进行大规模的除险加固工作，至今水闸带病带险工作，严重影响了水闸工程除害兴利功能的发挥，给防洪带来安全隐患，一旦遭遇洪灾，开启不灵影响泄洪与洪水调节将给当地社会的稳定与和谐带来不利影响。2009年初水利部水利工作会议上，提出了要开展水闸的除险加固工作的精神。因此，水闸除险加固不仅十分必要。水闸除险加固对改善当地生态环境，促进社会主义新农村建设具有十分重要的意义。

1 项目概况

2 水土流失预测分析

2.1 预测范围和时段

（1）预测范围

根据相关规定，水土流失预测范围一般情况下为项目建设区的面积，因此本工程水土流失预测范围为4.17 hm2。

（2）预测单元

根据工程建设特点和土壤流失类型，对整个预测范围进行分区。本工程共划分为建筑物工程、弃土区、施工临时道路区、取土场区和施工生产生活区共五个预测单元。

（3）预测时段

根据相关规定，结合工程建设项目特点，本工程水土流失预测时段分为施工期（含施工期准备期）和自然恢复期两个时段。

通过对工程所在区域的植被自然恢复情况调查发现，区内地表扰动后的自然恢复期一般需2年，因此，自然恢复期确定为2年，即某一施工单元的土建施工期再加上2年作为该区域水土流失的预测时段。对于施工时段超过施工雨季长度（4 个月）的按全年计算，未超过长度的按占雨季长度（4 个月）的比例计算。

本工程水土流失预测时段划分情况，不同施工单元的预测时段见表1。

在多路径情况下，路径3与路径4均为非可行解，多路径1与多路径3为方案所对应的可行解，对其进行优选后，多路径3所对应的主变负载率更加均衡，以多路径3与单路径组合起来的解为最优解。

表1 水土流失预测时段表

2.2 预测方法

本工程水土流失预测方法主要采取调查法、实地查勘法、类比分析法和经验公式等[1]。采用公式：

式中：W 为扰动地表土壤流失量，t；ΔW 为扰动地表新增土壤流失量，t；i 为预测单元，i=1、2、3、……、n；j 为预测时段，j=1、2，指施工期和自然恢复期；Fi为第i 个预测单元的面积，km2；Mik为扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；ΔMik为不同单元各时段新增土壤侵蚀模数，t/ (km2·a)；Mio为扰动前不同预测单元土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Tik为预测时段即扰动时段，a。

2.3 扰动土地面积、损坏水土保持设施和弃土弃渣量预测

（1）扰动土地面积和损坏水土保持设施面积预测

在工程施工期间，由于建筑物开挖、工程弃土、工程取土、施工临时占压等活动，使原地貌、土地及植被均受到扰动和破坏。经计算，本工程扰动土地面积4.17 hm2和损坏水土保持设施面积为2.15 m2(不包括水面面积)。见表2。

表2 扰动土地面积、损坏水土保持设施面积统计表 单位：hm2

（2）弃土（石、渣）量预测

①弃方量预测

本工程共计土石方开挖4.64 万m3，拆除砼及浆砌石0.2 万m3；土石方回填3.89 万m3；无借方，弃方0.95 万m3，全部弃置在弃土场。

②临时堆土量预测

本方案对于临时堆土超过3 个月进行预测，经计算，工程共计产生临时性堆土1.49 万m3，主要为节制闸基坑开挖土方和各分区临时占地的表层土，王铺节制闸基坑回填土方周边河滩地上，各分区表层土集中堆存在个防治分区内[1]。施工期临时堆存量见表3。

表3 施工期临时堆存量预测表

2.4 新增水土流失分析与预测

项目区现状土壤侵蚀类型以风力侵蚀为主，兼有水力侵蚀，侵蚀强度以轻度为主。根据本工程建设特点，建设期造成的水土流失量预测主要包括施工准备期、施工期和自然恢复期。

（1）土壤侵蚀模数的确定

①原地貌土壤侵蚀模数的确定

土壤侵蚀强度取500 t/（km2·a）。

②扰动后土壤侵蚀模数的选取

通过采用类比法和调查法确定扰动后土壤侵蚀模数。

本工程与南水北调东线一期工程鲁北输水工程聊城段在地形地貌、降雨特征、土壤植被等水土流失影响因子相同或相近，水土流失类型、扰动破坏形式相近，因此两者具有可比性。本方案选用山东省南水北调一期工程鲁北段作为类比工程：2011年年均降雨量低于平均降雨量，土壤侵蚀模数较小，为4499 t/(km2·a)，2012年年降雨量高于平均降雨量，土壤侵蚀模数相对较高，为6472 t/(km2·a)。

通过比较两个工程的水土流失背景，提出修正系数，对自然恢复期土壤侵蚀模数进行修正。经比较，项目区土壤植被、地形地貌以及施工期间水土流失类型等与本项目基本一致，最大差别在于多年平均降雨量与本工程项目区存在差异。因此根据降雨量比例，并在考虑工程背景值差别的基础上，本项目在类比工程原测定值基础上修正0.9，即自然恢复期第一年土壤侵蚀模数平均为2200 t/(km2·a)，第二年土壤侵蚀模数平均为800 t/(km2·a)。施工期土壤侵蚀模数取4000 t/（km2·a）～5800 t/（km2·a），见表4。

表4 本工程各预测区域土壤侵蚀模数取值汇总表单位：t/（km2·a）

（3）可能造成的水土流失量预测

工程建设期间可能造成的水土流失量和新增水土流失量预测采用经验公式法进行。经计算，本工程建设期产生土壤流失总量314 t，新增土壤流失量268 t。其中施工期新增流失量225 t，自然恢复期新增流失量43 t。见表5。

表5 工程建设期水土流失预测结果分析表

3 结语

通过水土流失预测可知，工程建设期间如不及时采取任何防护措施，将产生土壤流失总量314 t，其中新增土壤流失量268 t；工程建设期水土流失重点防治区域为建筑物工程区和取土场，水土流失防治的重点防治时段为施工期。施工过程中如果不采取任何水土保持措施，工程建设过程中临时堆放的土方产生松散土体，遇到大雨天气，引起道路泥泞，遇到大风天气容易引发扬尘，对周边居民环境造成不利影响。