府谷飞机场水土流失分析与预测

王彦军

（府谷县水土保持中心，陕西 榆林 719499）

1 概况

府谷飞机场位于陕西省榆林市府谷县府谷镇桑园梁附近，主要由飞行区、航站区、场外导航工程区、净空处理区4个部分组成，占地类型包括耕地、园地、草地、林地。飞机场横跨在3条较大的黄土冲沟及梁峁上，海拔高程介于1 020～1 100 m，最大高差约80 m，总体为北高南低。项目区土壤类型主要为黄绵土，植被类型属温带草原地带，林草平均覆盖率约30%。项目区风力侵蚀和水力侵蚀交替发生，在时间上不同步，冬春以风力侵蚀为主，夏秋以水力侵蚀为主；土壤水力侵蚀模数为9 027.72 t∕（km2·a），风力侵蚀模数为5 383.60 t∕（km2·a），容许土壤流失量为1 000 t∕（km2·a），属极强烈侵蚀区。受降水因素的影响，水蚀时间集中，主要发生在6—9月。

2 扰动面积及预测单元分析

2.1 扰动面积

依据主体工程设计有关资料，结合实地调查，预测本工程建设将扰动地表236.14 hm2，损坏植被223.30 hm2。其中，飞行区143.10 hm2，航站区17.71 hm2，场外导航工程区22.25 hm2，净空处理区53.08 hm2。根据现场调查结合主体工程设计，经测算，项目工程建设开挖土方总量1 584.77 万m3，回填土方总量1 584.77万m3。工程建设无余方，不产生弃方。

2.2 预测单元

按照扰动方式相同、扰动强度相仿、土壤类型和质地相近、气候条件相似、空间上相连续的原则，飞机场水土流失预测划分为飞行区、航站区、场外导航工程区、净空处理区4个单元。根据扰动地表、损坏植被面积分析，结合主体工程可研设计，确定本项目施工期水土流失面积为230.44 hm2、自然恢复期水土流失面积（扣除各建筑物占地面积和地面硬化面积等）为168.33 hm2。根据主体工程施工进度安排，将该项目的水土流失预测时段分为施工准备期、施工期、自然恢复期。其中，施工期36个月，2022年10月开工建设，2025 年9 月底竣工投入运行。自然恢复期预测时段为5 a。

3 施工期土壤侵蚀量计算

3.1 预测单元水蚀土壤侵蚀量

水蚀土壤侵蚀量扰动类型分为一般扰动地表、工程开挖面、工程堆积体3 种[1]。在水力作用下，未经夯实的工程回填面，可参照地表翻扰型一般扰动地表计算土壤流失量；未采取水土流失防治措施的碾压地表、填压面（填筑面），可参照工程开挖面计算土壤流失量。因此，本项目飞行区、航站区、场外导航工程区、净空处理区施工扰动面，参照一般扰动地表-地表翻扰型计算；飞行区、航站区基坑开挖面，参照工程开挖面上方无来水型计算；飞行区、航站区、场外导航工程区及净空处理区表土临时堆土，参照工程堆积体上方无来水型计算。扰动后土壤侵蚀量的计算记述如下。

3.1.1 一般扰动地表

地表翻扰型一般扰动单元的土壤侵蚀量，按照下式计算：

式中：M为地表翻扰型一般扰动地表计算单元土壤侵蚀量（t）；R为降雨侵蚀力因子[MJ·mm∕（km2·h）]；Kyd为土壤可蚀性因子[t·hm2·h∕（hm2·MJ·mm）]；Ly为一般扰动地表坡长因子；Sy为一般扰动地表坡度因子；B为植被覆盖因子；E为工程措施因子；T为耕作措施因子；A为计算单元水平投影面积（hm2）[2]。

根据式（1），施工期一般扰动地表土壤侵蚀量计算结果详见表1。

表1 项目区扰动后土壤侵蚀量、侵蚀模数计算结果

3.1.2 工程开挖面

上方无来水工程开挖面施工期的预测单元土壤侵蚀量，按照下式计算：

式中：Mkw为上方无来水工程开挖面计算单元土壤侵蚀量（t）；R为降雨侵蚀力因子[MJ·mm∕（hm2·h）]；Gkw为上方无来水工程开挖面土质因子；Lkw为上方无来水工程开挖面坡长因子；Skw为上方无来水工程开挖面坡度因子；A为计算单元水平投影面积（hm2）[3]。

根据式（2），施工期工程开挖面土壤侵蚀量计算结果详见表1。

3.1.3 工程堆积体

施工期上方无来水工程堆积体预测单元土壤侵蚀量，按照下式计算：

式中：Mdw为上方无来水工程堆积体计算单元土壤侵蚀量（t）；X为工程堆积体形态因子；Rd为多年平均降雨侵蚀力因子[MJ·mm∕（hm2·h）]；Gdw为上方无来水工程堆积体土石质因子[t·hm2·h∕（hm2·MJ·mm）]；Ldw为上方无来水工程堆积体坡长因子；Sdw为上方无来水工程堆积体坡度因子；A为计算单元水平投影面积（hm2）[4]。

根据式（3），施工期工程堆积体上方无来水土壤侵蚀量计算结果详见表1。

3.2 预测单元风蚀土壤侵蚀量

风蚀扰动类型分为一般扰动地表、工程开挖面2 种。本项目飞行区、航站区、场外导航工程区、净空处理区预测单元施工扰动面，参照风力作用下一般扰动地表计算；飞行区、航站区、场外导航工程区及净空处理区表土临时堆土，参照风力作用下工程堆积体计算。

3.2.1 扰动后风力作用下一般扰动地表土壤侵蚀量计算

式中：M为以县域气象资料测算的一般扰动地表计算单元土壤侵蚀量（t）；Q为计算当年单位面积风蚀率（t∕km2）；I为粗糙干扰因子；J为原始地表土体密度（kg∕m³）；Gf为风蚀可蚀性因子（无量纲）；A为计算单元水平投影面积（hm2）；um为计算当年平均风速（m∕s）；ETP为计算当年潜在蒸发量（mm）；p为计算当年降水量（mm）；x为计算当月天数（d）；tem为计算当月平均气温（℃）；rm为计算当月平均空气相对湿度，取最小值。

根据式（4）、（5），风蚀一般扰动地表土壤侵蚀量计算结果详见表1。

3.2.2 扰动后风力作用下工程堆积体土壤侵蚀量计算

式中：Mf为以次风观测资料测算的工程堆积体计算单元土壤侵蚀量（t）；Q为计算当年单位面积风蚀率（t∕km2）；I为粗糙干扰因子；H为风力作用下工程堆积体高度因子；P为风力作用下工程堆积体堆放方式因子；Gt为风蚀可蚀性因子；A为计算单元水平投影面积（hm2）；h为堆积体高度（m）。

根据式（7），风蚀工程堆积体土壤侵蚀量计算结果详见表1。

通过类比递推的方法计算，可预测出预测单元扰动后土壤侵蚀量，详见表1。

4 自然恢复期土壤侵蚀量计算

项目区原地貌林草覆盖率为30%，本项目自然恢复期土壤侵蚀量按照《生产建设项目土壤流失量测算导则》（SL773-2018）中一般扰动地表分别计算水蚀和风蚀土壤流失量，其中第1 年植被覆盖度取5%、第2年植被覆盖度取10%、第3年植被覆盖度取15%、第4 年植被覆盖度取25%、第5 年植被覆盖度取30%。通过类比递推的方法计算，可预测出预测单元扰动后的土壤侵蚀量，从而得到项目区自然恢复期土壤侵蚀总量。自然恢复期土壤侵蚀量计算结果，详见表2。

表2 项目区自然恢复期土壤侵蚀量

5 预测结果分析

5.1 至设计水平年土壤侵蚀模数

至设计水平年，各项水土保持措施均已落实并初步发挥效益。根据方案设计，至设计水平年项目区林草覆盖面积可达169.11 hm2，林草植被覆盖率为84.90%，水蚀土壤侵蚀模数可采用一般扰动地表进行预测，植被覆盖因子取0.01；根据《生产建设项目土壤流失量测算导则》（SL773-2018）中9.2.1 条，当地表植被覆盖度和砾石覆盖度达到60%时风蚀量为0[5]，因此至设计水平年只考虑水蚀土壤侵蚀量。经各区域加权平均，可得至设计水平年项目区土壤侵蚀模数为936.77 t∕（km2·a），详见表3。

表3 至设计水平年项目区土壤侵蚀模数和土壤流失量

5.2 预测结果

5.2.1 土壤流失面积预测

施工期可能产生水土流失面积为236.14 hm2；自然恢复期，主体工程区等大部分地面均已硬化，硬化区域及排水沟等工程占地基本不再发生水土流失，只有植物措施区及自然生态修复区由于植被尚未完全恢复而产生水土流失，其面积为169.11 hm2。

5.2.2 土壤流失量预测公式

根据工程各施工分区开挖后形成的地形、地面组成物质等实际情况，结合上述类比资料，分析确定其扰动后土壤侵蚀量。

土壤流失量预测公式为：

式中：W为扰动地表土壤流失总量（t）；W水为水蚀土壤流失量（t）；W风为风蚀土壤流失量（t）；j为预测时段（h）；i为预测单元（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量（t）。

5.3 项目建设造成的土壤流失预测结果

由于主体工程施工时间不同，各单元预测时段土壤流失量亦有所不同。项目建设造成土壤流失总量为28.97万t，其中水力侵蚀土壤流失总量15.43万t、风力侵蚀土壤流失总量13.54万t。

建设期土壤流失总量中，原地貌土壤流失总量为3.40 万t，新增土壤流失量为25.57 万t；施工期土壤流失量为20.01 万t，自然恢复期土壤流失量为8.96万t。项目区土壤流失预测结果汇总，详见表4。

表4 各预测单元土壤流失预测汇总

5.4 综合分析

综上，拟建飞机场扰动地表面积为236.14 hm2。根据现场调查结合主体工程设计，经测算，项目工程建设开挖土方总量为1 584.77 万m3，回填土方总量为1 584.77 万m3，工程建设无余方，不产生弃方。拟建项目建设造成水土流失总量为28.97 万t，新增水土流失量为25.57 万t，其中飞行区造成土壤流失总量为21.49 万t，占土壤流失总量的73.78%；飞行区新增土壤流失量为19.07 万t，占新增土壤流失总量的74.23%。土壤流失重点区域为飞行区，土壤流失重点时段为施工期。

5.5 水土流失危害分析

从预测结果可知，本工程水土流失产生的主要区域为飞行区。工程建设将扰动原地貌面236.14 hm2，致使原地貌形态、土壤结构、地表植被均不同程度受到改变和损坏，极易产生水土流失，加速工程所在区域及周边地区植被退化和破坏。工程建设因开挖形成的裸露面，若不采取必要的防护措施，飞行区、航站区等区域将受大风、雨水或径流的影响，可能导致项目无法正常安全运行。

6 结语

经测算分析，项目建设水土流失预测结果为工程建设将扰动地表面积236.14 hm2、损坏植被面积223.30 hm2，自然恢复期面积169.11 hm2；项目建设造成土壤流失总量28.97万t，其中水力侵蚀土壤流失总量15.43万t、风力侵蚀土壤流失总量13.54万t。在土壤流失总量中，原地貌土壤流失总量3.40万t，新增土壤流失量25.57 万t；施工期土壤流失量20.01万t，自然恢复期土壤流失量8.96万t。项目飞行区造成土壤流失总量为21.49万t，占土壤流失总量的73.78%。预测结论可为制定相关水土流失治理方案提供科学依据。