定边民用机场水土流失预测与应对建议

2023-10-12罗红林

海河水利 2023年9期

罗红林

（榆林市水土保持生态工程建设中心，陕西榆林 719000）

1 概况

定边民用机场为国内小型民用支线机场，按年旅客吞吐量25 万人次、年货邮吞吐量750 t、飞行等级4C 目标设计，兼顾通用航空发展，主要承担支线航空运输、通用航空飞行任务。定边民用机场项目由飞行区、航站区组成。项目位于陕西省榆林市定边县十里沙村，机场进场道路由定海二级公路引接。工程建设总工期30 个月，2022 年7 月动工建设，2024年12月竣工投入运行。

2 项目区水土流失情况

2.1 地势地貌

定边民用机场位于地势平缓的风沙滩地，总体地势南高北低，最大高差约28.0 m。场址区域新月形移动半固定沙丘地貌发育，沙丘高度一般2～6 m，南侧尤为发育，沙丘最大高度可达10 m。机场建设区域原地面整体起伏不大，地形开阔，覆盖有稀疏灌木，机场围界内、外建设区域地表覆盖率约为29%。机场用地总面积162.02 hm2。

2.2 水土流失现状

项目区属毛乌素沙漠南缘风沙草滩地貌，区内起伏较小，地势开阔，南高北低，土壤以黄绵土、栗钙土为主，土壤侵蚀为轻度侵蚀。项目区容许土壤流失量均为1 000 t∕（km2·a）[1]。其中，机场区土壤以风力侵蚀为主，多年平均侵蚀模数为2 150 t∕（km2·a），属轻度侵蚀区；取土场区土壤以水力侵蚀为主，多年平均侵蚀模数为9 500 t∕（km2·a），属极强烈侵蚀区。依据《全国水土保持规划国家级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果》和陕西省水土保持规划（2016—2030 年）[2]，项目区属黄河多沙粗沙国家级水土流失重点治理区和陕北及大荔沙地重点治理区。

2.3 水土流失特点

在风力和暴雨洪水条件下，风力侵蚀和水力侵蚀交替作用，在时间上不同步，有2个侵蚀高峰期，冬春季以风力侵蚀为主，夏秋季以水力侵蚀为主；水蚀时间集中，受降水因素的影响，主要发生在6—9月，占全年输沙量的96%，且往往由几次暴雨形成；人为水土流失严重，因基础设施建设，地表植被及部分水土保持设施受到破坏，新增水土流失现象严重。

2.4 项目施工对水土流失的影响

工程建设期间，各项施工活动可能造成的水土流失主要有以下几方面：①破坏原有水土保持局面。定边机场施工范围内各工程在建期间，场地平整等施工活动将改变原来的微地形、地表物质组成及土壤的物理性质，破坏原地面的汇水状况，诱发新的水土流失。②加剧水土流失。施工中各区域为点状工程，水土流失呈强度大、历时短并兼有突发性、季节性的特点，在施工区场地平整、航站楼地下室开挖等施工过程中，不仅占压扰动地表面积较大，而且相对集中，建设工序较为繁杂，其扰动和破坏原地貌的表现形式多样，雨水溅蚀和地表径流冲刷后，水土流失加剧，水力侵蚀由面蚀发展到沟蚀，由此可能产生较大的水土流失。③水土流失时段会延长。在项目实施期，受施工进度计划变动、资金投入等制约因素影响，总体方案可能发生局部变动，进而影响项目建设周期，为工程的防治措施带来一定程度的不确定性，故实际的水土流失时段可能会延长。

3 水土流失扰动面积分析

因建设项目各分区新增水土流失因素基本相同，为定量反映各地块的流失量，需对各地块进行分区预测。

（1）飞行区。飞行区布置在机场东侧，采用平坡式竖向布置，占地面积132.08 hm2，建设内容包括跑道、站坪、防吹坪、导航工程、气象工程、围界、巡场道路及其排水工程等。飞行区分别采用钢筋网和砖围界与外界隔离，在飞行区两端、航站楼北侧空陆侧交界的围界处设置宽5.2 m双向开启大门3处。

（2）航站区。航站区布置在飞行区西侧，按功能区划分为旅客航站区、生产辅助设施区、后勤辅助设施区、公用设施区、供油设施区5 个区，占地面积15.58 hm2。航站区采用平坡式竖向布置，以航站区西南角为土方平整原点，自南向北以4‰降坡，自东向西以4‰降坡，建构筑物占地面积2.12 hm2、建筑密度14.00%，道路及硬化面积3.82 hm2、容积率0.12，绿化面积4.0 hm2、绿化率31.00%。

航站区内部道路采用网状布置，按城市道路次干路标准设计，主干道车速40 km∕h、宽度30 m，次干道车速30 km∕h、宽度20 m，航站楼前主干道宽度9.0 m，其他场内道路均为7.0 m。航站区设置2个出口，其中1 个出口布置在航站区西北侧，为人流、货流公用；1 个出口在航站区与飞行区之间。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195.77 hm2，其中飞行区144.25 hm2、航站区17.77 hm2、取土场33.75 hm2。

表1 水土流失预测面积hm2

4 土壤流失量预测

4.1 预测单元

预测单元按地表物质组成、土地扰动程度、工程规模、施工期长短进行分析确定，本工程水土流失预测项目可分为飞行区、航站区和取土场3个预测单元。根据扰动地表和损坏植被面积分析，结合主体工程可研设计，确定项目施工期水土流失面积195.77 hm2，自然恢复期扣除各建筑物占地面积、地面硬化面积等预测水土流失面积152.91 hm2，详见表1。

4.2 预测时段

根据主体工程施工进度安排，将该工程的水土流失预测时段分为施工准备期、施工期及自然恢复期[3]。预测时段以年计，根据本工程所在区各月平均降水量分布情况，各单项工程的预测时段均按最不利的情况考虑，凡超过当地雨季长度的按全年计算，不超过的按占雨季长度的比例计算。项目设计建设工期30 个月（含1 个月施工准备期），2022 年7 月开工建设，2024 年12 月竣工投入运行。施工准备期主要包括场地平整及“五通一平”，施工供电、供水建设等。工程建设过程中的水土流失除受自然因素中水文、气象、土壤、地形地貌、植被等影响外，还受工程各项施工建设活动的影响。水土流失随各个施工场地和施工进度的变化而变化，表现出时空的动态性。根据项目区自然环境条件，确定项目区自然恢复期的水土流失预测时段为5 a。

4.3 土壤侵蚀模数

4.3.1 原土壤侵蚀模数确定

根据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）和陕西省土壤侵蚀模数等值线图[4]，结合实地调查，项目区容许土壤流失量为1 000 t∕（km2·a）。项目区域为风沙草滩地貌类型，确定原地面土壤多年平均侵蚀模数为2 150 t∕（km2·a），属轻度侵蚀区。取土场区域属丘陵沟壑地貌，确定原地面土壤多年平均侵蚀模数为9 500 t∕（km2·a），属极强烈侵蚀区。

4.3.2 施工期土壤侵蚀模数确定

（1）风沙滩地（机场区）土壤侵蚀模数的确定。项目区以风力侵蚀为主，根据试验观测资料并结合项目区实际，确定地面扰动后项目建设区固定沙地、沙丘土输沙量计算公式为：

堆土区流动沙丘输沙量计算公式为：

沙质黄土（扰动土）输沙量计算公式为：

半流动沙地输沙量计算公式为：

半固定沙地输沙量计算公式为：

式中：qi为输沙量[g∕（cm·min）]；v为风速（m∕s），起沙风速取5 m∕s；e0.50625v为沙质黄土系数。

经计算，飞行区、航站区、取土场扰动地貌土壤侵蚀模数详见表2。

（2）丘陵沟壑土壤侵蚀模数的确定。取土场区域属丘陵沟壑地貌，施工期土壤侵蚀强度通过类比工程确定，根据工程类型特点和建设引发水土流失类型的成因分析，选取与本工程性质相似、地域相近的定边县乡村公路为类比对象。先后在2 个取土场布置了4 个样方，对边坡土壤侵蚀量进行监测。经监测，取土场扰动后施工区土壤侵蚀模数取28 500 t∕（km2·a）。

（3）自然恢复期土壤侵蚀模数的确定。通过对项目区气候因素对植物生长情况的调查分析发现，在工程建设完工后，部分地段裸露，靠植被自然恢复，要达到原地貌植被的70%以上，才能具有与原地表相同的水土保持功能，植被自然恢复达70%以上需5 a。根据有关资料分析，自然修复期植被恢复系数第1年、第2年、第3年、第4年、第5年分别为原地貌的15%、30%、45%、60%、70%。植被盖度越大，受侵蚀的地面就越小，土壤侵蚀面系数也就越小，而实际土壤侵蚀面与土壤侵蚀模数呈正相关关系，其相关系数为0.99，由此可推算出小区的侵蚀模数和总侵蚀量。自然恢复期土壤侵蚀模数，详见表2。

4.4 预测结果

土壤流失量采用如下公式计算：

式中：W为土壤流失量（t）；ΔW为新增土壤流失量（t）；Fji为第j时段第i单元的预测面积（km2）；Mji为第j时段第i单元的土壤侵蚀模数[t∕（km2·a）]；Tji为第j时段第i单元的侵蚀时间（a）；ΔMji为第j时段第i单元的新增土壤侵蚀模数[t∕（km2·a）]，只计正值，负值按0计[5]；i为预测单元，i=1，2，3，…，n；j为预测时段，j=1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期。

式中相关参数取值，详见表3。经计算，项目建设可能产生的水土流失总量为90 275 t，新增水土流失量为46 636 t，详见表3—4。

4.5 弃渣（石、土）量

根据现场调查结合主体工程设计，经测算，项目工程建设挖方总量为97.80 万m3，回填土方总量为241.50 万m3；工程建设需外借土方143.70 万m3（本项目在距离机场南约15 km 处的定边县砖井镇张天渠村设置取土场1 处，借方均来自该取土场），外借方中场地平整回填利用方为137.29万m3，绿化覆土利用方为6.41万m3；工程建设无余方，不产生弃方。