黑水河河道防洪治理水土流失预测

陈 亮

（北票市基层水利管理总站，辽宁 北票 122100）

河道水土流失综合整治是流域生态文明建设的重要一环，通过河道治理的水土保持工程，能有效发挥河道的防洪作用，保护沿河流域的生态系统，防止河道治理后的次生灾害发生[1]。河道治理需要系统编制水土保持方案，而水土流失预测则是其重点和难点。准确的水土流失预测对指导水利工程项目的水土流失防治与后续监测具有重要意义[2]。本次河道综合整治工程位于辽宁省葫芦岛市绥中县黑河新房子至平台子村段，该段河道干流长11 km，工程建设的主要内容包括河道清淤、堤防及护岸加固、水土生态保护建设。该工程位于辽西低山丘陵省级水土流失重点治理区[3]，因此本文以水土流失防治二级标准来进行水土流失预测。工程完工后，绥中县综合防洪体系将得到总体改善。

1 水土流失预测范围及预测时段

1.1 预测范围

本工程的河道清淤工作是在原河床上进行淤泥开挖，开挖料被用于填筑或土方回填，不存在水保设施破坏和植被破坏，所以不需要防护措施，而主要的建设区为护岸工程区、临时堆土区、临时路及临时料场区。因此，根据主体工程布局及项目生产特点，结合工程建设新增水土流失形式和侵蚀强度分析，将本项目的水土流失防治区分为4 个防治区，分别是护岸工程防治区、临时堆土防治区、临时施工道路防治区、临时料场防治区。本文的水土流失预测也将从这4个单元展开。

1.2 预测时段

本文的预测时段按照工程进度及后续影响，分为施工期和自然恢复期。其中，施工期因为扰动强、范围广，水土流失比较严重，是水土流失预测的重点时段；预测时段按最不利的情况考虑，以工程总工期为8个月的雨季长度计算。自然恢复期由于各项工程结束后，除岸坡防护外，其余区域均为裸露面，而这些区域在不采取任何防护措施的情况下，自然形成稳定的土壤结皮或恢复植被仍需一段时间；根据项目区的水文、气象、土壤等自然状况，将自然恢复期预测时段确定为2 a。水土流失的预测单元和时段，详见表1。

表1 水土流失的预测单元和时段

2 土壤侵蚀模数确定

本工程水土流失主要受降雨影响，表现为水蚀特征，因此本文的水土流失预测主要围绕水蚀预测[4]；此外，依据区域地形地貌条件，需要选择不同的经验公式及参数取值[5，6]。本文的土壤侵蚀模数分扰动前、施工期和自然恢复期3个时段确定。

2.1 扰动前的土壤侵蚀模数

通过现场勘查后发现，项目水土流失预测单元在扰动前占地类型为河滩地，岸坎植被盖度为30%，临时施工道路及料场区植被盖度为10%；结合辽宁省水土保持局与辽宁省水土保持研究所关于“辽宁省土壤侵蚀定量研究”的成果[7]，确定了土壤侵蚀模数的计算模型和参数取值，具体计算结果详见表2。

表2 扰动前各预测单元土壤侵蚀模数

2.2 施工期的土壤侵蚀模数

本项目在开工建设时期，将导致自然环境遭受扰动破坏，原有的水土保持设施遭到不同程度损坏，土壤侵蚀模数将迅速增加。对于施工期的土壤侵蚀模数预测一般采用经验公式法，基于本预测对象的坡面覆土为1.44 万m3、堆放面积为1.2 hm2，土壤侵蚀模数的计算模型、参数取值和计算结果详见表3。

表3 施工期各预测单元土壤侵蚀模数

2.3 自然恢复期的土壤侵蚀模数

工程结束后，河道护岸边坡基本被硬化和植物防护，水土流失不会产生，而项目建设期的临时施工道路和料场区平整后会自然形成稳定的土壤结皮，因此该区域的植被恢复仍需一段时间。综合项目区的自然气候条件，按照植被恢复期2 a 考虑，其中第1 年按施工期土壤侵蚀模数新增部分的0.7 倍与扰动前土壤侵蚀模数之和考虑，第2 年按新增土壤侵蚀模数的0.3 倍与原侵蚀模数之和考虑。自然恢复期各预测单元土壤侵蚀模数，详见表4。

表4 自然恢复期各预测单元土壤侵蚀模数

3 水土流失预测

3.1 预测方法

水土流失预测以项目区确定的3 个时段的土壤侵蚀模数为基数，根据项目区原有地形地貌、植被状况等特点，采用经验公式与现场勘查相结合的方法[8]，统计项目在全过程建设生产中产生的水土流失量。具体的水土流失量计算公式如下：

式中：W为土壤流失量（t）；ΔW为新增土壤流失量（t）；Fji为某时段某单元的预测面积（km2）；Mji为某时段某单元的土壤侵蚀模数[（t/（km2·a）]；ΔMji为某时段某单元的新增土壤侵蚀模数[（t/（km2·a）]，只计正值，负值按0计；Tji为某时段某单元的预测时间（a）；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）。

3.2 水土流失量计算

一般情况下，原生地貌存在一定的水土流失量，但在人为活动影响下区域的水土流失量将大大增加，如果不采取及时有效的水土保持措施，项目所产生的水土流失将对生态环境产生不可逆转的损伤[9]。本文计算了项目扰动前的原生地貌水土流失量为148.84 t，详见表5。基于前文计算得到的土壤侵蚀模数，可以发现在项目施工期，如果不进行有效的水土保持工作，预测单元总的水土流失量将达到223.26 t，较自然状态下新增74.42 t，详见表6。

表5 扰动前原生地貌水土流失量计算结果

表6 施工期水土流失量计算结果

工程建成后，护岸区边坡已经得到防护，不需要对护岸工程防治区恢复期的水土流失进行计算。这里，仅对总面积为4.58 hm2的临时堆土防治区、临时施工道路防治区和临时料场防治区在项目结束后自然恢复期2 a 的水土流失量进行计算，结果详见表7—8。

表7 自然恢复期第1年水土流失量计算结果

表8 自然恢复期第2年水土流失量计算结果

水土流失总量及新增水土流失量计算结果，详见表9。由表9可知，项目施工期内在无水土保持防护措施的前提下，地表扰动区内可能产生水土流失量为223.26 t，自然恢复期可能产生的水土流失量为148.43 t。综上，预测时段内水土流失总量为371.69 t，因工程施工将扰动地貌新增水土流失量为201.34 t。

表9 水土流失总量及新增水土流失量计算结果t

3.3 水土保持

在工程施工前应对水土影响区域进行一次全面的监测评估，以建立本底数据库。施工期要进行定期的水土保持监测，每季度监测1 次。在工程的具体施工期，清淤河道的砂石料直接用于岸边填筑，则不需临时防护。因为有大量的覆土要用于生态护坡，需要临时堆放在坡脚处，所以为了防止土方随风扬尘和产生侵蚀，需在其表面覆盖密目防尘网进行临时遮盖。靠河岸一侧的临时堆土，要使用编织袋装土进行临时拦挡，以防止砂砾料或土方流失。该处的临时堆放土料要及时使用，待岸坡覆土后及时种植生态苗木，并对堆放场地及时平整和压实。临时施工道路在施工期会遭受工程车辆的压实，其间需要间段洒水避免扬尘，待施工结束后进行土地整平和生态绿化。项目结束后要对区域地貌恢复原样，及时对裸地进行绿化，并对项目区进行为期2 a的水土保持监测，及时对修复未达到标准的区域重新进行水土保持处理。

4 结语

本文依据区域相关研究，在确立土壤侵蚀模数的基础上，预测了河道防洪治理工程在施工范围及相应时段的水土流失量。利用水土流失的预测结果，可以从影响项目区及其周边生态环境和主体工程自身安全角度出发，对可能出现的水土流失危害进行分析评价，并在开发建设过程中大力实施水土保持措施，减少建设区范围内地表遭受的破坏程度。尽管工程将使局部地貌发生较大变化，但工程完工后，随着水土保持措施作用的发挥及河内滩地植被的自然恢复，水土流失对生态环境产生的影响会基本得到恢复，土壤入渗增加，地表径流减少，土壤侵蚀减轻，土地生产力得到恢复和发展，土地利用结构得到改善。此次基于水土流失预测的水土保持措施实施，将使项目区在获得良好经济效益的同时，获得更好的生态效益和社会效益。