王 超，張京濤

（1.北京綠都錦繡水務(wù)建設(shè)有限公司,北京 101200；2.北京洳河污水處理有限公司,北京 101200）

隨著城市化進(jìn)程的加快,人類活動(dòng)對(duì)河流的影響日益顯著。大量的土地開(kāi)發(fā)、河道淤積、水污染、水土流失等問(wèn)題導(dǎo)致了河道生態(tài)系統(tǒng)的退化和環(huán)境惡化[1-2]。這不僅對(duì)水質(zhì)、土壤和植被等自然資源造成了破壞,也對(duì)眾多生物物種的生存和繁衍帶來(lái)了威脅,因此保護(hù)河道環(huán)境和實(shí)施水土保持措施成為當(dāng)務(wù)之急[3]。高山等人以宜興洑西河為研究對(duì)象,采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘、座談和無(wú)人機(jī)航拍等方法,總結(jié)出河道整體上存在岸坡耕種、植物配置單一、河道淤積及富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)象。針對(duì)性提出豐富植物配置、定期清淤河道和加強(qiáng)后期撫育管護(hù)等建議與對(duì)策,以期為生態(tài)河道建設(shè)中水土保持措施管理和維護(hù)提供建議與指導(dǎo)[4]。朱蕓等人為明確生態(tài)河道建設(shè)中面臨的水土保持問(wèn)題,以江蘇省生態(tài)河道建設(shè)工程為研究對(duì)象,開(kāi)展了典型生態(tài)河道水土保持措施調(diào)查。針對(duì)生態(tài)河道建設(shè)中存在的不重視水土保持方案編制、植物種類選擇不合理、河道邊坡耕墾現(xiàn)象及面源污染問(wèn)題突出、文化挖掘和植被多樣性以及與環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)性不足等問(wèn)題,提出了相應(yīng)的對(duì)策與建議[5]。為符合十里河高山橋至白廟段河道治理需求,本文基于擾動(dòng)地表土壤流失量,對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的水土流失情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估,從而制定一系列環(huán)境保護(hù)措施與水土保持措施。十里河環(huán)境保護(hù)與水土保持設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)是降低十里河流域的水土流失總量,提高土地的生產(chǎn)力,進(jìn)而提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平。創(chuàng)新點(diǎn)主要是通過(guò)分析、模擬和預(yù)測(cè)擾動(dòng)地表土壤流失量,對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的水土流失情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。

1 十里河環(huán)境保護(hù)與水土保持設(shè)計(jì)研究

1.1 河道環(huán)境與水土流失現(xiàn)狀

十里河位于大同市西部山區(qū),是御河的一級(jí)支流、桑干河的二級(jí)支流。其發(fā)源于左云縣馬道頭鄉(xiāng)辛堡子村,由東南向西北經(jīng)麻黃頭、南八里折向正北,在左云縣城轉(zhuǎn)向東北,流經(jīng)張家場(chǎng)、鵲兒山、石墻框進(jìn)入大同市區(qū)。然后途經(jīng)高山鎮(zhèn)、云岡鎮(zhèn),在馬軍營(yíng)鄉(xiāng)小站村出山折向東南,最后于馬軍營(yíng)鄉(xiāng)北村附近匯入御河。干流河道全長(zhǎng)89.3 km,總流域面積1277 km2,流域平均寬度為14.6 km,平均縱坡4.4‰。十里河流域?qū)贃|亞季風(fēng)氣候區(qū),多年平均降水量為381.0 mm,多年平均氣溫6.5℃,11 月到翌年3 月的月平均氣溫均在0℃以下；冬季極端最低氣溫達(dá)-29.1℃,夏季極端最高氣溫38.4℃。由于十里河流域內(nèi)工業(yè)以煤炭開(kāi)采為主,沿河兩岸有數(shù)座大型煤礦,大規(guī)模的開(kāi)采及生活垃圾傾倒導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)環(huán)境破壞嚴(yán)重,且污染物與廢水排放也會(huì)對(duì)空氣和水資源造成嚴(yán)重污染,給周邊居民的健康和生活質(zhì)量帶來(lái)巨大威脅。十里河河道還存在灘地較多,泥沙淤積嚴(yán)重等問(wèn)題,導(dǎo)致河道行洪排水能力不足,降雨過(guò)程中水流難以順利通過(guò),嚴(yán)重影響兩岸耕地及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全,阻礙當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展,其部分河道現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

圖1 十里河部分河道現(xiàn)狀

十里河流域多荒山禿嶺,地形支離破碎,植被較差,加之流域內(nèi)暴雨集中、洪水次數(shù)較多,致使水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重,且土壤侵蝕類型主要以風(fēng)力侵蝕為主,兼有水力侵蝕,屬水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)。據(jù)最新遙感普查水土流失狀況的成果顯示,十里河所屬城市大同市水土流失面積9793 km2,占全市總面積的69%。其中輕度水土流失面積5073 km2,占總水土流失面積的51.8%。中度水土流失面積3065 km2,占總水土流失面積的31.3%。強(qiáng)烈水土流失面積1058 km2,占總水土流失面積的10.8%。極強(qiáng)烈水土流失面積597 km2,占總水土流失面積的6.1%?；凇渡轿魇⊥寥狼治g分區(qū)圖》與《山西省侵蝕模數(shù)分區(qū)圖》可知,十里河流域水土流失中度,現(xiàn)狀土壤侵蝕模數(shù)在2500 t/（km2·a）～3000 t/（km2·a）,屬于山西省水土保持重點(diǎn)治理區(qū)。

1.2 河道環(huán)境保護(hù)與水土保持設(shè)計(jì)

為提高河道的行洪排水能力,改善河道周圍生態(tài)環(huán)境,政府通過(guò)工程措施對(duì)十里河高山橋至白廟段河道進(jìn)行治理,以完善健全河道的防洪體系,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流域的水土保持與環(huán)境保護(hù)。在河道的治理工作中,應(yīng)制定一系列環(huán)境保護(hù)措施,以減少對(duì)河道周圍自然環(huán)境的損害。環(huán)境保護(hù)措施主要有以下四點(diǎn)：第一點(diǎn)是合理規(guī)劃棄土堆放區(qū)域,避免選擇具有環(huán)境敏感性或水土保持風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域,此外棄土堆放過(guò)程中應(yīng)采取必要的覆蓋措施,以減少揚(yáng)塵和土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。棄土堆放要合理規(guī)劃,滿足環(huán)境和水保的要求。第二點(diǎn)是減少CO、NOX、SO2等有害氣體的排放,以保證河道水域的大氣環(huán)境質(zhì)量。第三點(diǎn)是加強(qiáng)施工期水質(zhì)、大氣、噪聲監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理并采取措施。第四點(diǎn)是禁止向河道排放未經(jīng)處理的污水,禁止在河道兩岸堆置生活垃圾及其他廢棄物,做好水質(zhì)保護(hù)措施。

水土流失防治責(zé)任范圍界定原則是河道水土保持設(shè)計(jì)的前提,其主要內(nèi)容如下：一是防治責(zé)任范圍面積計(jì)算不能遺漏或重復(fù),規(guī)范有特殊規(guī)定的按規(guī)范要求計(jì)算。二是河道治理工程為堤防工程,其開(kāi)挖的土方集中堆放在指定位置,不計(jì)入工程區(qū)與臨時(shí)堆土場(chǎng)區(qū)這兩個(gè)直接影響區(qū)。三是直接影響區(qū)的范圍根據(jù)場(chǎng)地地形條件分析確定。依據(jù)上述三條界定原則,水土流失防治責(zé)任范圍邊界條件的確定見(jiàn)表1。

表1 水土流失防治責(zé)任范圍邊界條件

河道水土保持設(shè)計(jì)的另一大前提是水土流失預(yù)測(cè)。水土流失預(yù)測(cè)是指通過(guò)分析、模擬和預(yù)測(cè)擾動(dòng)地表土壤流失量,對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的水土流失情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估,見(jiàn)式（1）。

式中：L、ΔL分別為擾動(dòng)地表土壤流失量與其新增土壤流失量；i、k分別為預(yù)測(cè)單元與預(yù)測(cè)時(shí)段；Fi為第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積；Tik為擾動(dòng)時(shí)段；Mik為擾動(dòng)后不同預(yù)測(cè)單元不同預(yù)測(cè)時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)；ΔMik為不同單元各時(shí)段新增土壤侵蝕模數(shù)。

ΔMik的表達(dá)見(jiàn)式（2）：

式中：Mi0為擾動(dòng)前不同預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)。

根據(jù)《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》與主體工程施工進(jìn)度安排,該河道治理工程將水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段分為施工期和自然恢復(fù)期兩個(gè)時(shí)段,其中施工期包括施工準(zhǔn)備期。為更好地預(yù)防和控制水土流失,在施工過(guò)程中,應(yīng)對(duì)水土流失進(jìn)行監(jiān)控,以便了解該項(xiàng)目的水土流失程度、所造成的影響和危害,從而掌握流域的水土流失情況,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并提出應(yīng)對(duì)措施,確保水土流失可以被及時(shí)、有效地控制。十里河河道水土保持設(shè)計(jì)主要分為三部分：第一是工程措施設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)是河道兩岸堤防與河道疏浚,以調(diào)整理順紊亂的河道、減少河岸坍塌,還可以固土保水、涵養(yǎng)水源,減輕水土流失。第二是植物措施設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)是在工程施工結(jié)束后,應(yīng)及時(shí)恢復(fù)原有植被,并每3 m～5 m 種植一株樹(shù)木,以提高植被覆蓋率,控制水土流失。第三是臨時(shí)防護(hù)措施設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)主要是為了減少施工過(guò)程中對(duì)土壤侵蝕和水資源的負(fù)面影響,保護(hù)環(huán)境和水土資源的可持續(xù)性,其可通過(guò)覆蓋使用防塵網(wǎng)或植被等措施減少土壤裸露面積,防止風(fēng)蝕和水蝕,以此保護(hù)土壤的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。

2 河道環(huán)境保護(hù)與水土保持效果評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證十里河部分河道環(huán)境保護(hù)與水土保持效果,首先需計(jì)算堤防工程區(qū)、棄土場(chǎng)區(qū)、施工道路區(qū)以及施工生產(chǎn)生活區(qū)在施工期與自然恢復(fù)期的預(yù)測(cè)流失總水土量與新增水土流失量,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 工程建設(shè)區(qū)水土流失總量與新增水土流失量預(yù)測(cè)計(jì)算

表2 中,工程建設(shè)過(guò)程可能造成的水土流失預(yù)測(cè)總量為837.7 t,新增水土流失量為391.7 t,水土流失重點(diǎn)區(qū)域?yàn)榕R時(shí)堆土區(qū),重點(diǎn)時(shí)段為施工期。這是因?yàn)榕R時(shí)堆土區(qū)是施工期間暫時(shí)性的土方運(yùn)輸和堆放區(qū)域,很容易成為水土流失的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。故從水土保持角度分析,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注臨時(shí)堆土區(qū),工程施工期間需建設(shè)固定的構(gòu)筑物,防止土壤侵蝕和流失。同時(shí)還要設(shè)置排水溝、槽和渠道,以及合理的斜坡和坡度,以避免水在堆土區(qū)集聚和積聚。然后對(duì)4 個(gè)季度的十里河河道環(huán)境保護(hù)與水土保持效果進(jìn)行評(píng)價(jià),將未實(shí)施環(huán)境保護(hù)與水土保持措施前的河道作為對(duì)照組,見(jiàn)圖2。

圖2 河道環(huán)境保護(hù)與水土保持效果評(píng)價(jià)

圖2（a）是四個(gè)季度的河道環(huán)境保護(hù)效果,河道在實(shí)施環(huán)境保護(hù)治理措施前,四個(gè)季度的雨洪資源利用率均在60%以下。河道在實(shí)施環(huán)境保護(hù)治理措施后,四個(gè)季度的雨洪資源利用率分別提升為70.2%、88.2%、83.2%、75.3%。圖2（b）是四個(gè)季度的河道水土保持效果,河道在實(shí)施水土保持措施之后,各個(gè)季度的水土流失率明顯下降,由70.2%、83.2%、79.8%、80.1%分別下降至34.3%、44.8%、45.3%以及32.2%。故環(huán)境保護(hù)措施與水土保持措施可以有效改善河道區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,提高雨洪資源利用率,減少下游河道的泥沙淤積,降低區(qū)域水土流失率,對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)起著一定的積極作用。

3 結(jié)論

基于十里河河道水土流失量預(yù)測(cè)計(jì)算可知,在整個(gè)堤防工程施工中,水土流失預(yù)測(cè)總量為837.7 t,新增水土流失量為391.7 t,水土流失重點(diǎn)區(qū)域?yàn)榕R時(shí)堆土區(qū),重點(diǎn)時(shí)段為施工期。河道實(shí)施環(huán)境保護(hù)措施后四個(gè)季度的雨洪資源利用率分別為70.2%、88.2%、83.2%、75.3%,比實(shí)施前提高了14.1%、40.0%、35.1%、27.0%。河道實(shí)施水土保持措施后四個(gè)季度的水土流失率分別為34.3%、44.8%、45.3%以及32.2%,低于實(shí)施前的70.2%、83.2%、79.8%、80.1%。故基于水土流失預(yù)測(cè)計(jì)算的環(huán)境保護(hù)措施與水土保持措施可以有效減少土壤侵蝕和水土流失,保護(hù)土壤和水資源。這有助于維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定性,保護(hù)植被、野生動(dòng)物和水生生物的棲息地,維持生態(tài)平衡。水土保持措施還能減緩洪水的沖擊,降低洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),減少土地的退化和硬化,改善土壤質(zhì)量,有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地的可持續(xù)利用。