基于海堤工程建設(shè)的水土保持設(shè)計研究

廉 潔

(丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧 丹東 118000)

0 引 言

遼濱沿海經(jīng)濟區(qū)發(fā)展快、定位高，水利是最根本的保障性基礎(chǔ)措施之一，現(xiàn)有的服務(wù)于灘涂區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)已無法適應(yīng)新時期經(jīng)濟發(fā)展的需求。為保障區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展，妥善安排區(qū)域內(nèi)水景觀、水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、防洪排澇等社會問題，完善區(qū)域防潮及防洪排澇設(shè)施極其必要，而海堤和擋潮閘是防潮封閉、排除內(nèi)澇的重要組成部分。其中，海堤主要是保護遼濱新城、擴大開發(fā)區(qū)發(fā)展空間及增加國土面積；擋潮閘主要是提高區(qū)域排澇能力、防止海水倒灌、保證排澇通常、存蓄淡水、調(diào)節(jié)內(nèi)湖水位、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境[1-4]。

海堤工程建設(shè)規(guī)模為新建海堤11.9182km，按照受風(fēng)向、吹程、水深及地形等因素，將海堤劃分為三個分區(qū)，其中一區(qū)樁號0+000-1+200為河口區(qū)域，二區(qū)樁號1+200-9+000為海灣區(qū)域，三區(qū)樁號9+000-11+513和11+774-12+000段為海灣區(qū)域，而樁號0+785-2+675段、11+300-12+000段海堤內(nèi)側(cè)為含章湖，其余段內(nèi)側(cè)均為園區(qū)吹填區(qū)域，如圖1；擋潮閘(樁號11+845.2-11+880)規(guī)模為3(孔)×10.0m×4.0m潛孔式水閘，最大過閘流量為332.25m3/s。

圖1 海堤工程分區(qū)及布置圖

海堤工程位于遼河三角洲沖積平原上，屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫8.30C，年均降水量616.6mm，且多集中在夏秋季，平均蒸發(fā)量1669.5mm，≥100C積溫34380C，最大凍土深1.17m，設(shè)計暴雨特征值52.4mm/h。項目區(qū)土壤主要為水稻土，地處暖溫帶落葉闊葉林帶區(qū)，屬于華北植物區(qū)系，林草覆蓋率為34.6%，土壤侵蝕模數(shù)500t/km2·a。海堤和擋潮閘工程建設(shè)會損壞地表植被、擾動原地貌，不可避免的造成水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞等問題[5]。

1 主體工程水土保持分析

海堤工程建設(shè)過程中對原地表擾動較大，改變地面組成物質(zhì)、地形條件，在一定程度上降低原有蓄水保土功能。

1.1 主體工程占地情況

根據(jù)工程布置項目占地包括主體工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時道路區(qū)，總占地面積為32.55hm2，其中永久和臨時占地22.85hm2、9.7hm2，占地類型為河道、海域及灘地。

從水土保持角度考慮，施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時道路區(qū)等臨時占地面積小，待施工結(jié)束后及時恢復(fù)原地貌，增加項目區(qū)綠化面積，有利于項目區(qū)水土保持。主體工程區(qū)在開挖和填筑過程中易造成相對嚴(yán)重的水土流失，需要根據(jù)不同的位置，有針對性的布置水土保持措施。

工程設(shè)計盡可能縮小建筑布局占地，優(yōu)化工程總體布局，盡量使用原有的設(shè)施，減少新的建設(shè)用地，從而減少土地擾動，避免了更多的水土流失的發(fā)生。在滿足總體布置基礎(chǔ)上，充分利用原有河道岸坎和吹填圍堰堤岸，最大限度的提高了土地利用率，減少了對地表的擾動，這符合水土保持施工盡量少占地的要求[6]。

1.2 水土保持防治責(zé)任范圍

1)水土流失防治范圍。依據(jù)技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定，因工程建設(shè)可能產(chǎn)生水土流失的范圍就是防治責(zé)任范圍，主要有直接影響和項目建設(shè)兩個分區(qū)。其中，直接影響區(qū)主要包括臨時道路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、主體工程區(qū)等建設(shè)活動可能引起水土流失危害的區(qū)域，具有不確定性特征，需經(jīng)過現(xiàn)場勘測確定；項目建設(shè)區(qū)主要有施工臨時場地、擋潮閘、海堤組成，施工臨時場地進一步分為施工臨時道路與施工營地。永久占地區(qū)域的水土流失經(jīng)水保治理后由建設(shè)管理單位管理，臨時占地區(qū)域在施工結(jié)束后恢復(fù)原有土地利用狀況。直接影響區(qū)是指建設(shè)活動而可能引起水土流失的區(qū)域，主要包括主體工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時道路區(qū)等周邊區(qū)域，具有不確定性，經(jīng)過現(xiàn)場勘測確定[7]。

工程直接影響區(qū)的確定是根據(jù)土壤侵蝕特點和施工情況，在總結(jié)同類工程水土保持驗收時責(zé)任范圍實際發(fā)生情況基礎(chǔ)上進行概算，直接影響區(qū)面積16.38hm2，如表1。

表1 直接影響區(qū)

因此，遼濱沿海經(jīng)濟區(qū)海堤工程水土保持責(zé)任范圍為48.93 hm2，直接影響區(qū)和項目建設(shè)區(qū)16.38 hm2、32.55 hm2。工程的水土流失防治責(zé)任者為工程建設(shè)單位-盤錦市水土保持局。工程建設(shè)單位負(fù)責(zé)審批后的各項水土保持措施的實施，并在水土保持工程竣工時，配合水土保持管理部門進行竣工驗收。

2)水土流失防治分區(qū)。該工程各建設(shè)區(qū)均位于平原區(qū)，結(jié)合野外現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果及水土流失防治責(zé)任范圍內(nèi)地貌類型、建設(shè)時序、水土流失特點、主體工程布局及施工工藝等，采取行之有效的防治措施、方法和手段，對可能產(chǎn)生水土流失的情況進行分區(qū)防治，防治分區(qū)包括主題工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)和臨時道路區(qū)3個。

1.3 水土流失預(yù)測

考慮到各區(qū)域主題工程建設(shè)內(nèi)容的差異，由此產(chǎn)生的原地貌擾動強度也不盡相同。結(jié)合各區(qū)域不同的建設(shè)特點，將水土流失預(yù)測單元劃分為主體工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時道路區(qū)，預(yù)測面積合計32.55hm2，詳見表2。

表2 水土流失預(yù)測單元

由于施工準(zhǔn)備期較短，將施工準(zhǔn)備期和建設(shè)期合起來預(yù)測。因此，確定自然修復(fù)期、施工建設(shè)期作為項目的預(yù)測時段。

1)施工建設(shè)期。施工建設(shè)期是引起水土流失的主要時段，此階段由于開挖填筑、機械碾壓、臨時堆土等施工活動，均對地表產(chǎn)生擾動，使地表失去植被保護，施工機械、人員多，土體結(jié)構(gòu)變化劇烈，造成的水土流失量也較大。工程施工期36月，預(yù)測時段也為36個月，將該時段作為水土流失預(yù)測的重點時期。

2)自然恢復(fù)期。項目完工后進入自然修復(fù)區(qū)，考慮項目區(qū)自然環(huán)境條件，擾動地表自然恢復(fù)達到原地貌水平約需2-3年，由于盤錦地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸性氣候區(qū)，因此自然恢復(fù)期預(yù)測時段確定為2年，預(yù)測時段如表3。

表3 水土流失預(yù)測時段劃分

根據(jù)水土流失量預(yù)測公式和確定的侵蝕模數(shù)，計算得出預(yù)測時段內(nèi)原地貌水土流失量，建行期、自然恢復(fù)期擾動地貌水土流失總量，進而計算出因工程建設(shè)造成的新增水土流失量。施工期新增水土流失量為1481.25t；自然恢復(fù)期新增水土流失量為320.85t。

2 水土保持措施設(shè)計

2.1 水土保持總體布局

在工程施工期間，工程建設(shè)土石方工程量較大，對原生地貌擾動較大，坡面開挖和臨時棄渣的堆放都容易產(chǎn)生水土流失，因此水土保持措施以臨時防護措施為主，發(fā)揮臨時措施的保障性、時效性作用，確保整個施工期間不發(fā)生水土流失現(xiàn)象。其中，主要的臨時防護措施為填土草袋護坡和密目網(wǎng)覆蓋。

2.2 主體工程防治區(qū)

海堤作為一個獨立的建筑物，基本上表面已經(jīng)被硬化，內(nèi)坡裸露地表已有綠化設(shè)計，不再新增防護措施，只增加施工過程中的管理措施。海堤內(nèi)坡綠化、排水溝等結(jié)合水保措施符合水土保持要求。

海堤在填筑過程中，由于車輛超載現(xiàn)象及運輸車輛來往頻繁，石料極易散落入大海，為避免此種情況造成不必要的水土流失，應(yīng)加強管理。同時，合理安排施工進度，盡可能降低土石方外購量。

2.3 施工生產(chǎn)生活防治區(qū)

2.3.1 臨時措施

施工生產(chǎn)生活區(qū)主要包括設(shè)備材料的堆放、設(shè)備安裝組合場地及工人臨時居住地等，排水主要考慮雨季時場地內(nèi)的雨水排放，在場地周圍設(shè)排水溝，將雨水排放到區(qū)域外排水溝中。

(1)排水流量。采用以下計算式確定排水流量，表達式為：

QB=0.278KiF

(1)

式中：QB為區(qū)域最大排水流量，m3/s；K為徑流系數(shù)，取0.65-0.70；u為匯流瀝時內(nèi)平均降雨降度，mm/h；F為匯水面積，km2。按照當(dāng)?shù)厮馁Y料確定K、i，10a一遇取值為0.68，52.4 mm/h，匯水面積為0.057km2，故計算得到最大排水流量0.56m3/s。

3)排水溝。根據(jù)項目區(qū)最大排水流量的計算結(jié)果，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，排水溝采用深0.2m、頂寬1.1m、底寬0.3m、安全超過0.2m，坡降為1%，如圖1。

圖1 排水溝斷面圖

采用謝才公式計算復(fù)核排水溝過水能力，表達式為：

(2)

式中：A為過水面積；C為謝才系數(shù)，可利用公式C=1/nR1/6計算，n為土質(zhì)渠道，取0.025；R為水力半徑。經(jīng)復(fù)核，Q=0.095m3/s，>0.06m3/s，排水溝設(shè)計斷面滿足10年一遇排水流量要求。因此，排水溝長1390m，挖方量389.2m3，將開挖的土方集中堆放在排水溝附近，在堆土四周用草袋裝土攔擋，頂部采用彩條布苫蓋，待施工結(jié)束后用人工回填排水溝并夯實。草袋裝土為45.44m3，苫蓋面積418m2。

2.3.2 工程措施

施工生產(chǎn)生活區(qū)施工結(jié)束后拆除地面建筑物，及時清理場地的廢棄物，進行土地整治，如表4。施工過程中因施工人員和機具的踐踏和碾壓，土壤變得密實，故在施工結(jié)束后，再通過機械碾壓實，避免產(chǎn)生新的水土流失。

表4 新增水土保持措施工程量

2.4 臨時道路區(qū)

2.4.1 臨時措施

在施工時為確保在降雨天氣產(chǎn)生水土流失，在臨時施工便道外側(cè)設(shè)置臨時排水溝，共計設(shè)置排水溝20.0km，排水溝采用人工挖土，共計挖方為0.56萬m3，將開挖的土方集中堆放在排水溝附近，在堆土四周用草袋裝土攔擋，頂部采用彩條布苫蓋，待施工結(jié)束后用人工回填排水溝并夯實。草袋裝土為211.2m3，苫蓋面積3480m2，如表5。

表5 新增水土保持措施工程量

2.4.2 工程措施

施工結(jié)束后整治土地，整治范圍4.0hm2。施工結(jié)束后，通過機械碾壓，避免產(chǎn)生新的水土流失。

2.5 效益分析

工程建設(shè)期水土保持工程新增工程投資437.43萬元，其中工程措施費0.55萬元，植物措施費0.00萬元，施工臨時措施費5.53萬元，獨立費用80.78萬元，基本預(yù)備費5.21萬元，水土流失補償費345.36萬元。

項目區(qū)林草植被面積為11.5hm2，項目建設(shè)區(qū)總面積71.98hm2，經(jīng)計算林草覆蓋率為16%。林草覆蓋率較低是由于工程臨時占地采取地面硬化措施，將來由經(jīng)濟區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃綠化。通過水土保持方案的實施，除林草覆蓋率外，治理后平均土壤侵蝕模數(shù)、水土保持防治區(qū)、擾動土地整治范圍等均達到預(yù)期目標(biāo)值，工程建設(shè)造成的水土流失得到了有效控制，破壞的植被得到最大限度的恢復(fù)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到保護[7]。

3 結(jié) 論

海堤工程修建后，將為盤錦市沿海經(jīng)濟區(qū)及遼濱、榮興社區(qū)人民提供了穩(wěn)定的生活與生產(chǎn)環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量，改善推動該地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。該工程產(chǎn)生的有利影響是長期的、主要的，而不利影響是短期的、次要的，并且不利影響是次要的、短期的，而且不利影響可通過監(jiān)測手段進行環(huán)境管理，采取一定環(huán)境保護對策措施加以減免和改善。從長遠、全局利益綜合考慮，海堤工程的興建利大于弊，盤錦遼濱沿海經(jīng)濟區(qū)海堤工程的建設(shè)是可行的。