两种水土流失预测方法的比较分析——以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例.pdf

第1期（总第232期）2024 年 2 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGN o.1 (S e r i a l N o.2 3 2)F e d.2 0 2 456两种水土流失预测方法的比较分析以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例刘 涛 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125摘要：准确预测水土流失量是编制水土保持方案的关键环节，直接影响水土流失防治措施与监测方法的选择和实施。以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例，采用 SL 7732018生产建设项目土壤流失量测算导则（简称 导则）和类比分析法对工程水土流失量进行预测，并对比分析了2种方法的预测结果。结果表明，新建（构）筑物区和临时堆土区是该项目水土流失的主要区域，大部分的水土流失发生在施工期；2 种方法预测结果接近，导则相对于类比分析法的预测相对误差小于 25%，导则预测结果偏保守，但精度整体可控，可以较好地运用于水利类点状工程。关键词：水土流失预测；导则；类比分析法；点状工程中图分类号：S157.1 文献标志码：A 文章编号：1004-4655（2024）01-0056-04收稿日期：2023-07-10作者简介：刘涛（1994），男，助理工程师，硕士研究生，主要从事水利工程设计与咨询工作。DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2024.01.013预测水土流失量是水土保持方案编制的关键环节，亦是水土保持方案编制的难点1。水土流失量预测的准确性对生产建设类项目水土流失防治措施与监测手段具有重要影响。目前常用专家评判法、类比分析法、数学模型法和 GIS 技术法 4 种方法来预测水土流失量2。类比分析法具有简单易用、精度较高等优点，已成为使用最广泛的水土流失预测方法3。为规范标准化水土流失预测，水利部于 2018年 10 月批准发布了 SL 7732018生产建设项目土壤流失量测算导则（以下简称导则），用于预测水力和风力作用下工程项目的土壤流失量。目前，导则在水利类点状工程中的预测适用性还未得到有效验证。本文以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例，采用类比分析法和导则对项目水土流失进行预测，验证导则在水利类点状工程中的适用性并对结果进行比较分析，为后续类似工程提供借鉴与参照。1 工程概况工程位于浙江省嘉善县北部，与江苏省吴江区相邻，工程位置见图 1。工程主要新建防洪排涝建筑物 6 座，用以提高区域内防洪排涝标准、改善区域水环境及连通周边水系。工程总占地面积 9.76 hm2，依据占地的性质划分，3.20 hm2为永久占地，6.57 hm2为临时占地。其中，永久占地包括新建（构）筑物区和绿化区，临时占地包括临时堆土区、施工生产区和弃渣场。嘉善县工程位置江苏省上海市秀洲区图 1 工程地理位置图2 导则预测水土流失量2.1 预测单元依据地形地貌、地表物质组成、土地利用状572024 年第 1 期刘涛：两种水土流失预测方法的比较分析以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例况、水土流失的影响因素和影响强度，结合工程的平面布局特点，将水土流失区域划分为不同的预测单元。该项目水土流失预测单元可分为新建（构）筑物区、绿化区、施工生产区、临时堆土区和弃渣场5 个预测单元。2.2 预测时段水土流失预测时段包括施工期和自然恢复期。根据施工时间占整个雨季时段的比例计算施工期预测年限，项目区境内雨季为每年的 410 月。根据浙江省的植被特点，自然恢复期取 1 a。项目的水土流失预测时段见表 1。表 1 水土流失预测时段一览表预测时段预测单元扰动地表面积/hm2起止时间预测年限/a施工期新建（构）筑物区2.572022.102025.93.00绿化区0.632022.102025.93.00施工生产区4.112022.102022.120.43临时堆土区1.142022.102025.93.00弃渣场1.312022.102025.93.00自然恢复期绿化区0.631.00施工生产区0.361.00临时堆土区0.321.00弃渣场1.311.002.3 土壤流失类型及扰动单元划分依据侵蚀外营力、下垫面工程的扰动因素和扰动程度以及工程区域上方有无汇水面对项目区内的扰动单元进行土壤流失类型划分。该项目区的土壤侵蚀以水力侵蚀为主，依据各扰动单元的土壤侵蚀特点，各扰动单元的侵蚀类型划分见表 2。施工期施工生产区划分为地表翻扰型一般扰动地表，新建（构）筑物区和绿化区划分为上方无来水工程开挖面和地表翻扰型一般扰动地表，临时堆土区和弃渣场设在平地，不受上方来水冲刷侵蚀，因此划分为上方无来水工程堆积体；自然恢复期施工生产区、绿化区、临时堆土区和弃渣场均划分为植被破坏型一般扰动地表。表 2 各扰动单元侵蚀类型划分表扰动单元类型划分水力作用下的水土流失施工期自然恢复期一般扰动地表 工程开挖面 工程堆积体 一般扰动地表地表翻扰型上方无来水 上方无来水植被破坏型新建（构）筑物区绿化区施工生产区临时堆土区弃渣场2.4 确定土壤侵蚀模数1）地表土壤侵蚀模数背景值确定。根据项目区的地形地貌特点、土地类型和土壤特性、降水情况以及区域内植被覆盖程度等基本情况，同时参考临近地区的相关监测资料，综合分析确定该区的土壤侵蚀模数背景值为 200 t/（km2a）。2）地表扰动后土壤侵蚀模数确定。该工程扰动地表类型包括地表翻扰型一般扰动地表、上方无来水工程开挖面、上方无来水工程堆积体和植被破坏型一般扰动地表。项目涉及扰动单元和地表扰动类型均较多，本文选择施工期施工生产区的地表翻扰型一般扰动地表为例计算土壤流失量。地表翻扰型一般扰动地表土壤流失量测算公式，见式（1）。Myd=RKydLySyBETA （1）式中：Myd为地表翻扰型一般扰动地表计算单元土壤流失量，t；R 为降雨侵蚀力因子，（MJmm）/（hm2h）；Kyd为地表翻扰后土壤可蚀性因子，（thm2h）/（hm2MJmm）；Ly为坡长因子；Sy为坡度因子；B、E 和 T 分别为植被覆盖因子、工程措施因子和耕作措施因子；A 为计算单元的水平投影面积，hm2。式（1）中的地表翻扰后土壤可蚀性因子 Kyd、坡长因子 Ly、坡度因子 Sy和水平投影面积 A 可由式（2）（5）计算得到。Kyd=NK （2）Ly=（/20）m （3）（4）A=10-4xcos （5）式中：N 为地表翻扰后土壤可蚀性因子增大系数；K 为地表翻扰后土壤可蚀性因子，取 2.13；为计算单元水平投影坡长度，m；m 为坡长指数；e 为自然对数的底；为坡度；为计算单元宽度，m；x为计算单元坡长。无条件获取降雨资料时，按导则附录 C确定嘉善县 R=5 227.8（MJmm）/（hm2h）。经查导则可知植被覆盖因子 B 为 0.516，工程措施因子 E 和耕作因子 T 均取值为 1。施工期地表翻扰型一般扰动地表预测单元（施工生产区）土壤流失量计算及各影响因子，见表 3。582024 年第 1 期刘涛：两种水土流失预测方法的比较分析以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例表 3 地表翻扰型一般扰动地表预测单元土壤流失量计算表扰动单元施工生产区扰动单元土壤流失量/t67.6计算单元个数/个4计算单元土壤流失量/t16.90 x/m100/3m0.3/m105R/（MJmm）（hm2h）-15 227.8Kyd/（thm2h）（hm2MJmm）-10.006 6Ly1.62Sy0.558 8B0.516E1T1A/hm21.048 6和施工期施工生产区土壤流失量预测方法类似，其余各预测单元的土壤侵蚀模数计算结果见表 4。表 4 各扰动单元土壤侵蚀模数计算表侵蚀时段扰动单元扰动类型扰动单元土壤流失量/t地表面积/hm2土壤侵蚀模数/t（km2a）-1施工期新建(构)筑物区地表翻扰型一般扰动地表24.20 上方无来水工程开挖面6.80 合计31.00 2.571 206施工期绿化区地表翻扰型一般扰动地表4.60 上方无来水工程开挖面2.50 合计7.10 0.631 127自然恢复期植被破坏型一般扰动地表1.45 0.63230施工期施工生产区地表翻扰型一般扰动地表67.60 4.111 645自然恢复期植被破坏型一般扰动地表0.83 0.36231施工期临时堆土区上方无来水工程堆积体24.64 1.142 161自然恢复期植被破坏型一般扰动地表0.71 0.32222施工期弃渣场上方无来水工程堆积体11.66 1.31890自然恢复期植被破坏型一般扰动地表3.11 1.312372.5 水土流失量计算各分区的水土流失量按式（6）进行计算，水土流失量多少取决于该区的土壤侵蚀模数、扰动地表面积和扰动时长。（6）式中：W 为土壤流失量，t；i 为预测单元（1，2，3，n-1，n）；j 为预测时段，1 和 2 分别指施工期和自然恢复期；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模数，t/（kma）；Tji为第 j 预测时段、第 i 预测单元的预测时长，a。3 类比分析法预测水土流失量类比分析法是选取地理位置较近，建设规模相似的某工程，以该工程的水土流失量为依据，在此基础上对土壤侵蚀模数进行修正，得到预测项目的土壤侵蚀模数。通过对项目区的自然环境、气象、地质、土壤、植物、以及施工前的水土流失情况等方面分析，选择西塘镇东南区棚户区改造项目作为类比工程。西塘镇东南区棚户区改造项目，位于嘉善县西塘镇乌泾港西侧、宏福东路东侧。类比工程基本情况比较见表 5。从表中可看出，除工程建设内容略有差异外，工程性质、所在流域和区域、土壤类型、植被类型区、气候类型、土壤侵蚀模数背景值及水土流失现状等诸多方面相同。因此，西塘镇东南区棚户区改造项目可作为本工程水土流失预测的类比工程，同时确定本工程土壤侵蚀模数综合修正系数取 1.10。表 5 类比工程基本情况比较类比内容本工程类比工程类比结果工程性质新建建设类项目新建建设类项目相同所在区域嘉兴市嘉善县嘉兴市嘉善县直线距离约 6 km所在流域太湖流域太湖流域相同气候类型北亚热带季风气候区，多年平均降雨量1 142.1 mm北亚热带季风气候区，多年平均降雨量1 142.1 mm相同平均风速2.8 m/s2.8 m/s相同区域地形地貌杭嘉湖平原杭嘉湖平原相同项目区土壤水稻土水稻土相同植被类型区亚热带常绿阔叶林带 亚热带常绿阔叶林带相同水土流失现状项目区属南方红壤区，土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，土壤侵蚀容许值 500 t/（km2a），为微度侵蚀。土壤侵蚀模数背景值200 t/（km2a）项目区属南方红壤区，土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，土壤侵蚀容许值 500 t/（km2a），为微度侵蚀。土壤侵蚀模数背景值200 t/（km2a）相同主要内容场地平整、表土剥离、基础开挖与回填，建筑物施工，绿化覆土、临时堆土等场地平整、基坑开挖、建筑物施工、绿化覆土、临时堆土等相似4 预测结果对比分析与防治措施导则和类比分析法预测该项目水土流失量的结果，该项目水土流失总量分别为 258.33 t 和293.44 t，见图 2。导则预测结果略小于类比分析法。2 种预测方法均表明，项目水土流失的主要时间段是施工期，施工期产生的水土流失量占水土流失总量 99%以上。水土流失的主要区域是新建592024 年第 1 期（构）筑物区和临时堆土区，因此这 2 个区域需要重点监测和防治。产生水土流失的主要原因是项目建设开挖和填筑土方，改变了原有地形地貌，并且大量开挖土方使地形坡度变陡、坡长增加，水土更易流失。施工扰动使土壤结构变得疏松，内部凝聚力变差，抗蚀抗冲能力减弱；占压和损坏现状地表使得原地形上的植被覆盖遭受破坏，场地裸露，土体缺少防护，进一步加剧水土流失，局部地段因堵塞，改变原地表径流水系，会加速水流冲刷。总体上讲，施工建设改变了地形和坡度等自然因素，从而加剧了水土流失。导则 类比分析法施工期自然恢复期水土流失预测量/t0 20 40 60 80 100 120弃渣场临时堆土区施工生产区绿化区弃渣场临时堆土区施工生产区绿化区新建（构）筑物区图 2 导则和类比分析法水土流失量预测结果为了进一步验证导则预测结果的准确性，以类比分析法的预测结果作为基准，将导则相较于类比分析法的预测相对误差绘制成直方图，见图 3。无论施工期还是自然恢复期，导则相对于类比分析法的预测相对误差均小于 25%，三分之二的样本预测误差在 10%范围内，导则的预测结果较为满意。从图中还可以看出，导则在施工期的预测相对误差大于自然恢复期，结合图 2的结果发现，导则在施工期预测水土流失量相对保守，但整体精度可控，说明导则可以较好地适用于水利类点状工程当中。自然恢复期新建（构）筑物区绿化区施工生产区临时堆土区弃渣场施工期绿化区施工生产区临时堆土区弃渣场2520151050-5相对误差/%图 3“导则”和类比分析法的预测误差该项目产生水土流失的主要区域为新建（构）筑物区和临时堆土区，施工期间需对这 2 个区域采取相应的防治措施来减少水土流失量。施工前应对新建（构）筑物区所占耕地及林地进行表土剥离，并将剥离的表土运至临时堆土区单独堆放，待后续用于回填利用。新建（构）筑物区设置 4 座泥浆池及 2 套泥浆干化系统用于干化泥浆、避免污染周边场地，同时对工程开挖区裸露地表用密目网进行苫盖。施工期间临时堆土区需设置彩条布铺垫、填土草包、临时排水沟及密目网苫盖，用以防治水土流失，施工结束后场地需要进行平整，并恢复至原有土地类型。5 结语本文以嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例，采用导则和类比分析法对工程水土流失量进行预测分析，得到以下结论。1）施工期是工程水土流失的主要阶段，新建（构）筑物区和临时堆土区是该项目水土流失的主要区域，施工过程中需重点防范和监测。2）导则相对于类比分析法的预测相对误差小于 25%，三分之二的样本预测误差在 10%范围内，2 种方法预测结果相差较小。3）导则的预测结果偏于保守，但精度整体可控，导则可以较好地适用于水利类点状工程当中，为水利类点状工程拓展了新的预测方法。参考文献：1 谢启庚.类比法在闽西北山区公路建设工程水土流失预测中的应用 J.亚热带水土保持,2013,25(4):67-70.2 龚时慧.公路建设项目水土流失预测方法浅析 J.公路交通技术,2013(6):156-159.3 於孟元,赵忠伟.高速公路工程水土流失预测与分析实践 J.长江科学院院报,2021,38(4):50-55.刘涛：两种水土流失预测方法的比较分析以浙江省嘉善县绿谷片防洪排涝口门控制一期工程为例154ABSTRACTSIn response to the current situation,measures such as drainage pipeline renovation,channel renovation,new pumping station construction,and strengthened management are proposed to reduce pollution and improve the water environment management level in Fengxin.Key words:Fengxin,Jiangxi;water environment;drainage system;comprehensive rectificationComparative Analysis of Two Methods for Predicting Soil Erosion:Taking the First Phase of the Flood Control&Drainage Gate Control Project in the Green Valley Area of Jiashan,Zhejiang as an ExampleLIU Tao(Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)Abstract:Accurate prediction of soil erosion is a key step in preparing soil and water conservation plans,which directly affects the selection and implementation of soil erosion prevention measures and monitoring methods.Taking the first phase of the flood control and drainage outlet control project in the Green Valley area of Jiashan,Zhejiang as an example,it predicts the amount of soil erosion in the project using SL 7732018 Guidelines for Calculating Soil Erosion Losses in Production and Construction Projects(referred to as Guidelines)and analogical analysis method,and compares the prediction results of the two methods.The results show that the new(structural)building area and temporary soil stacking area are the main areas of soil erosion in the project,and most of the soil erosion occurs during the construction period.The prediction results of the two methods are close,and the relative error of the Guidelines is less than 25%compared to the analogical analysis method.The prediction results of the Guidelines are relatively conservative,but the accuracy is generally controllable,which can be well applied to water conservancy point-like projects.Key words:soil erosion prediction;Guidelines;analogy analysis method;point-like engineeringAnalysis of Low Concentration Inflow in Wastewater Treatment PlantsLING Li1,LI Liang1,ZHANG Hong-yan2(1.China North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300381,China;2.Yangtze River Ecological Environmental Protection Group Co.,Ltd.,Yueyang,414000,China)Abstract:With the issuance of the Three Year Action Plan for Improving the Quality&Efficiency of Urban Sewage Treatment(2019 2021),various parts of the country are actively carrying out quality and efficiency improvement work.After the implementation of the project,the problem of low influent concentration in some urban sewage treatment plants has been limited in improvement,becoming a pain point for improving quality and efficiency.Based on the completion of the municipal drainage network renovation project,an effectiveness evaluation and investigation were conducted on the sewage zoning of a certain sewage treatment plant where the influent CODCr concentration was still less than 100 mg/L.Through water quality and quantity balance calculation,it was analyzed that there were problems in the new construction area,such as mismatch between planning and current situation,high proportion of non-domestic water,and complex situation of rainwater and sewage mixing.The conclusion was drawn that it is difficult to completely solve the low concentration influent problem of the sewage plant through engineering