北京海淀区山区防火路水土流失预测(杨瑞东)

时间：2021-01-17 08:05:04　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要：通过分析海淀区防火路工程所在地的地形地貌、土壤地质、水文气象等基本情况, 以及防火路工程修建前的水土保持状况, 采用经验模型法, 分析预侧水土流失面积和水土流失总量, 以及可能造成的危害, 并提出相关建议。

关键词：水土流失土壤侵蚀风蚀预测

1 项目概况

海淀区防火路主线东起四季青乡魏家村, 西至聂各庄乡车耳营村, 途经四季青、温泉镇、北安河、聂各庄四乡镇, 联通八大处、香山、凤凰岭等景区, 全长55.7km;海拔最高处678.553m, 海拔最低处75.924m;最大纵坡18.48°;路宽在各乡镇区域内,各有不同, 在4-8m之间。

海淀区防火路呈树状分布, 各乡、各村、各景区均有支路与主线相通, 从而主线也因此可迅速与城乡快速道相联, 这既方便了防火期消防车的出入, 也方便了山区果园的日常工作和游人旅游。

防火路主线占地33.4万m2, 岩体挖方66.8万m3,挖方大于填方, 采取沿线向下坡弃渣的方法, 共形成弃渣滑坡面14.6hm2。

1.1 地形地貌

防火路位于海淀区西部山区, 西部山区面积70.5km2, 占全区总面积的16.5%, 属太行山余脉, 有大小山峰60余座;整个山势呈南北走向, 只有香山北面的打鹰洼主峰山峦向东延伸, 至望儿山止, 呈东西走向。

山区以寨口沟为界, 北侧山区山脊近南北走向,称大西山, 以最高峰阳台山为中心, 地形高程向南北两侧依次递减, 一般海拔高程在600-1200m, 属中山山区, 区内长度约9km, 宽约3-4.5km, 坡度一般在10°-25°,山沟走向近东西向长度在4-5.5km。

南侧山区从寨口沟到望儿山, 称小西山, 山脊走向近东西向, 海拔高程在200-500m, 属丘陵地带。区内体总长度约13km, 山体北坡地形坡度10°-20°,山体南坡坡度10°-22°, 山沟走向为南西200°-210°。

1.2 土壤

项目所在大西山地区土壤依次分布有棕壤、淋溶褐土、褐土、褐土性褐土。土壤质地分别为轻一中壤土、赫轻中壤土、中壤土。小西山地区, 山坡平缓,山间开阔, 土壤沟谷发育明显, 土壤砾石多。山体中下部, 土层疏松深厚, 主要土壤类型为淋溶褐土, 在山脚坡岗地分布有砾石底, 褐色褐土。

总之, 山地土壤以淋溶褐土为主, 分布范围广,面积大, 土壤质地和母岩岩性相关, 花岗岩分布地区多为沙壤到轻壤, 凝灰质砂岩分布区多为轻壤到中壤。

该项目贯通西部山区, 山区中南部是古生界一中生界不连续的碎屑岩沉积, 受新构造运动控制形成的一组北东东向倾伏复式向斜山区北部是燕山期浅层侵入的花岗岩。

主要出露的地层为:

(1)奥陶系中统(O):分布于白家瞳、寨口沟一线, 出露面积仅3km2。另外, 在平原区的玉泉山等地也有零星的露头。岩性为白云质灰岩、豹皮灰岩和泥质灰岩等。

(2)石炭二叠系(C-P):主要分布于温泉、白家瞳、黑龙潭、平顶山、天光寺等地, 岩性为页岩、砾岩、砂岩夹煤层。

(3)侏罗系(J):该套地层在本区分布极其广泛,下侏罗统分布于温泉以西杨家庄两侧和香山公园以西,岩性为页岩、砂质页岩夹煤层, 底部为玄武岩;中侏罗统分布于北安河以西的双龙岭、大黑山、寨儿峪和白家瞳南、西北旺至樱桃沟一带。岩性为凝灰质砂岩、砾岩和安山岩及火山碎屑岩。北京地区中生代发生了多次岩浆活动, 以燕山期岩浆活动最为强烈, 规模最大, 岩性主要为酸性与中性火成岩, 本区北部凤凰岭一带即为该期侵入的花岗岩。

(4)第四系(Q):全新统广泛分布于山涧沟谷及广大平原地区。受地形的影响, 沉积厚度相差很大,从山前数十米向平原增加至300多m。岩性主要为砂、砂砾石、壤土及黏土;上更新统主要出露于山前过渡带地区, 岩性为洪积的黄土、粉砂土;中更新统主要出露于北部山前沿车耳营、管家岭、贝家花园一线地区, 岩性为坡积洪积的粉砂、细砂、黏土夹碎石。

1.3 水文气象

项目所在区属东部季风暖温带半湿润地区, 大陆性季风气候显著, 四季分明冬季盛行西北风, 天气寒冷、干燥, 雨雪稀少常形成寒潮天气;夏季盛行东南风, 天气炎热多雨;春秋两季冷暖气团互有进退,天气变化频繁。

降水受季风气候的影响, 年际变化较大, 新中国成立以来的最大年份是1956年的1115.7mm, 最小年份是1965年的281.4mm。多年平均降水量642.4mm, 降水量各月分配不均匀, 主要集中于6-8月份, 7、8月份降水量占全年总降水量的63.5%。

2 项目建设前水土保持状况

2.1 项目建设前水土流失状况

本项目位于海淀区的西部山区, 在小西山地区植被覆盖率很高, 大部分在75%以上, 局部地区已经超过90%, 因此水土流失现象不严重大西山地区的植被覆盖率相对较低, 在60%-75%之间, 并且地面岩性基本为花岗岩, 风化非常严重, 种树较为困难, 是海淀区水土流失严重的地区之一, 同时又是泥石流易发地区。

防火路所在地区以水力侵蚀为主。坡面侵蚀与坡地地形、土壤结构、植被的覆盖状况等因素有关。该地区的降雨主要集中在6-9月份的汛期, 平均降雨量在640mm左右。因为地形坡度较大, 有的地方(大西山地区)植被覆盖率较低, 因此一到雨季对防火路的冲刷很严重。此外由于该地区春季是干旱多风季节, 风力大, 地面干燥, 因此裸露地面容易产生风蚀。

2.2 项目建设前水土流失治理状况

经过50余年的努力, 海淀区的山区水土保持取得了巨大的发展。现在山区燃料主要以煤为主, 不再上山砍柴, 荒山得以封禁, 植被得到了良性循环。植树造林的效果显著, 近几年, 日降雨近100mm也不至于发生山洪, 全区基本上控制了山区的水土流失。山区植被覆盖率有的地区达到95%以上, 全区的植被覆盖率达到35.5%, 超过了全市平均覆盖率。

3 项目建设后水土保持设施破坏情况

通过资料收集和现场勘测, 全面、深入了解项目建设区及其周边地区的地形地貌、土地利用情况、水文气象、社会经济状况等基本情况, 查清施工前已有水土保持措施、施工造成的新增水土流失类型、范围、强度、发生发展规律、潜在危险及新增水土流失量,为制定水土保持方案提供科学依据。

3.1 永久占地工程扰动地貌、破坏土地和损坏植被面积

工程项目占地情况见表1。

3.2 扰动原地貌、损害土地和植被的总面积

扰动原地貌、损害土地和植被的总面积见表2。

3.3 破坏水土保持设施数量

本工程项目破坏水土保持设施主要表现在项目建设范围内植被数量的减少, 见表3。

4 项目建设产生的水土流失预测

防火路的建设扰动、损坏了原有地貌、植被, 降低植被覆盖, 使本来就脆弱的生态防护体系遭到损坏。同时, 大量地面裸露后, 加大了水土流失的潜在危险性。这不仅涉及到防火路本身的占地范围, 而且还包括路基两侧一定范围的区域。防火路的建设使这些区域产生了新增地水土流失, 如不采取有效的治理和保护措施, 将会给周边环境以及人民的生活带来严重的危害。所以, 科学地预测项目建设过程中造成的水土流失及其影响, 将为尽可能减少对原地貌的破坏、合理布设防治措施、有效防治新增水土流失提供依据。

该项目在施工期间砍伐、移栽了大量的树木, 破坏了山区的植被, 降低了山区的植被覆盖率, 产生了大量的裸露面, 部分边坡也处于不稳定状态, 而且没有采取防止水土流失的任何措施。同时该防火路工程的路面主要是以砂石路为主, 并且路的坡度比较大,到了雨季对路面的冲刷非常严重, 造成水与土的大量流失。因此对运营期的水土流失强度要进行相应的预测。通过把建设区扰动坡面的降雨侵蚀试验结果与延庆县水土流失综合试验示范区标准径流小区测定的未扰动坡面的水土流失情况进行对比得知, 土壤扰动后比扰动前的水土流失量大大增加。因此必须在工程建设区布置相应的水土保持设施。

表4是在延庆县水土流失综合试验示范区标准径流小区测定的未扰动坡面的水土流失情况。表5是防火路建设扰动坡面的降雨侵蚀实验结果。

4.1 预测内容

(1)造成的水土流失面积及流失总量。

(2)造成的水土流失危害。

4.2 预测方法

4.2.1 造成水土流失的面积及流失总量的预测

根据防火路工程有关的资料并结合实地调查, 掌握了工程建设对地表、植被的扰动情况;根据《水土保持综合治理—效益计算方法》的规定, 对于本工程建设造成的新增侵蚀量, 拟采用经验模型法;根据多年来的水土流失研究经验, 结合延庆综合试验示范区标准径流小区观测资料以及对扰动地表的实测降雨侵蚀, 确定出地面扰动前后模型中的参数, 预测工程建设引起的水蚀量;根据每年新增的水土流失量, 求得项目运营期的水土流失量。

(1)通过实地调查和分析有关资料, 确定不同地段、不同类型的土壤侵蚀模数, 作为计算水蚀量的基本依据。原地貌下水土流失量的计算公式如下:

Ly=∑Msi·Si·n

式中:Ly一原地貌水土流失量,(t/a);

Msi一原地貌土壤侵蚀模数,(t/km2·a);

Si一破坏的原地貌面积,km2;

i一不同的地貌单元;

n一预测时段(以年为时间段计算)。

(2)根据防火路工程新形成的地貌类型单元及面积, 参照有关资料和研究成果, 选样并确定土壤侵蚀模数, 进行水土流失量计算, 计算公式如下:

Lm=∑Mt·St·n

式中:Lm一新形成地貌的水土流失量,(t/a);

Mt一新形成地貌的土壤侵蚀模数,(t/km2·a);

St一新形成地貌的面积,km2;

n一预测时段(以年为时间段计算);

t一新形成的地貌单元。

(3)根据防火路运营期产生风蚀的面积, 预测运营期的风蚀量, 计算公式如下:

Lf=∑Mf·Sf·n

式中:Lf—施工期的风蚀量,t/a;

Mf—土壤风蚀模数, (t/km2·a);

Sf—产生风蚀的面积,km2;

n—预测时段(以年为时间段计算)。

(4)根据上述计算结果得出新增水土流失量

L=Lm+L1-Ly

4.2.2 造成水土流失危害的预测

项目建设对原生地貌的破坏、部分地段因挖方造成的边坡失稳, 如不采取任何防治措施, 不但容易造成严重的水土流失, 而且会导致部分边坡滑塌, 影响防火路的安全运营。由于防火路的路面主要是以土路为主, 因此, 到了雨季防火路的排水如果得不到很好的输导和排泄, 会严重冲刷路面、侵蚀路基, 对防火路的安全运营构成威胁。

4.3 预测结果

(1)可能造成水土流失的面积。项目造成的水土流失面积包括项目建设区和可计算面积的直接影响区。项目建设区是指防火路建设区以及服务区, 其总面积为34.32hm2。直接影响区是指项目建设区以外由于防火路建设而造成的水土流失直接影响范围, 主要是防火路两侧及周边地区。据统计, 直接影响区的面积为27.51hm2。因此可能造成的水土流失面积共计61.83hm2。

(2)可能造成的水土流失总量。①原有地貌土壤侵蚀模数的确定。该项目在小西山的部分林草覆盖率高, 原有水土保持设施完善, 水土保持状况良好;在大西山的部分植被夜盖率相对较低, 并且地面岩性为花岗岩, 风化严重, 水土保持状况一般。工程完工后的水土流失是以降雨侵蚀为主, 小西山地区原有地貌的降雨侵蚀模数为1200t/(km2·a);大西山地区原有地貌的降雨侵蚀模数为1350t/(km2·a)。由于风蚀比降雨侵蚀小得多, 因此对该工程原有地貌的风蚀不作量化分析。②项目建设中土壤侵蚀模数的变化。项目建设时, 损坏了原有地形地貌和植被, 增加了土壤的可蚀性。有些地方削坡开线, 这样不仅改变了原地形, 而且增大了表面积, 使水土流失的形式与过程更加复杂化, 风蚀与水蚀模数也将大大增加。项目建设区将由原来的以水蚀为主, 变为风蚀与水蚀并存, 建设区原地表类型的土壤侵蚀模数：小西山地区是1200t/(km2·a),大西山地区是1350t/(km2·a)。施工后小西山地区增大到1万8000t/(km2·a); 大西山地区增大到1900t/(km2·a), 共计年侵蚀量达13万t。项目施工后的地表土疏松, 风蚀状况接近于非生长季农田, 风蚀模数将从原地貌的近乎为零大大增加。不仅如此, 部分地段还存在发生重力侵蚀的潜在危险性。

5 结论与建议

防火路建设损坏原有地貌和植被, 削弱自然边坡的稳定性, 降低其水土保持功能。如不进行有效的防治, 到了雨季, 如果遭遇大雨或暴雨便可产生较大径流, 汇集后危及防火路的安全。

由于该工程占用土地中林地所占比重很大, 因此大大降低了项目建设区的植被覆盖率, 削弱了绿色屏障对西部山区生态环境的保护功能。加之施工过程中的开挖、碾压等活动破坏了土壤结构, 改变了土质,降低了土地生产力, 毁坏了水土保持设施, 降低了土壤的抗蚀能力和边坡的稳定性, 坡面受冲刷, 引起滑坡同时严重的水土流失又将导致周边生态环境的进一步恶化。

建设项目在建设过程中扰动了原生地表, 损坏了水土保持设施, 降低了原有的水保功能, 造成新增水土流失, 如果不加以治理将会产生严重的后果。

本建设项目必须恢复和新建水土保持措施, 增加植被覆盖率, 采取稳定边坡, 增加路面防冲系数等措施, 并完善周边服务设施。将对当地生态环境起到积极的作用, 促进当地经济社会的发展。

作者简介杨瑞东（1962-）, 男, 工程师。

来源：《北京水务》2006.2

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