Soil and Water Loss Prediction Analysis of a Coal-fired Power Plant in Guangdong Province

项目区地形地貌为丘陵及丘间冲沟，场地范围内高程约为10～113 m之间，地形起伏较大。项目区属亚热带季风性湿润气候，多年平均气温21.6 ℃，多年平均降雨量1 571.8 mm，平均蒸发量1 481.7 mm。土壤是花岗岩赤红地土属。项目占地主要为林地和耕地，植被覆盖率约90%。主要植被有松树、杂树丛、玉米、水稻、杂草等。经实地调查，项目区水土流失相对较弱，人为活动影响程度低，以水力侵蚀为主，土壤侵蚀轻度。根据2000年《广东省人民政府授权发布全省水土流失重点防治区的通告》，项目所在地属于广东省水土流失重点监督区^[2]。

水土流失类型分自然侵蚀和加速侵蚀两大类，本项目造成水土流失的主要是受人为因素影响的加速侵蚀^[3]。

工程建设期，由于厂区土方开挖填筑、码头、道路、贮灰场、施工生产生活区、施工供电工程建设等施工过程，开挖扰动地表，改变原地貌，破坏地表植被，从而使土壤抗侵蚀能力下降，在降水等作用下易形成地表剥蚀和侵蚀冲沟，并使地层原有结构被破坏、植被退化，加剧了水土流失。工程建设过程中存在大量的开挖土方和弃渣的临时堆放，在大风或降雨的情况下，均会产生水土流失。

生产运行期，厂区建设完成、道路硬化、排截水沟修筑、边坡防护及植被恢复等措施使水土流失得到有效的控制，水土流失强度相对稳定。仅贮灰场还扰动地表，可能造成水土流失。

科学、合理分区是提高项目区水土流失预测精度的重要保证。根据本工程地形地貌和水土流失防治分区，将项目预测范围划分为厂区、贮灰场区、码头工程区(包含引桥)、厂外道路区、厂外水源及管线区、施工供电工程区和施工生产生活区。

根据扰动方式、水土流失特点又可将厂区细化为挖方、填方、临时堆土、厂区平台等四个预测单元，将贮灰场细化为灰场和临时堆土两个预测单元。

本项目为建设生产类项目，依据《开发建设项目水土保持技术规范》^[4]，预测时段划分为施工期和自然恢复期，生产运行期预测时段按最不利的情况考虑，超过雨季长度不足一年的按一年计算，不超过雨季长度的按占雨季长度的比例计算、不在雨季的按实际长度计算。

本工程施工期共22个月，从2014年3月到2015年12月。施工准备期与施工期合为施工期，不再单独对施工准备期和施工期进行水土流失预测；自然恢复期按绿化工程完工后的1年考虑。

根据项目区自然条件、主体工程情况、影响水土流失的因素，确定水土流失预测内容为：(1)原地貌、土地和植被损坏情况；(2)损坏水土保持设施；(3)弃土弃渣量；(4)可能造成水土流失面积和流失总量；(5)水土流失危害预测。预测分区和时段详见表1。

利用工程设计单位提供的地形图对该地段进行实地调查，调查工程经过地段的水土流失及其防治现状，对施工期开挖扰动地表、占压土地和破坏林草植被的程度与面积分别进行统计。

对项目建设过程中损坏的水土保持设施的面积、数量，采用收集有关资料和结合外业踏勘的方法，列表分别进行测算统计。

根据主体工程设计单位提供的资料，对建设期及运行期的弃土、弃石、弃渣量进行预测。

参考《开发建设项目水土保持技术规范》^[5]，水土流失预测计算公式如下：

式中：W为扰动地表土壤流失量，t；△W为扰动地表新增土壤流失量，t；i为预测单元；k为预测时段，k＝1，2，3分别指施工准备期、施工期、自然恢复期；F_i为第i个预测单元的面积(扰动面积)，km²；M_ik为扰动后不同预测单元、不同预测时段的土壤侵蚀模数，t·km^-2·a^-1；ΔM_ik为不同预测单元、不同预测时段的新增土壤侵蚀模数，t·km^-2·a^-1，只计正值，负值按0计；M_i0为扰动前不同预测单元的土壤侵蚀模数，t·km^-2·a^-1；T_ik为预测时段(扰动时段)。

预测面积、时段与土壤侵蚀模数相乘得到预测水土流失量，扰动后侵蚀模数与原地貌侵蚀模数之差值与扰动面积、预测时段相乘得到在不采取水土保持措施的情况下新增的土壤流失量^[5]。

项目区为南方红壤丘陵区。根据现场调查，项目区内植被覆盖率高，现状土壤侵蚀程度属轻度，结合《广东省土壤侵蚀现状图(1：10万)》、《土壤侵蚀分类分级标准》^[6]确定项目区土壤侵蚀模数背景值为500 t·km^-2·a^-1。

本工程建设过程中的土壤侵蚀模数采用类比法来确定，选取广东省某燃煤电厂工程水土保持监测总结报告为参考对象，参考工程厂址位于广东省珠江三角洲西北部的肇庆市，毗邻北江，由于两个项目在地形地貌、地理位置、地表物质组成、降雨特性等诸方面也十分相似，因此在施工内容相同条件下，其建设期土壤侵蚀强度可参照类比工程数值，以主导因子多年平均降雨量为权重修正^[7]，修正系数为本工程多年平均降雨量和类比工程多年平均降雨量的比值，修正系数为0.91，土壤侵蚀模数类比结果见表2。

自然恢复期各种施工扰动活动结束，建筑、安装工程已经完成，道路已硬化，大部分空闲地已经完成绿化，排水工程完善，施工建设的各种工程措施已充分发挥水土保持功效。但植物措施还未完全发挥作用，厂区、贮灰场区、施工供电工程区、施工生产生活区等还存在少量水土流失现象，本工程自然恢复期土壤侵蚀模数统一取1 000 t·km^-2·a^-1。

根据工程特性，结合施工组织设计方案，本工程可能造成的原地貌改变及占压、破坏土地面积总计49.19 hm²，破坏植被面积40.68 hm²；工程影响区内尚未有专项水土保持设施，损坏的水土保持设施为因原地貌和植被破坏而使水土保持功能降低甚至丧失的部分，为40.68 hm²；建设期整个项目土石方平衡，弃方主要是拆除原地表建筑物0.17万m³，运行期弃渣主要为灰渣、脱硫石膏，拟全部综合利用，工程1年最大灰渣、脱硫石膏共53.88万m³。

根据前述水土流失预测方法，经计算，工程建设产生水土流失量为9 892 t，新增水土流失量为9 457 t，新增流失量占总流失量的比例为95.60%。工程建设总的水土流失量中，厂区、施工生产生活区、贮灰场区占的比重分别达到了73.0%、12.7%、10.7%。工程建设新增的水土流失量中，厂区、施工生产生活区、贮灰场区占的比重分别达到了73.2%、12.4%、10.8%。可以看出，该三区为工程建设过程中可能产生水土流失的最主要部位。工程建设产生总的水土流失量中，施工期产生的为9 398 t，自然恢复期为494 t，施工期产生量所占比例约为95.0%。新增水土流失量中，施工期产生的为9 060 t，自然恢复期为397 t，施工期产生量所占比例约为95.8%，可以看出绝大部分水土流失产生在施工期。项目区水土流失量统计表见表3。

本工程建设过程中，由于扰动和破坏了原地貌，加剧了水土流失，如不采取有效的水土保持措施，将对工程和当地的水土资源及生态环境带来不利的影响^[8]。根据预测结果，本工程建设造成的水土流失潜在的危害主要有：

1)本项目临近西江干流，电厂建设开挖填筑大量土方，若防护不当，会造成水土流失汇入西江，特别是码头引桥基础施工，会造成泥浆汇入西江，影响水质。

2)施工过程中场地开挖、回填改变原地形地貌，破坏土壤表层结构，减弱地表抗冲抗蚀能力，同时，形成的高陡边坡在降雨作用下，极易发生水土流失。

3)工程建设期间进行场地平整、基础开挖等，对产生的临时堆土如不采取有效防护措施，将会影响施工环境，造成施工不便或窝工，进而影响施工进度。

根据前述分析，建议：

1)工程建设期中，水土流失防治的重点时期是施工期(包括施工准备期)，水土流失防治重点区域是厂区、施工生产区和贮灰场区。同时应加强该区域在施工期的水土流失监测，适当加大监测频次^[9]。

2)工程建设产生水土流失的因素较多，其中厂区场地平整、基础开挖、边坡开挖等人为活动在强降雨情况下极易诱发严重的水土流失。施工过程中的临时措施防护是控制水土流失量的关键。水土保持防护措施以拦挡工程、排水工程、植物措施相结合。

3)根据预测结果，以厂区为产生新增水土流失的重点部位，必须通过加强施工管理控制其水土流失。水土保持的各项措施(特别是临时防护措施)应同主体工程的施工进度相对应，措施安排原则上应当先实施工程措施，后实施植物措施，弃渣应先拦后弃。

4)土方工程施工应该注重表土剥离与防护，由于表土具有较高的经济生产力且成土速度缓慢，属于稀缺资源，从经济和稀缺两方面综合来看，应加强对表土的防护和利用^[10]。