生产建设项目弃土堆置体下垫面概化与水土流失特征研究_硕士学位论文(编辑修改稿)

生产建设项目弃土堆置体下垫面概化与水土流失特征研究_硕士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

ence (P).Therefore, appropriate measures of soil and water conservation should be taken for this type of spoilbank in engineering practice, to reduce the harmful influence of soil and water erosion。 The type of rolling paction should be distinguished from the other types when analysing and discussing in experimental study. KEY WORDS: construction project, spoilbank, underlying surface, generalization, runoff, erosion目 录 第一章 绪论 1 第一章 绪论 研究背景 我国是世界上水土流失最为严重的国家之一（郑粉莉等 2020）。 随着经济的飞速发展和城镇化规模的不断扩大，公路、铁路、 水利、 工矿、房屋等 生产 建设活动所造成 的水土流失在全国水土流失总量中占据越来越大的比重。 生产建设项目 引起的水土流失不仅直接影响周围人居环境， 而且 给我国本来紧缺的水土资源带来严 重压力。 生产建设项目不仅对原生下垫面造成破坏、扰动，而且在工程建设过程中由于受挖填方的施工时段、材料质量、标段划分、 运输距离 等诸多因素的影响，要做到工程 区域 内土石方挖填平衡是非常困难的，因此不可避免产生大量的弃土弃渣（李文银等 1996；焦居仁 1998）。 由此产生的水土流失强度高、范围广、危害大，严重危及人类赖以生存的水土资源和自然环境，给社会发展、生态安全以及人民群众的生产生活带来威胁。 根 据水利部、中国科学院、中国工程院联合组织完成的 “ 中国水土流失与生态安全综合科学考察 ” 结果 ， “ 十五 ” 期间，我国生产建 设项目扰动面积达到 179。 104 km2，产生 弃土弃渣量 92179。 108 t，每年新增水土流失面积超过 179。 104 km2，增加的水土流失量超过 3179。 108 t（蔺明华等 2020）。 “ 十一五 ” 期间，全国生产建设项目产生水土流失的 面积较 “ 十五 ” 期间 增加 %，弃土弃渣总量增加 %（ 鄂竟平 2020），生产建设项目造成的水土流失在全国水土流失总量中占据的比重越来越大。 中华人民共和国水土保持法对 生产 建设项目水土流失问题做出了相关规定 ， 生产建设项目新增水土流失作为特殊的水土流失类型 ，要求 在山区、丘陵区、风 沙区以及水土保持规划确定容易发生水土流失的其它 区域开办可能造成水土流失的生产建设项目，生产建设单位应当编制水土保持方案，报 县级以上人民政府水行政主管部门审批，并按照经批准的水土保持方案 采取水土流失预防和治理措施。 水土保持方案应当包括 生产建设项目 水土流失预防和治理的范围、目标、措施和责任等内容 ， 而这些 工作 都需以水土流失测算结果 作为 必要依据。 因此， 准确测算生产建设项目的水土流失 量 对于合理编制项目水土保持治理方案，有效控制水土流失具有十分重要的现实意义。 生产建设项目 扰动下垫面与原生下垫面 条件 的水土流失存在明显差 异， 工程 建设活动所形成的水土流失更多地受人为活动干扰，具有较大的不确定性，在不同 类型的 生产建设项目中可能表现 出 不同的水土流失内在机理与外部特征，难以用单一测算方法确定所有项目类型的水土流失。 较传统水土流失类型而言，有关生产建设项目水土流失的研究起步较晚，面向不同项目类型的水土流失测算方法还不规 范。 除此以外，生产建设项目要在一定时间、特定地点内完成，使得 被 研项目 的水土流失 数据 具有很大的时空限制性，针对特定项目的观测数据和基础资料比较有限， 难以 对所有项目逐一建立测算方法。 生产建设项目弃土堆置体下垫面概化与水土流失特征研究 2 这些原因使得目前生产建设项目的水土流失测 算方法远不能满足我国日益增长的项目建设规模和速度，建立一套针对性强、准确性高，且具有普遍适用性的生产建设 项目 水土流失测算方法体系具有迫切的社会需求和重要的现实意义。 研究 目的 与意义 目前 ， 如何测算生产建设项目造成的人为水土流失量，还没有成熟的方法，也缺乏科学权威的标准，致使在监督管理实践工作中，明知一些单位 在生产建设过程中造成了严重的人为水土流失，但因不能确定 具体流失量，缺少 处罚的科学依据 而无法对其实施处罚。 对生产建设项目造成的人为水土流失，水利部门在日常宣传工作中，也只能使用大量、严重、惊人等定性 描述，缺乏定量指标。 在水行政主管部门的要求下，一些大型生产建设项目也在委托水土保持监测机构，对建设过程中造成的水土流失开展定量监测，但受技术水平、投入、监测点布设困难等因素 的 影响，监测数据与实际有很大差距，无法反映真实情况。 同时各个项目都布设监测点，也造成了大量的 重复和浪费。 因此亟需制定统一权威 且简单实用的技术标准，能够根据生产建设项目弃土弃渣的位置、坡度、坡长，和当地的降雨量、降雨强度、风速等参数，科学 计算出某个项目的某个弃土场在单 场降雨或 特定时间 内产生的具体水土流失 量。 现有生产建设项目中存在的水土流失 类型主要包括：一般扰动、边坡开挖、弃土堆积、渣土风蚀等方面（苏彩秀 等 2020）。 弃土 堆置体 坡面 的侵蚀特征主要 由下垫面状况和 降雨情况 控制 ，而下垫面状况的影响主要表现在坡面物质组成、坡度、坡长等方面。 弃土 堆置体 坡面土壤颗粒的级配情况 和坡度对 入渗率 影响显著 ， 而入渗率的变化是坡面产流与否以及坡面水流性状的决定因素， 进而 影响坡面侵蚀的形成过程表现出不同的 水土流失特征。 许多专家学者对生产建设项目产生人为弃土的侵蚀特征和水土流失量进行了卓有成效的 科学 研究 （孙虎和唐克丽 1998；郭成久等 2020； 陈奇柏等 2020） ， 采用的研究方法主要为现场原位 试验 和室内模拟 试验 （倪三川 等 2020；马春艳 等 2020；Philip 1991）。 然而现场原位 试验 由于受成本高、 堆置体 位置难以设置观测工作面等因素的制约 ，存在较大局限性。 因此 ， 利用室内模拟降雨研究人为弃土的侵蚀特征和侵蚀量因其具有可控的 试验 环境、 试验 操作便捷等优势成为主流的 试验 方法。 但是目前在对生产建设项目人为弃土 堆置体 进行室内模拟 试验 时，因为研究区域和被研工程不同 ， 所采用的 试验下垫面物质组成千差万别，造成研究成果的应用范围局限，难以推广 ；同时 试验 下垫面的坡度设计模式化， 一般为 5 ~ 10176。 递加设定， 如 25176。 、 30176。 、 35176。 或是 20176。 、 30176。 、 40176。 ； 试验 下垫面的坡长一般受制于 试验 土槽长度而未能反映 真实的弃土 堆置体 坡长 ； 而且试验下垫面模型多用 试验 土槽装填 ， 然而野外实际弃土堆置体大小尺寸不同，形态各异，且为三维立体结构，正是由于这样的立体结构，在土石比较小时可能发生浅层水土流失甚至堆置体体内水土流失，用 试验 土槽的方法进行模拟可能存在水土流失量计量不准确等第一章 绪论 3 问题。 鉴于上述情况，笔者广泛 调查 不同地形地貌区 各类生产建设项目 ， 探究各类生产建设项目弃土堆置体在堆置 类型 、 下垫面物质组成、 坡形因子等 方面的共性 ， 试图抽象概化出 弃土堆置体 分类体系、弃土堆置体标准下垫面物质组成、弃土堆置体标准坡形因子，以 确定室内 试验 下垫面仿真模型 关键 参数的取值范围 ， 据此开展 室内 模拟降雨试验，使得室内模拟 试验 的研究成果在特定 研究区域或 特定 地形地貌下应用范围更加广泛 ， 更具推广性。 为 揭示生产建设项目人为弃土堆置体水土流失特征， 探求 弃土堆置体水土流失测算 模型 ， 提出科学严谨的水土流失计算方程 提供科学依据 ， 对区域经济发展和生态环境建设具有重要的理论意义和应用价值。 国外研究动态 随着城镇化和 工业化的不断深入，各种生产建设项目的水土流失问题得到了愈来愈多的关注。 1994 年 2 月 15 日 ，在美国内华达州里诺市召开的国际侵蚀控制学会（ International Erosion Control Association）第 25 届学术大会中的 8 个主题报告，主要探讨了 4 个方面的问题，其中之一就是 关于 建筑场地的侵蚀控制。 生产建设项目土壤侵蚀 成为当今世界环境保护和社会发展 过程中日益突出的问题， 引起世界各国的普遍重视 ， 生产建设项目水土流失预测的 相关 研究 已成为水土保持与侵蚀控制 研究 领域的重要课题。 国外对水土流失的定量 研究主要包括径流小区法、侵蚀测针法、元素示踪法和模型模拟法。 其中，径流小区法和侵蚀测针法属于传统试验观测手段，在基础研究中应用最为广泛；元素示踪法主要通过测定土壤中 137Cs、 210Pb、 7Be、 226Ra 和 228Ra 等放射性核元素以及稳定稀土元素（ REE）的含量来预测土壤流失，受制于元素测定的复杂性，这类方法尚处于探索阶段 （ Ritchie 1974； Loughran 1989）。 模型模拟法是 现阶段 水土流失预测的主要方法，目前国际上主要研究建立了 USLEUniversal Soil Loss Equation（ Wischmeier and Smith 1965； Wischmeier and Smith 1978） 和 RUSLERevised Universal Soil Loss Equation（ Rankinen et al. 2020； Clark et al. 2020）等经验统计模型以及WEPPWater Erosion Prediction Project（ Nearing et al. 1989； Laflen et al. 1991） 、LISEMLimburg Soil Erosion Model（ Man 1994； De Roo 1996） 、 EUROSEMEuropean Soil Erosion Model（ Man 1998） 和 SWATSoil and Water Assessment Tool（ Neitsch et al. 2020） 等物理或半物理模型。 除以上这些针对水力侵蚀的水土流失预测模型，还先后出现了 WEQWind Erosion Equation（ Woodruff and Siddoway 1965） 、 RWEQRevised Wind Erosion Equation（ Skidmore 1986） 和 WEPSWind Erosion Prediction System（ Hagen et al. 1995） 等针对风力侵蚀的水土流失预测模型。 这些模型在不同国家和地区的水土流失预测中得到了广泛应用。 生产建设项目弃土堆置体下垫面概化与水土流失特征研究 4 生产建设项目包括 水利水电工程、矿产资源开发工程、公路铁路交通运输工程、输油输气工程、工业与民用建筑工程 等类型。 国外矿产资源开发产业历史长、发展快、规模大， 矿山废弃 等 问题严重 ，因而矿区及采矿废弃地的水土流失成为生产建设项目水土流失研究的重点， 矿区土地复垦科学研究、技术推广 、实践应 用的发展过程，很大程度上也是矿区水土保持科学 的发展过程 （ K246。 niger and Schwab 2020； DominguezCortazar et al. 2020）。 同时在美国、日本、南斯拉夫、荷兰、澳大利亚、加拿大等国还通过制定法律对生产建设项目水土流失问题实施监督与管理 （ Flanagan et al. 2020； Licciardello et al. 2020； Rankinen et al. 2020）。 如 美国的许多州都通过法律规定， 要求 对露天矿区进行改造治理以减少人为开采对环境的危害；南斯拉夫在法律 中规定 （ Hickey et al. 1994） ，禁止有潜在的水土流失发生的 可能 下，不采取任何防治措施而随意开山采石、采矿和挖取渣土砂石材料 ；匈牙利 在相关法律中规定（ Mannaerts and Gabriels 2020），工矿建设单位在施工生产过程中都必须注意保护表层土壤 和地质 环境 ，露天采矿既要考虑经济利益，又要考虑水土流失和周围生态 安全。 Katridzidakis M 等（ 2020） 介绍了欧洲南部由于高速公路 工程 建设造成 的地表 扰动和 环境 破坏， 并指出 采用森林多 类型植物配置 人工培育 在 公路的高陡边坡，可以 实现 绿 化环境和减少水土流失 的 双重作用。 Buchanan J R 和 Yoder D C （ 2020） 指出 高陡边坡 可采取 铺 设碎木屑 的方法 来防止土壤侵蚀，研究了在不同坡长 、 不同种类木屑 、 不同覆盖 条件 下 侵蚀量的 差异情况， 研究证明高陡边坡 铺设木屑可以 起到控制土壤侵蚀的作用。 Luce C H 和 Black T A （ 1999）对森林道路的侵蚀 产沙进行了研究，发现道路建设 过程中 形成的硬 化地面 极大地降低了地表的入渗能力，易于形成坡面漫流，成为流域产流产沙的重要来源。 Ziegler A D 和 Giambelluca T W （ 1997）认为道路侵蚀是区域土壤侵蚀的重要 组成部分，研究分析了 车辆交通对山区未铺面道路土。