基于類(lèi)比法的河南高速公路建設(shè)水土流失預(yù)測(cè)

陳南祥，宋 宵

（華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450045）

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，特別是近幾年隨著河南省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目在施工過(guò)程中造成的水土流失量在逐漸增加．雖然隨著水保法的實(shí)施，加大了水保監(jiān)督執(zhí)法力度，水土流失現(xiàn)象得到了有效的抑制，但是有些局部的水土流失量卻在急劇增加［1］．河南省黃土高原地區(qū)是全省水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域，全區(qū)水土流失面積為1．68萬(wàn)km2，占總土地面積的62%，其中年侵蝕模數(shù)大于5 000 t/（km2·a）的多沙區(qū)面積達(dá)6 049．81 km2．因此黃土高原水土流失治理顯得極其重要．水土流失量預(yù)測(cè)作為編制水保方案的依據(jù)，采用何種方法進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有重大意義．

開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測(cè)方法一般有地方經(jīng)驗(yàn)公式法、試驗(yàn)觀測(cè)法、專家估判法、類(lèi)比分析法等［2］．地方經(jīng)驗(yàn)公式法的各種參數(shù)因子選取較為困難，且工作量大;試驗(yàn)觀測(cè)法對(duì)水土流失量監(jiān)測(cè)要求頗高，且費(fèi)時(shí)耗資;專家估判法在資料短缺，無(wú)法采用其他預(yù)測(cè)方法時(shí)采用;類(lèi)比分析法簡(jiǎn)單易行，節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用．目前國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目均使用類(lèi)比法進(jìn)行水土流失量預(yù)測(cè)［3－6］．

筆者以鄭盧高速公路為例，運(yùn)用類(lèi)比分析法進(jìn)行水土流失量預(yù)測(cè)研究．

1 類(lèi)比分析法預(yù)測(cè)原理

類(lèi)比分析法是利用與預(yù)測(cè)工程類(lèi)似的工程對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)單元的擾動(dòng)地表土壤侵蝕模數(shù)實(shí)測(cè)研究成果，通過(guò)相關(guān)對(duì)應(yīng)性分析預(yù)測(cè)工程與類(lèi)比工程在地形地貌、氣象、植被類(lèi)型、土壤、擾動(dòng)地表組成物質(zhì)及形態(tài)、侵蝕類(lèi)型等水土流失主要因子的相似性、可比性，得出預(yù)測(cè)工程與類(lèi)比工程之間的修正系數(shù)，類(lèi)比出同預(yù)測(cè)工程相對(duì)應(yīng)的各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)，然后，根據(jù)預(yù)測(cè)單元面積、侵蝕時(shí)間得出水土流失量的預(yù)測(cè)結(jié)果［7－9］．

運(yùn)用類(lèi)比分析法預(yù)測(cè)土壤流失量，須分別計(jì)算擾動(dòng)原地表及植被面積、損壞水土保持設(shè)施面積、棄土棄渣量及可能造成的土壤流失量．

1）擾動(dòng)原地貌、土地及植被面積預(yù)測(cè)．根據(jù)工程設(shè)計(jì)文件，結(jié)合實(shí)地勘察，對(duì)工程建設(shè)開(kāi)挖擾動(dòng)、壓占地表和損壞植被面積進(jìn)行量測(cè)．

2）損壞水土保持設(shè)施面積預(yù)測(cè)．以水利部《關(guān)于對(duì)水土保持設(shè)施解釋問(wèn)題的批復(fù)》和河南省地方規(guī)定，根據(jù)項(xiàng)目主體設(shè)計(jì)文件，結(jié)合實(shí)地測(cè)量，進(jìn)行分析預(yù)測(cè)．

3）棄土、棄渣量預(yù)測(cè)．通過(guò)對(duì)沿線土地資源的勘察，按照取土場(chǎng)、棄渣場(chǎng)選址的水土保持限制性規(guī)定，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和咨詢、圖表量算、資料查詢等方法進(jìn)行分析預(yù)測(cè)．

4）可能造成的土壤流失量預(yù)測(cè)．地表擾動(dòng)后土壤侵蝕強(qiáng)度運(yùn)用類(lèi)比分析法預(yù)測(cè)，選用與擬建工程區(qū)屬同一類(lèi)型的類(lèi)比工程，保證其施工程序、規(guī)模、地面擾動(dòng)程度等盡可能相近或相似．若選擇較相似的某些工程區(qū)，在引用資料時(shí)必須對(duì)其中一些因子進(jìn)行修正后才能使用．經(jīng)預(yù)測(cè)可得到可能造成的土壤流失總量、新增土壤流失總量．建立預(yù)測(cè)模型為

式中：W為土壤流失量，t;ΔW為新增土壤流失量，t;Fji為第i單元、第j時(shí)段預(yù)測(cè)面積，km2;Mji為第i單元、第j時(shí)段土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）;ΔMji為第i單元、第j時(shí)段的新增土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）;Tji為第i單元、第j時(shí)段的預(yù)測(cè)時(shí)間，a．

2 河南高速公路建設(shè)水土流失預(yù)測(cè)

2．1 工程概況

以鄭盧高速公路洛陽(yáng)至洛寧段工程為例，線路全長(zhǎng)68．56 km．項(xiàng)目建設(shè)總占地面積647．95 hm2，永久占地面積452．93 hm2，工程總投資33．18億元．項(xiàng)目地處黃土丘陵溝壑區(qū)第三幅區(qū)，為暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，多年平均氣溫14．45℃;主要有黃褐土、棕壤土、紅黏土等三大類(lèi)土壤，林草覆蓋率為26%左右．水土流失強(qiáng)度為中度侵蝕，侵蝕類(lèi)型以水蝕為主，土壤侵蝕模數(shù)背景值為3 600 t/（km2·a）．現(xiàn)有水土流失面積51．84 km2．

2．2 水土流失預(yù)測(cè)

根據(jù)不同預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)、水土流失面積、預(yù)測(cè)時(shí)段等因子，運(yùn)用類(lèi)比分析法類(lèi)比出該工程的擾動(dòng)侵蝕模數(shù)，最終得出其新增水土流失量．

該工程選用連霍國(guó)道主干線鄭州至洛陽(yáng)段高速公路改建工程作為類(lèi)比工程，類(lèi)比分析見(jiàn)表1．由于兩項(xiàng)工程的地理位置相近，經(jīng)實(shí)地考察，對(duì)兩個(gè)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的土壤、降水、植被、水土流失形式等水土流失主要影響因子進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其影響因素極為相近，具有可比性．因此，該工程可以利用連霍國(guó)道主干線鄭州至洛陽(yáng)段高速公路的土壤侵蝕模數(shù)成果進(jìn)行類(lèi)比，以其為基準(zhǔn)進(jìn)行修正，修正系數(shù)為1．07．土壤流失量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2．

表1 類(lèi)比工程分析結(jié)果

表2 公路建設(shè)可能造成土壤流失量匯總分析表

2．3 綜合分析

1）水土流失重點(diǎn)時(shí)段與部位：水土流失重點(diǎn)防治時(shí)段為施工期;重點(diǎn)防治部位為路基防治區(qū)，其次是棄渣場(chǎng)防治區(qū)、互通立交防治區(qū)．

2）水土流失防治措施：路基、橋涵、互通立交、附屬設(shè)施屬永久占地，采取工程、植物和臨時(shí)防治措施;取土場(chǎng)區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、施工道路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)屬臨時(shí)用地，主要采取臨時(shí)防護(hù)措施、竣工后進(jìn)行土地整治恢復(fù)原地貌．

3）施工進(jìn)度安排：施工時(shí)序應(yīng)緊湊安排，土建施工要避開(kāi)雨季，盡量減少地表裸露面積和裸露時(shí)間，表土臨時(shí)堆置要先攔后堆放．

4）水土保持監(jiān)測(cè)：根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，工程施工期新增水土流失較為突出，因此，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段為施工期，重點(diǎn)區(qū)域?yàn)槁坊?、棄渣?chǎng)、取土場(chǎng)防治區(qū)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在預(yù)測(cè)單元均應(yīng)布設(shè)，但重點(diǎn)放在深挖路塹、表土臨時(shí)堆放區(qū)．

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鄭盧高速公路洛陽(yáng)至洛寧段工程施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際狀況相吻合，說(shuō)明類(lèi)比法對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目建設(shè)中水土流失量的預(yù)測(cè)結(jié)果是有效的．這對(duì)鄭盧高速公路洛陽(yáng)至洛寧段工程周邊乃至全河南省的線形工程建設(shè)都有一定的參考意義．

因類(lèi)比法簡(jiǎn)單、實(shí)用，所以成為目前開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制時(shí)經(jīng)常使用的方法．在選用類(lèi)比工程時(shí)還應(yīng)注意：不一定只選一個(gè)，也可以選擇幾個(gè)，只要是類(lèi)比工程具有和預(yù)測(cè)工程預(yù)測(cè)單元相同性質(zhì)的單元即可;所選類(lèi)比工程所處地理位置應(yīng)和預(yù)測(cè)工程相符合;盡可能地選擇同等水平的類(lèi)比項(xiàng)目，如果存在較大偏差，必須進(jìn)行校正［4］．

［1］郭華，張聿鋒，趙勝朝．河南省開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的成因危害及防治措施［J］．河南水利與南水北調(diào)，2011（7）：41－42．

［2］水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心．GB 50433—2008開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008．

［3］肖飛．公路水土流失類(lèi)型及預(yù)測(cè)方法研究［J］．水土保持應(yīng)用技術(shù)，2008（6）：32－34．

［4］高旭彪．開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目土壤侵蝕模數(shù)預(yù)測(cè)方法初步研究［J］．中國(guó)水土保持科學(xué)，2008（3）：116－120．

［5］胡玉平，王慧覺(jué)，姜超．對(duì)公路建設(shè)項(xiàng)目水保方案中水土流失監(jiān)測(cè)的研究［J］．水土保持科技情報(bào)，2004（3）：35－36．

［6］趙永軍．開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制技術(shù)［M］．北京：中國(guó)大地出版社，2007．

［7］冷光義，陳萍．類(lèi)比法在山區(qū)高速公路水土流失預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］．公路交通技術(shù)，2010（5）：148－151．

［8］潘獻(xiàn)鴻，李海林，高榮．類(lèi)比法預(yù)測(cè)建設(shè)項(xiàng)目水土流失量［J］．水土保持應(yīng)用技術(shù)，2009（6）：14－16．

［9］崔丹，李世鋒，余塋，等．類(lèi)比法在高速公路建設(shè)土壤流失預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］．中國(guó)水土保持，2003（5）：35－36．