淮南上窯至曹庵公路改建水土流失預(yù)測與防治

林 晶 陳永春

(1.淮南市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，安徽淮南 232001;2.煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，安徽淮南 232001)

上窯至曹庵公路工程是典型的線形工程，線路途經(jīng)地貌多為平原區(qū)，局部為微丘區(qū)，路基的填方地段較多，施工期間因施工機(jī)械的使用及大量的開挖堆填，破壞了土體原有的自然結(jié)構(gòu)和水體循環(huán)路徑，路基邊坡和路塹邊坡在暴雨沖刷下容易造成水土流失。

本文通過對(duì)工程影響區(qū)域水土保持現(xiàn)狀的調(diào)查，根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)，對(duì)本工程防治責(zé)任范圍內(nèi)可能造成的水土流失及危害進(jìn)行預(yù)測、分析，并提出切實(shí)可行的防治措施，使新增的水土流失得到有效控制，減少泥沙進(jìn)入河道和淤埋水田，保證道路行車安全，改善項(xiàng)目區(qū)及其周邊的生態(tài)環(huán)境［1，2］，同時(shí)，明確建設(shè)單位所應(yīng)承擔(dān)的水土流失防治責(zé)任和范圍，為水土保持監(jiān)督管理部門實(shí)施監(jiān)督、收費(fèi)、處罰提供科學(xué)和技術(shù)依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目建于安徽省淮南市大通區(qū)、田家庵區(qū)，為G206繞城公路、淮南市東南部南北交通的主要干線，公路等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)車速80 km/h，路基寬度15 m～26 m。全線共占用土地88.40 hm2，其中永久占地78.05 hm2，臨時(shí)占地10.35 hm2。2008年1月開始施工準(zhǔn)備，2008年3月正式開工建設(shè)，2009年12月完工，施工總工期24個(gè)月(含施工準(zhǔn)備期2個(gè)月)。

項(xiàng)目位于淮南市東部，地處淮河水系，地表水系較為發(fā)育，路線走廊帶內(nèi)主要河流有窯河及高塘湖，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，四季分明，春暖秋爽，夏炎冬寒，多年平均降水量為932 mm，路線起于淮南與蚌埠交界處上窯鎮(zhèn)李家洼，終點(diǎn)位于曹庵鎮(zhèn)姚巷。地貌以平原為主，局部丘陵，土地構(gòu)成以耕地為主，占總土地面積的60%以上，林草覆蓋率為16.7%，土壤侵蝕強(qiáng)度為輕度，主要為水力侵蝕，年平均侵蝕模數(shù)微丘地貌單元為500 t/(km2·年);平原地貌單元為300 t/(km2·年)。

2 水土流失預(yù)測

2.1 預(yù)測方法

采用類比預(yù)測法［3］，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件、施工擾動(dòng)特點(diǎn)預(yù)測工程建設(shè)過程可能產(chǎn)生的新增土壤流失量。

因開挖擾動(dòng)地表產(chǎn)生的水土流失量采用下列公式計(jì)算:

其中，W為水土流失量，t;Fi為第i預(yù)測單元擾動(dòng)區(qū)域的面積，km2;Mi為第i預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年);Ti為第i預(yù)測單元預(yù)測時(shí)段，年;i為預(yù)測單元，i=1，2，3，…，n。

通過上式可以計(jì)算出各個(gè)單元預(yù)測時(shí)段內(nèi)原生的水土流失量及擾動(dòng)后的水土流失總量，兩者的差值即為新增的水土流失量。

2.2 預(yù)測結(jié)果

水土流失預(yù)測結(jié)果見表1～表3。

表1 施工準(zhǔn)備期可能造成水土流失量預(yù)測成果

由表1～表3可知，本工程建設(shè)期共可能造成水土流失總量為 15 697.7 t，其中原生水土流失量 943.1 t，新增水土流失量14 754.6 t。工程建設(shè)擾動(dòng)原地貌面積88.40 hm2;損壞現(xiàn)有的水土保持設(shè)施面積86.71 hm2;建設(shè)期產(chǎn)生棄土(渣)16.49萬 m3。本方案采用類比法對(duì)水土流失進(jìn)行預(yù)測，從各個(gè)工區(qū)施工期土壤侵蝕模數(shù)類比預(yù)測結(jié)果來看，各工區(qū)的水土流失量大大超過了該區(qū)容許土壤流失量200 t/(km2·年)。施工期(包括施工準(zhǔn)備期)可能造成的新增水土流失量14 162.6 t，占新增流失量的96.0%;自然恢復(fù)期新增水土流失量為575.2 t，占新增流失量的3.9%，因此，水土流失主要發(fā)生在施工期。

表2 施工期可能造成水土流失量預(yù)測成果

表3 自然恢復(fù)期可能造成水土流失量預(yù)測成果

3 水土流失防治

3.1 防治目標(biāo)

本項(xiàng)目區(qū)屬水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)，根據(jù)建設(shè)類項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)適用條件和工程的建設(shè)特點(diǎn)，確定本項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍內(nèi)的水土流失防治目標(biāo)應(yīng)達(dá)到6項(xiàng)指標(biāo)，并作為本項(xiàng)目水土保持設(shè)施竣工驗(yàn)收的依據(jù)，具體見表4。

表4 工程水土流失防治目標(biāo)

3.2 防治分區(qū)

根據(jù)公路沿線的氣候特點(diǎn)、地形地貌類型、新增水土流失的特點(diǎn)及項(xiàng)目主體工程布局及建設(shè)時(shí)序，將水土流失防治分區(qū)分為Ⅰ區(qū)(主體工程防治區(qū))、Ⅱ區(qū)(取土場防治區(qū))、Ⅲ區(qū)(棄土場防治區(qū))、Ⅳ區(qū)(施工場地防治區(qū))、Ⅴ區(qū)(施工便道防治區(qū))、Ⅵ區(qū)(拆遷安置區(qū))等6個(gè)防治分區(qū)［4］。

3.3 新增水土保持措施設(shè)計(jì)

3.3.1 主體工程防治區(qū)措施

1)施工期路基臨時(shí)排水措施。a.路肩擋水土埂。在路基施工中，在路肩邊緣兩側(cè)順路肩先筑土坎(土坎斷面尺寸為:高0.3 m、頂寬 0.3 m、底寬 0.75 m、邊坡 1∶0.75)，防止匯流下泄沖毀路基。b.臨時(shí)排水及沉砂。沿線路路基兩側(cè)開挖臨時(shí)性邊坡排水溝，用以排泄路面上的集中匯流，邊坡排水溝按一定間距設(shè)置砂池兼消力池。沉砂池為矩形斷面，塊石砌筑并抹面，內(nèi)控尺寸長×寬×深為3.0 m×1.0 m×1.5 m，以阻留從坡面沖蝕的土壤，沉砂池要有足夠的容量以沉淀土(石)渣。2)臨時(shí)覆蓋措施。填方路基施工結(jié)束后，如不能及時(shí)進(jìn)行邊坡防護(hù)工程的施工，遇汛期可使用草墊臨時(shí)遮蓋防護(hù)，按200 m為一個(gè)施工段，草墊按使用3次(段)作廢估算。主體工程區(qū)新增水土保持措施工程量見表5。

表5 主體工程區(qū)新增水土保持措施工程量

3.3.2 取土場防治區(qū)措施設(shè)計(jì)

為便于集中取土，取土坑原則上不小于1.33 hm2，四周各留100 cm寬的用地界;若大于2.0 hm2，中間應(yīng)留有300 cm寬的土埂，供取土運(yùn)輸及養(yǎng)殖發(fā)展用道路。取土場取土前清除地表30 cm的耕植土。

1)取土施工要求及組織管理建議。a.公路施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照主體工程施工圖設(shè)計(jì)劃定的取土場進(jìn)行取土，禁止隨處亂挖亂棄。b.工程設(shè)計(jì)的取土場若不能滿足施工填料要求需另行開辟土場時(shí)，設(shè)計(jì)方應(yīng)根據(jù)環(huán)保要求會(huì)同各方進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，不得隨意指定。c.取土場施工結(jié)束后應(yīng)對(duì)坡面夯實(shí)，以免造成塌方，取土深度控制在一定范圍之內(nèi)，以便將來恢復(fù)為魚塘或藕塘。d.公路施工承發(fā)包合同中，應(yīng)明確料場管理規(guī)定，施工責(zé)任落實(shí)到人。2)工程措施:取土坑分層開挖取土，為減少土的含水量，每層取土前先在坑區(qū)內(nèi)設(shè)置縱橫向排水溝，將水引入低洼處或及時(shí)用小型機(jī)械抽排。取土坑內(nèi)排水溝間距30 m～40 m。施工應(yīng)嚴(yán)格按照取土場邊坡設(shè)計(jì)坡率進(jìn)行開挖，挖深小于3 m(包括表層土)。3)臨時(shí)措施:施工前先將場地的表土剝離，厚度30 cm，堆放于場地一角，堆高不大于3 m，邊坡比為1∶1.5，其周圍設(shè)臨時(shí)截排水溝。4)植物措施:根據(jù)平原地區(qū)公路施工的特點(diǎn)，按照主體工程設(shè)計(jì)，全線共設(shè)取土場3處，占地面積18.0 hm2(均為耕地)。為保持取土場岸坡穩(wěn)定，在其四周種植兩行意楊，株距3.0 m，行距2.0 m。取土場防治區(qū)新增水土保持措施工程量見表6。

3.3.3 棄土場防治區(qū)措施設(shè)計(jì)

棄土場臨時(shí)堆放的耕植土堆放邊坡控制在1∶1左右，堆高控制在3.0 m左右，臨時(shí)堆土斷面為梯形，在土堆的四周用彩鋼板防護(hù)，彩鋼板高2.0 m;并在土堆表面用草墊進(jìn)行臨時(shí)覆蓋。土堆外側(cè)設(shè)計(jì)斷面為梯形的簡易排水渠，排入附近現(xiàn)有排水溝渠。簡易排水渠排水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇24 h暴雨，排水流量采用“安徽省山丘區(qū)中、小面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算辦法(84年修訂稿)”計(jì)算，結(jié)果為0.40 m3/(s·km2)。排水渠設(shè)計(jì)斷面為底寬20 cm，內(nèi)坡1∶1，深20 cm。施工結(jié)束后，棄土場堆置的剩余表土運(yùn)至取土場，進(jìn)行土地平整后恢復(fù)原有的地貌［5］。棄土場新增水土保持措施工程量見表7。

表6 取土場防治區(qū)新增水土保持措施工程量

表7 棄土場新增水土保持措施工程量

3.3.4 施工場地防治區(qū)措施設(shè)計(jì)

1)工程措施。a.排水溝工程:在施工場地周圍開挖排水溝，采用50 cm×50 cm梯形斷面土質(zhì)排水溝，邊坡1∶1，內(nèi)壁夯實(shí);b.土地整治:施工完畢后清除施工場地硬化層10 cm，并返還表土，進(jìn)行土地整治后歸還當(dāng)?shù)剡M(jìn)行復(fù)耕。

2)臨時(shí)措施:施工前先將場地的表土剝離，厚度30 cm，堆放于場地一角，堆高不大于3 m，邊坡比為1∶1.5，其周圍設(shè)裝土編織袋臨時(shí)攔擋，梯形斷面，高50 cm，上底寬50 cm，下底寬150 cm。

3)植物措施:對(duì)施工前場地堆放的表土表面撒播紫花苜蓿草籽。施工場地防治區(qū)新增水土保持措施工程量見表8。

表8 施工場地防治區(qū)新增水土保持措施工程量

3.3.5 施工便道防治區(qū)措施設(shè)計(jì)

本工程施工便道均采用泥結(jié)碎石路面，路基寬7.0 m，路面寬5.0 m，泥結(jié)碎石路面厚20 cm。1)施工期防護(hù)及管理措施。對(duì)于開辟施工便道過程中新產(chǎn)生的廢渣必須及時(shí)清除，運(yùn)至附近取土場統(tǒng)一進(jìn)行處置，與取土場表層土一起堆放，禁止隨處亂棄。施工期間做好施工便道的防、排水措施，如臨時(shí)土質(zhì)邊溝(必要時(shí)需鋪砌石塊以減少溝底和溝岸土壤的沖刷)等。除此以外，為防止施工期間施工車輛隨意碾壓，破壞原地表植被，增加水土流失，在施工過程中嚴(yán)格規(guī)定行車通道，避免破壞施工便道沿線的植被和生態(tài)，施工結(jié)束后進(jìn)行恢復(fù)［6］。2)工程措施。為防止坡面徑流對(duì)路面的沖刷，擬設(shè)置簡易排水溝。排水溝斷面采用梯形，尺寸為底寬50 cm，深50 cm，邊坡1∶1，土方開挖566 m3。施工便道區(qū)水土保持措施典型設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 施工便道區(qū)水土保持措施典型設(shè)計(jì)圖

3.3.6 拆遷安置區(qū)水土保持要求

1)拆遷安置建房占地應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，集中布置，嚴(yán)禁亂占耕地，保護(hù)土地資源;

2)拆遷安置工程區(qū)應(yīng)合理布設(shè)排水系統(tǒng)，以免徑流沖刷，引起水土流失;

3)拆遷工程完工后，在拆遷安置區(qū)搞好村鎮(zhèn)綠化，積極開展“四旁”植樹和道路綠化，以美化環(huán)境，保護(hù)村莊，發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)。綠化時(shí)應(yīng)采用安置地適生樹種，做到適地適樹，應(yīng)種植一些常綠喬、灌木以及布置花卉、草坪等，以達(dá)到保持水土、恢復(fù)和改善景觀的目的［7］。

4 結(jié)語

本工程的建設(shè)具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有顯著作用。雖然工程建設(shè)存在著損壞原有地貌，產(chǎn)生棄土棄渣等可能造成水土流失的不利因素，但通過水土防治分區(qū)，對(duì)可能造成的新增水土保持提出相應(yīng)措施，形成一個(gè)完整的以工程措施為先導(dǎo)、以土地整治與植物措施相結(jié)合的水土流失防治體系，減少工程建設(shè)所引起的水土流失，從水土保持角度來看，不存在制約工程建設(shè)的關(guān)鍵因素。

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