高速公路建設(shè)中的水土流失及其防治措施探討

劉安民

（和榆高速公路建設(shè)管理處，山西 左權(quán) 032600）

近年來，山西省公路建設(shè)迅速發(fā)展，特別是高速公路建設(shè)和發(fā)展尤為突出，截止2014年底，全省公路總里程突破14萬km，其中高速公路總里程達(dá)4 821 km。高速公路作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，它的快速發(fā)展對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有十分重要的推動作用[1]。但是，在高速公路建設(shè)的過程中，由于嚴(yán)重?cái)_動了原地貌、地表植被，改變了微地形和土地利用類型，產(chǎn)生了大量的棄土、棄渣，對于高速公路沿線的生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的破壞，促進(jìn)了項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)的水土流失，引起了社會各界的廣泛關(guān)注[2-4]。高速公路建設(shè)中的水土流失通常呈線性分區(qū)，且影響范圍較廣，根據(jù)工程建設(shè)特點(diǎn)及項(xiàng)目區(qū)自然條件，應(yīng)采取相應(yīng)的水土流失防治措施減少或避免因高速公路建設(shè)而帶來的水土流失[5]。本文以汾陽至邢臺高速公路榆社—和順康家樓段（以下簡稱和榆高速公路）為例，對高速公路建設(shè)過程中造成的水土流失量進(jìn)行預(yù)測分析，并依據(jù)水土流失防治分區(qū)提出了相應(yīng)的水土流失防治措施，為同類型高速公路水土流失防治措施的合理布設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 高速公路概況

和榆高速公路是山西省高速公路網(wǎng)“九橫九環(huán)”中是第六橫汾陽至邢臺高速公路的東段。路線起自平遙—榆社高速公路終點(diǎn)，經(jīng)榆社立交樞紐與太長高速公路相連，終于和順縣康家樓（省界），與河北省規(guī)劃的“五縱六橫七條線”高速公路網(wǎng)中的第五橫臨清（冀魯界）—和順（晉冀界）高速公路西段相連，全長91.835 km，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h。全線設(shè)立交15處，隧道19座，橋梁62座，涵洞124道。項(xiàng)目全線挖填方總量為2 246.47萬m3，棄方335.82萬m3，永久占地472.59 hm2，臨時(shí)占地104.52 hm2。本項(xiàng)目由路基、橋梁、隧道、路面工程、取土場、棄渣場、施工營地和施工便道等部分組成。

2 項(xiàng)目區(qū)自然概況

項(xiàng)目區(qū)位于太行山中段山區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造和長期的侵蝕、剝蝕作用，地形起伏、溝壑縱橫，地形條件復(fù)雜，地貌類型主要有黃土丘陵區(qū)、土石低山區(qū)及石質(zhì)中山區(qū)；年平均氣溫6.3℃～8.8℃；年平均降水量537.5～592.8 mm，多集中于6—8月份，24小時(shí)最大降雨量136.3 mm；最大凍土深度約110 cm；年平均風(fēng)速1.4～2.4 m/s，最大風(fēng)速22.8 m/s；土壤類型主要分為褐土和草甸土兩大類，其中褐土包括淡褐土、粗骨性山地褐土、山地褐土和碳酸鹽褐土性土，草甸土只包括草甸土類中的淺色草甸土亞類；自然植被類型屬暖溫帶落葉闊葉林和針闊混交林，以人工針葉林、闊葉林和次生落葉灌木林為主。

3 水土流失量預(yù)測

3.1 預(yù)測單元

水土流失預(yù)測的目的是為了確定行之有效的水土保持措施總體布局，預(yù)測項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營帶來的水土流失總量及分布，分析可能造成的水土流失危害，明確重點(diǎn)防治區(qū)。因此根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的不同情況，依據(jù)以下原則進(jìn)行水土流失預(yù)測單元的劃分：同一預(yù)測單元的地貌、地表的物質(zhì)組成相同；同一預(yù)測單元擾動方式相同；同一預(yù)測單元土地利用現(xiàn)狀基本一致；同一預(yù)測單元主要土壤侵蝕因子基本一致。

根據(jù)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，按不同的分部分項(xiàng)工程占地，可將項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測單元劃分為路基工程、橋梁工程、隧道工程、路面工程、取土場、棄渣場、施工營地和施工便道等8個預(yù)測單元。

3.2 預(yù)測方法

本項(xiàng)目水土流失量采用數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)各個時(shí)段新增的土壤侵蝕量，計(jì)算項(xiàng)目建設(shè)期和運(yùn)營初期的土壤侵蝕總量。

擾動地表新增土壤流失量采用式（1）進(jìn)行預(yù)測：

式中：Ws1為擾動地表新增水土流失量，t；n為預(yù)測單元，1，2，3，……n；Fi為第 i個預(yù)測單元的面積，km2；Ms1為不同預(yù)測單元擾動后的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Ms0為不同預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)背景值，t/km2·a；Ti為預(yù)測時(shí)段，a。

3.3 預(yù)測結(jié)果

項(xiàng)目區(qū)主體工程在建設(shè)期內(nèi)水土流失涉及的面積較廣，路基路面、橋梁、隧道、取土場、棄渣場等在建設(shè)期損壞原地貌植被，造成地表裸露，土壤侵蝕加劇。建設(shè)期土壤侵蝕主要發(fā)生在路基土方開挖期，此后隨著路面工程及附屬設(shè)施的陸續(xù)建成，路面得到硬化，排水設(shè)施也逐步完善，可能造成水土流失的面積開始減少。在建設(shè)期結(jié)束后，路基路面、附屬設(shè)施及排水設(shè)施已建成完工，維護(hù)管理措施逐步到位，水土流失逐步減少。經(jīng)預(yù)測分析，項(xiàng)目建設(shè)期和植被恢復(fù)期內(nèi)原地貌土壤侵蝕量為6.90萬t，擾動原地貌可能造成的土壤侵蝕量為16.29萬t，其中施工期14.54萬t、植被恢復(fù)期1.75萬t；新增土壤侵蝕量為9.39 萬 t。

4 水土流失防治措施

4.1 水土流失防治目標(biāo)

項(xiàng)目區(qū)屬《全國水土保持規(guī)劃國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)復(fù)核劃分成果》中的太行山重點(diǎn)治理區(qū)，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，屬水力侵蝕一級類型區(qū)中的北方土石山區(qū)，土壤允許侵蝕量為200 t/km2·a，沿線黃土丘陵區(qū)水土流失達(dá)到中度侵蝕，土石低山區(qū)和石質(zhì)中山區(qū)處于輕度侵蝕。按照《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB50434—2008）要求，水土流失防治目標(biāo)執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)值分別為擾動土地治理率95%，水土流失總治理度95%，土壤流失控制比0.8，攔渣率95%，林草植被恢復(fù)率97%，植被覆蓋率30%。

4.2 水土流失防治分區(qū)

依據(jù)項(xiàng)目區(qū)在山西省水土流失類型區(qū)劃分中屬黃土丘陵階地中度侵蝕區(qū)和土石山地較輕微侵蝕區(qū)的結(jié)果，將水土流失防治分區(qū)劃分為黃土丘陵區(qū)、土石低山區(qū)和石質(zhì)中山區(qū)等3個一級防治分區(qū)，主體工程區(qū)防治區(qū)、取土場防治區(qū)、棄渣場防治區(qū)和臨時(shí)工程防治區(qū)等4個二級防治分區(qū)。

4.3 水土流失防治措施

本項(xiàng)目根據(jù)水土流失防治分區(qū)，結(jié)合工程特點(diǎn)、當(dāng)?shù)刈匀粭l件及水土流失特征，從實(shí)際出發(fā)，布設(shè)水土流失防治體系。防治措施主要有工程措施、土地整治措施和植物措施，此外還有一些臨時(shí)防護(hù)措施，工程措施主要布設(shè)在取土場、棄渣場；土地整治措施主要布設(shè)在項(xiàng)目建設(shè)過程中擾動后未進(jìn)行硬化處理需布設(shè)植物措施或復(fù)墾還田的部位；植物措施主要布設(shè)在取土場、棄渣場、施工便道、填方邊坡、坡腳、挖方邊坡、碎落臺、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、互通立交等部位。各二級防治分區(qū)具體防治措施布設(shè)如下：

a）主線工程防治區(qū)（Ⅰ區(qū)） 該區(qū)主要包括路基工程、橋梁工程、隧道工程及路面工程等。通過設(shè)置擋墻、護(hù)坡、排水溝等工程措施及植物護(hù)坡，掛網(wǎng)植草、微地形整治、植物覆蓋等植物措施和路基路面的臨時(shí)攔擋、覆蓋，防護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)對區(qū)內(nèi)水土流失的有效防治。

b）取土場防治區(qū)（Ⅱ區(qū)） 該區(qū)主要通過設(shè)置截水溝、排水溝、急流槽、沉砂池等工程措施，對取土場地進(jìn)行場地整治、復(fù)墾、灌草綠化與防護(hù)等植物措施，對取土場剝離的表層熟土及建設(shè)期的開挖面實(shí)行的臨時(shí)攔擋和覆蓋的臨時(shí)措施來實(shí)現(xiàn)對區(qū)內(nèi)水土流失的有效防治。

c）棄渣場防治區(qū)（Ⅲ區(qū)） 該區(qū)主要通過設(shè)置擋渣墻、截水溝、排水溝、削力池等工程措施，對棄土場進(jìn)行土地整治，喬灌草綠化等植物措施，對建設(shè)期的渣面實(shí)行臨時(shí)攔擋及覆蓋的臨時(shí)措施來實(shí)現(xiàn)對區(qū)內(nèi)水土流失的有效防治。

d）臨時(shí)工程防治區(qū)（Ⅳ區(qū)） 該區(qū)主要通過對施工營地、施工便道設(shè)置排水溝，沉砂池等工程措施，對施工營地、施工便道進(jìn)行土地整治、復(fù)墾、喬灌草綠化等植物措施，和一些臨時(shí)攔擋覆蓋等防護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)對區(qū)內(nèi)水土流失的有效防治。

5 結(jié)論

高速公路建設(shè)過程中會伴有大量的土石方開挖和回填，再加上大量的取土和棄渣，擾動了原地貌，破壞了原有水土保持設(shè)施，加劇了人為水土流失，對高速公路周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。根據(jù)不同高速公路建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)和區(qū)域水土流失特點(diǎn)，進(jìn)行施工期和運(yùn)行初期水土流失量預(yù)測分析，提出以工程措施、植物措施和臨時(shí)措施等3項(xiàng)措施相結(jié)合的，合理有效的水土流失防治措施體系布局，對于高速公路自身的建設(shè)和運(yùn)營安全及沿線周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和保護(hù)均具有十分重要的意義[6]。

The Discussion on Water and Soil Loss and Its Prevention and Control Measures in the Highway Construction

[1]江玉林，杜娟.高等級公路生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題與對策[J].公路，2000（8）：68-72.

[2] 高鵬，劉作新，于素榮.高速公路建設(shè)區(qū)的水土流失與防治技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（4）：543-545.

[3] 馬少杰，劉國東.高速公路建設(shè)水土流失分析及水土保持研究[J].公路，2006（10）：128-134.

[4]李文軍.山西省高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治措施探討[J].山西交通科技，2014（6）：91-93.

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[6] 陳宗偉，江玉林，張洪江，等.高速公路施工期水土流失影響因素及其防治措施[J].水土保持研究，2006，13（5）：120-123.