道路工程水土流失預(yù)測(cè)及防治措施研究

陳國(guó)武

（福建省仙游縣水利局水土辦，福建 仙游 351200）

0 引言

道路工程是典型的線性工程，項(xiàng)目布局跨度大，呈線狀分布。線性工程同其他建設(shè)項(xiàng)目相比，具有動(dòng)用土石方數(shù)量大、施工工期長(zhǎng)、產(chǎn)生大面積裸露邊坡等特點(diǎn)，對(duì)沿線地形地貌、土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境及景觀格局都有較大影響［1-2]。水土流失預(yù)測(cè)就是根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的總體布局和生產(chǎn)施工工藝，以水土流失規(guī)律為基礎(chǔ)，綜合分析擾動(dòng)和破壞面、棄土棄渣等情況。對(duì)可能產(chǎn)生的水土流失量評(píng)估和推測(cè)，可為水土保持方案的編制提供基礎(chǔ)依據(jù)。仙游縣鯉城公園路運(yùn)用類比的土壤侵蝕模數(shù)法分析水土流失特征和影響因素，預(yù)測(cè)各防治區(qū)水土流失量，為水土流失防治措施的合理布局提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

仙游縣鯉城公園路（解放中路至城墻頂路）工程起點(diǎn)順接現(xiàn)狀解放中路，向北延伸，道路終點(diǎn)與規(guī)劃城墻頂路相交。道路設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為454.484 m，道路橫斷面型式采用單幅路，路幅寬度為24 m，雙向四車道，道路等級(jí)為次干路，設(shè)計(jì)速度30 km/h，路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土路面。建設(shè)項(xiàng)目總占地1.119 hm2，其中永久占地面積1.091 hm2，臨時(shí)占地面積0.028 hm2。工程建設(shè)內(nèi)容包括道路工程、給水工程、雨水工程、污水工程、道路照明、電力工程、通訊工程、道路綠化及交通安全設(shè)施等。

1.2 水土流失現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)為南方紅壤區(qū)，水土流失以水力侵蝕為主，土地林草覆蓋良好，以輕度侵蝕為主。依據(jù)全國(guó)土壤侵蝕類型區(qū)劃，工程屬于水力侵蝕一級(jí)類型區(qū)中的南方紅壤丘陵區(qū)，水土流失容許值500 t/（km2·a）。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)各土地類型和水土流失現(xiàn)狀，結(jié)合各土地類型占地比重，土壤侵蝕背景模數(shù)采用加權(quán)平均法取值，經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目區(qū)侵蝕模數(shù)背景值為350 t/（km2·a）。

2 水土流失預(yù)測(cè)及防治措施配置

2.1 水土流失影響因素

工程施工過程中路基挖填、路面施工和臨時(shí)設(shè)施均會(huì)對(duì)水土流失產(chǎn)生影響。施工期水土流失影響因素分析見表1。

表1 項(xiàng)目施工期水土流失影響因素分析表

2.2 開挖擾動(dòng)面積

土石方開挖、場(chǎng)地的整理等不可避免地?cái)_動(dòng)地表，破壞植被，降低原有區(qū)域的保水、保土功能。如不采取防護(hù)的措施，裸露的開挖面遇降雨侵蝕將產(chǎn)生不同程度的水土流失。工程征占地面積為1.119 hm2，擾動(dòng)總面積1.119 hm2，見表2。

表2 擾動(dòng)地表面積統(tǒng)計(jì)表 單位：hm2

2.3 水土流失量預(yù)測(cè)

2.3.1 預(yù)測(cè)單元

水土流失預(yù)測(cè)單元依據(jù)特征相似劃分，即參照地形地貌、擾動(dòng)后地表基質(zhì)層、擾動(dòng)方式及氣象因子。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)情況和特點(diǎn)及項(xiàng)目區(qū)水土流失形式和特點(diǎn)，水土流失預(yù)測(cè)劃分為：路基工程防治區(qū)、施工場(chǎng)地防治區(qū)2 個(gè)預(yù)測(cè)單元進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.3.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

工程施工各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)段根據(jù)工程建設(shè)的施工進(jìn)度安排、施工工藝、水土流失特點(diǎn)、當(dāng)?shù)厮亮魇б?guī)律及擾動(dòng)在面植被恢復(fù)所需時(shí)間具體確定。水土流失預(yù)測(cè)分區(qū)及時(shí)段劃分見表3。

表3 水土流失預(yù)測(cè)區(qū)域及預(yù)測(cè)時(shí)段表

2.3.3 預(yù)測(cè)方法

工程擾動(dòng)地表后土壤侵蝕模數(shù)的預(yù)測(cè)采用類比法。根據(jù)類似工程水土流失實(shí)測(cè)資料，分析預(yù)測(cè)工程與實(shí)測(cè)工程在氣象特征、地形地貌、植被、土壤及擾動(dòng)地表的物質(zhì)和坡度、坡長(zhǎng)、侵蝕類型、棄土（石、渣）的堆放形態(tài)等水土流失因子的可比性。

根據(jù)工程地形地貌、氣象特征、植被類型、覆蓋率等特點(diǎn)，選擇莆田江口風(fēng)電場(chǎng)作為類比工程。依據(jù)類似工程水土流失實(shí)測(cè)資料，對(duì)水土流失因子比較，修正有關(guān)參數(shù)，從而得出本工程各預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)。土壤侵蝕模數(shù)調(diào)整系數(shù)見表4，工程擾動(dòng)后的土壤侵蝕模數(shù)見表5。

表4 土壤侵蝕模數(shù)調(diào)整系數(shù)表

表5 平均土壤侵蝕模數(shù)M 值 單位：t/（km2·a）

新增水土流失量采用擾動(dòng)前后侵蝕模數(shù)分析計(jì)算：

式中：W為土壤流失量，t；i為各預(yù)測(cè)單元；j=1，2，3，……n-1，n，n=5；j為預(yù)測(cè)時(shí)段，j=1，2，指施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期兩個(gè)時(shí)段；Fji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積，km2；Tji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段，a；Mji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）。當(dāng)預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕強(qiáng)度恢復(fù)至原地貌土壤侵蝕模數(shù)及以下時(shí)，不再計(jì)算。

2.3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)地形、降雨、地貌、土壤和植被等水土流失影響因子，結(jié)合試驗(yàn)研究資料和計(jì)算的各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)，預(yù)測(cè)區(qū)域的水土流失量，見表6。

表6 水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果綜合分析表

由表6 可知，工程預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)因開挖擾動(dòng)而可能產(chǎn)生的水土流失總量共計(jì)74.1 t，施工期（含施工準(zhǔn)備期）流失70.2 t，自然恢復(fù)期流失3.9 t，工程新增水土流失量67.9 t。分區(qū)看，路基工程防治區(qū)水土流失量占項(xiàng)目區(qū)水土流失總量的98.68%，應(yīng)作為重點(diǎn)防治區(qū)，采取完善的工程措施、植物措施加以防治。施工場(chǎng)地在施工過程中地表裸露，碾壓地表，破壞植被，應(yīng)盡快實(shí)施防護(hù)措施，恢復(fù)植被，減少水土流失量。從時(shí)段上看，工程的水土流失主要集中在施工期，占據(jù)總量的94.76%，施工期應(yīng)作為水土流失防治和監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段。

2.4 防治措施配置

（1）分區(qū)預(yù)測(cè)主體工程區(qū)水土流失量最大，水土保持防治重點(diǎn)應(yīng)對(duì)主體工程區(qū)采取切實(shí)有效的防治措施，以減少施工期的水土流失面積和水土流失量，并對(duì)該區(qū)域做好水土保持流失重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

（2）從土壤侵蝕時(shí)段方面分析，項(xiàng)目各預(yù)測(cè)單元的施工期時(shí)段較長(zhǎng)，需合理安排工程建設(shè)工期和實(shí)施計(jì)劃，避開雨季施工。

（3）從土壤侵蝕強(qiáng)度方面分析，施工期各預(yù)測(cè)單元造成的水土流失強(qiáng)度最大，要加強(qiáng)施工期水土流失防治措施，尤其是土石方工程要嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)的要求，有效控制人為造成水土流失。

結(jié)合工程實(shí)際和項(xiàng)目區(qū)水土流失現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)分析結(jié)果，配置總體水保措施，見表7。

表7 水土保持措施體系總體布局表

3 結(jié)論

作為典型線性工程的道路施工項(xiàng)目，為了配置水土流失總體布局方案和各單項(xiàng)防治措施，必須結(jié)合線性工程特點(diǎn)和水土流失現(xiàn)狀，采取科學(xué)預(yù)測(cè)方法綜合分析、研判工程施工和運(yùn)行期對(duì)地表、植被和基質(zhì)層的擾動(dòng)破壞程度，計(jì)算可能的水土流失數(shù)量、形式和強(qiáng)度等，這是確保線性工程順利推進(jìn)、安全運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。