山區(qū)高速公路水土流失的特點(diǎn)及防治措施體系——以西漢高速公路漢中至勉縣段為例

閻 瑾，趙 雪

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 礦環(huán)學(xué)院，重慶 400037）

引言

近年來，國家加大高速公路建設(shè)，完善交通網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而改善交通條件、優(yōu)化投資環(huán)境，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。特別是隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,對(duì)高速公路的建設(shè)提出了更高的要求[1]。我國高速公路的重點(diǎn)也逐步由沿海平原區(qū)向內(nèi)陸山區(qū)轉(zhuǎn)移，在山區(qū)修建了不少高速公路。山區(qū)的地形、水文、地質(zhì)條件較復(fù)雜 ,一般來說都是山高谷深、坡陡流急、溝壑縱橫、山地所占比例較高。在實(shí)際建設(shè)中，由于受這些自然條件以及自身技術(shù)指標(biāo)的限制，使得山區(qū)本來就很脆弱的自然生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。本文以西漢高速公路漢中至勉縣段為例，闡述了山區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土流失的成因、特點(diǎn)及防治對(duì)策，將工程措施與植物措施相結(jié)合并積極地采用新方法、新技術(shù),以期搞好高速公路水土保持工作,從而有效地改善公路沿線的生態(tài)環(huán)境。

1.建設(shè)項(xiàng)目簡況

西漢高速公路漢中至勉縣段起于漢中市東，經(jīng)南鄭、勉縣，與已建成通車的勉寧高速公路相接，全長5082公里，路基寬度26米（山區(qū)路段為24.5米），全線設(shè)橋梁7245米（54座），隧道2840米（單洞），防護(hù)工程46萬立方米。

項(xiàng)目途經(jīng)區(qū)域位于漢江以南近東西向的略陽、勉縣、洋縣大斷層中，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，沿線存在斷裂帶、滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。沿線土壤類型具有明顯地帶性，其中膨脹土在該路段十分普遍，對(duì)路基破壞力較大，加之陜南多雨，給工程施工增加難度。項(xiàng)目地處內(nèi)陸東亞季風(fēng)氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、溫暖濕潤、雨熱同季、四季分明。年降雨量876.3～998.5mm，最高氣溫 38.0℃，最低氣溫-10.1℃。

2.項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)

2.1 項(xiàng)目區(qū)水土流失背景值

根據(jù)南鄭縣水土流失現(xiàn)狀資料，結(jié)合類比調(diào)查，由平均土壤侵蝕模數(shù)乘以征占土地面積，則全線在不建公路情況下的原地貌水土流失總量為：

水土流失量=土壤侵蝕模數(shù)×水土流失面積

若流失土壤容重采用1.3t/m3，則水土流失量為10862.7 m3/a。

2.2 水土流失時(shí)段的劃分

水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段分為公路建設(shè)施工期和生產(chǎn)運(yùn)行期兩個(gè)時(shí)段[2]。

建設(shè)施工期，由于路基開挖、回填、取土及臨時(shí)便道的修筑等原因，破壞了公路沿線原有的地貌和植被，擾動(dòng)土壤表土結(jié)構(gòu)，降低土體抗蝕能力，侵蝕加劇。路基開挖造成大量的廢土棄于溝頭、溝岔、山坡上或河道岸坡上，這些松散土石廢料極易隨洪水流失。

在公路生產(chǎn)運(yùn)行期，因施工破壞而影響水土流失的各種因素，在各項(xiàng)水土保持措施功能日益得到發(fā)揮的過程中逐漸消失，并且隨著生態(tài)環(huán)境逐步得到恢復(fù)和改善，水土流失量逐漸減少直至達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，文章主要以公路建設(shè)施工期確定為水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段。該項(xiàng)工程總施工期為3年，水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段也取3年。

2.3 水土流失現(xiàn)狀預(yù)測(cè)內(nèi)容

（1）擾動(dòng)原地貌、損壞土地和植被的面積

擾動(dòng)原地貌、損壞土地和植被的面積主要由路基占地、取土場(chǎng)開挖損壞土地和棄土、棄渣場(chǎng)占?jí)和恋?部分構(gòu)成，3部分占地總面積約為357.5萬m2。

（2）棄土、棄石量及損壞水土保持設(shè)施數(shù)量預(yù)測(cè)

棄土、棄石數(shù)量的預(yù)測(cè)方法主要通過查閱項(xiàng)目區(qū)所在地相關(guān)政府部門的工程資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。全線共設(shè)5個(gè)棄土場(chǎng)，總棄土、棄石數(shù)量約為237.5萬m3。根據(jù)有關(guān)資料，結(jié)合沿線調(diào)查，損壞水土保持設(shè)施面積包括：水保田71萬m2、水保經(jīng)濟(jì)林 210.6萬 m2。

（3）新增水土流失量預(yù)測(cè)

公路施工過程中所產(chǎn)生的水土流失量減去不建公路情況下的原地貌水土流失量，即為由于公路建設(shè)所新增的水土流失量。建設(shè)過程中水土流失量預(yù)測(cè)如下：

1）棄土、棄渣場(chǎng)水土流失量預(yù)測(cè)

棄土棄渣場(chǎng)水土流失主要發(fā)生在坡面上，水土流失形式為溝蝕、滑坡及坍塌。經(jīng)類比分析，確定溝頭、溝岔?xiàng)壨亮魇禂?shù)為15%；棄土填溝因洪水集中影響，侵蝕嚴(yán)重，其流失系數(shù)為20%；順溝棄土因坡面面積較大，坡腳洪水沖刷，其水土流失系數(shù)為30%。棄土填于山谷取土坑或自然坑洼處，因當(dāng)年復(fù)耕，水土流失忽略不計(jì)。計(jì)算時(shí)土壤容重采用1.3t／m3。經(jīng)計(jì)算全線棄土場(chǎng)水土流失總量為60.2萬m3。

2）取土場(chǎng)水土流失預(yù)測(cè)

施工期取土場(chǎng)水土流失包含土場(chǎng)坡面和土場(chǎng)底面兩部分。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，全縣18個(gè)取土場(chǎng)的坡面面積為123000 m2，土壤侵蝕模數(shù)按 1000t/（km2·a），水土流失總量為 285.5 m3；取土場(chǎng)的底面面積為 172000 m2，土壤侵蝕模數(shù)按 900t/（km2·a），水土流失總量為 635.2 m3。

3）公路路基及路塹坡面

根據(jù)實(shí)測(cè)并結(jié)合相關(guān)資料評(píng)判，路基坡面土壤侵蝕模數(shù)按 13000t/（km2·a），水土流失量約為 16600 m3；路塹坡面土壤侵蝕模數(shù)按 1000t/（km2·a），水土流失量為 564 m3；路床及路槽頂面土壤侵蝕模數(shù)按900t/（km2·a），水土流失量為 1320 m3，上述三項(xiàng)合計(jì)水土流失總量為18484 m3。石質(zhì)坡面因侵蝕模數(shù)較小，坡面水土流失量忽略不計(jì)。

4）新增水土流失量

經(jīng)計(jì)算在不建公路情況下，路基征地范圍、棄土場(chǎng)、取土場(chǎng)施工期間水土流失總量為14121.5 m3。公路建設(shè)施工過程中棄土棄渣流失量為60.2萬m3；取土場(chǎng)水土流失量為635.2 m3；路基、路塹坡面及路床、路槽頂面水土流失總量為18484 m3。據(jù)此計(jì)算公路建設(shè)期間新增水土流失總量為606997.7 m3。

（4）造成水土流失危害預(yù)測(cè)

經(jīng)以上水土流失預(yù)測(cè)，公路建設(shè)施工期間新增水土流失總量為606997.7 m3，是不建公路情況下原地貌水土流失總量的40多倍。導(dǎo)致水土流失加劇三大因素中（棄土場(chǎng)、取土場(chǎng)、線路）棄土、棄渣流失最多，占總流失量的98.3%，公路位于漢江南岸，途徑柳樹溝水庫，大量的水土流失會(huì)破壞小流域的治理成果，侵占柳樹溝水庫庫容；大洪水時(shí)很可能誘發(fā)泥流，不僅影響公路自身的安全營運(yùn)、周邊環(huán)境、沿線村鎮(zhèn)、農(nóng)田及公共設(shè)施的安全，而且會(huì)影響水土資源和生態(tài)環(huán)境[3]。

3.水土流失防治措施

漢勉高速公路水土保持體系按其特點(diǎn)分為公路建設(shè)區(qū)，棄土、棄石區(qū)，取土區(qū)及臨時(shí)工程用地區(qū)。根據(jù)各區(qū)水土流失特點(diǎn)采取相應(yīng)防治措施，從而形成一套完整的水土流失防治體系。

3.1 公路建設(shè)區(qū)

（1）路堤邊坡的防護(hù)形式

對(duì)于填土高度低于2m的低填路段，采用種草護(hù)坡；對(duì)于填土高度大于2m而小于4m的路段，采用三維植被網(wǎng)護(hù)坡；對(duì)于填土高度大于4m的采用拱形骨架植草護(hù)坡。有的路段還設(shè)置了排水溝，有效的解決了下邊坡易失穩(wěn)的問題。

（2）路塹邊坡的防護(hù)形式

邊坡高度小于3米，采用鋪草皮護(hù)坡；邊坡高度為3～10米，坡面采用漿砌片石護(hù)面墻防護(hù)，保護(hù)沿線茂密的植被不受過多的開挖破壞；對(duì)于松散坡積物挖方邊坡，采用窗孔護(hù)面墻防護(hù)，窗孔內(nèi)植草；對(duì)于易風(fēng)化的片巖、千枚巖等軟質(zhì)巖石，中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖挖方邊坡，采用錨桿框架梁（梁內(nèi)鑲六棱塊植草）、窗孔護(hù)面墻防護(hù)；對(duì)于未風(fēng)化、弱風(fēng)化的硬質(zhì)巖石挖方邊坡，根據(jù)其裂隙發(fā)育情況，采用液壓噴播技術(shù)在自然巖面進(jìn)行植被恢復(fù)；對(duì)于坡率陡于1：0.5的坡面采用錨桿框架梁植草與三維網(wǎng)植草相結(jié)合的護(hù)坡形式[4]。

3.2 棄土棄石區(qū)

（1）溝頭棄土場(chǎng)防護(hù)措施

溝頭棄土場(chǎng)4座，在頂部靠近臨空面坡肩以上3～5m處，圍繞棄土場(chǎng)坡面修筑土埂，攔蓄坡面以上來水，坡面上采用漿砌片石排水溝，溝與溝之間采用植物防護(hù)設(shè)計(jì)，坡腳修筑漿砌片石擋渣墻，對(duì)棄土場(chǎng)頂面進(jìn)行平整，覆蓋耕作層，恢復(fù)植被。

（2）河道岸坡棄土場(chǎng)

這類棄土場(chǎng)有3座，在土場(chǎng)頂部靠近臨空面坡肩處圍繞棄土場(chǎng)臨空坡面修筑土埂，攔蓄棄土場(chǎng)頂面來水，斜坡采用了植物或綜合護(hù)坡措施[5]。但在實(shí)地走訪調(diào)查中，仍發(fā)現(xiàn)有的路段，隨意向河道倒置棄土的現(xiàn)象存在，這給河流的排洪等帶來極大的隱患，一旦發(fā)生暴雨，極有可能引發(fā)大規(guī)模的泥石流。

（3）零散棄土區(qū)

該類區(qū)域主要指的是橋梁工程下方，路域沿線附近的棄土棄渣區(qū)，這些區(qū)域的水土保持往往被人們所忽略，但其危害卻相當(dāng)嚴(yán)重。

3.3 取土區(qū)

全線共設(shè)18個(gè)取土場(chǎng)，根據(jù)取土位置及地形條件分別治理如下：

（1）河邊取土場(chǎng)取土后，坑底標(biāo)高經(jīng)水文計(jì)算仍在河道洪水位以上，土場(chǎng)坡腳不受河道洪水沖刷，將土場(chǎng)坡面削坡開級(jí)后在中間平臺(tái)和排水溝內(nèi)側(cè)植爬山虎，將土場(chǎng)坡面平整后覆土造田；

（2）切坡取土破壞了梯田、樹木、草地等水土保持設(shè)施，并造成原來山坡變陡失穩(wěn)，這類土場(chǎng)采用綜合防治，有的已基本恢復(fù)植被。

3.4臨時(shí)工程用地區(qū)

全線的臨時(shí)工程用地在工程結(jié)束時(shí)大多都進(jìn)行了土地復(fù)墾，從現(xiàn)在的情況看，其上植被恢復(fù)情況良好，但也有個(gè)別的臨時(shí)工程用地至今仍未作任何處理，任其荒置，經(jīng)測(cè)量，該場(chǎng)地占地約10000 m2，約合15畝，且原來該地均為優(yōu)質(zhì)水稻田，這給本來就人多地少的白馬村造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。

4.水土保持工程效益分析

4.1 生態(tài)效益

高速公路建成后，其水土保持工程共治理水土流失面積357.5 萬 m2，綠化面積 67400 m2，攔截棄渣量 342.2 萬 m3，做到泥沙就地?cái)r截，使水土流失降到最低點(diǎn)，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

4.2 社會(huì)效益

水土保持工程完工后，工程棄渣得到有效治理，開挖裸露面全部防護(hù)，部分植被得以恢復(fù)，邊坡得到了穩(wěn)定，可避免滑坡、崩塌、泥石流的發(fā)生，減少水土流失的危害，減少棄渣侵占河道影響行洪的危害，減少入庫泥沙量，有力地保障了公路行車及周圍農(nóng)田、村莊居民的安全，對(duì)當(dāng)?shù)丶爸苓吔?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

4.3經(jīng)濟(jì)效益

水土保持方案實(shí)施后，取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)全部復(fù)墾為耕地達(dá)340多畝，減輕當(dāng)?shù)厝硕嗟厣俚拿?，保護(hù)并合理利用寶貴的土地資源。平均每畝新造耕地價(jià)值按2500元計(jì)算，新增經(jīng)濟(jì)效益達(dá)百萬元以上。

5.結(jié)論及討論

5.1 項(xiàng)目區(qū)水土流失背景值為10862.7 m3/a。

5.2 公路建設(shè)期間新增水土流失總量為606997.7 m3。其中公路建設(shè)施工過程中棄土棄渣流失量為60.2萬m3；取土場(chǎng)水土流失量為635.2 m3；路基、路塹坡面及路床、路槽頂面水土流失量為18484 m3。

5.3 公路建設(shè)施工期間新增水土流失量是不建公路情況下原地貌水土流失總量的40多倍。導(dǎo)致水土流失加劇三大因素中（棄土場(chǎng)、取土場(chǎng)、線路）棄土、棄渣流失最多，占總流失量的98.3%。

5.4 針對(duì)公路建設(shè)區(qū)，棄土、棄石區(qū)，取土區(qū)及臨時(shí)工程用地區(qū)采用不同防護(hù)措施，形成一套完整的水土流失防治體系。

[1]張廣軍，趙曉光.水土流失及荒漠化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]胡玉平，王慧覺，李思悅，等.高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)方法研究[J].水土保持科技情報(bào)，2003，（4）：9-11.

[3]水利部水保司.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范[M].北京：水利水電出版社，1998.

[4]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.

[5]牛蘭蘭，丁國棟，趙方瑩.公路建設(shè)項(xiàng)目水土流失及其防治措施初探[J].中國水土保持科學(xué)，2007，5（1）：114-118.