新疆景區(qū)公路水土保持監(jiān)測研究與實踐

李 偉，劉 濤，蔡萬鵬，霍 靚

(交通運輸部科學研究院，北京 100029)

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新疆景區(qū)公路水土保持監(jiān)測研究與實踐

李 偉，劉 濤，蔡萬鵬，霍 靚

(交通運輸部科學研究院，北京 100029)

為了有效掌握新疆景區(qū)公路建設(shè)過程中的水土流失規(guī)律，綜合考慮該區(qū)自然條件和項目工程特性，結(jié)合當?shù)厮帘３直O(jiān)測實踐經(jīng)驗，通過采用地面觀測和調(diào)查監(jiān)測相結(jié)合的方法，設(shè)置水蝕徑流小區(qū)、簡易測釬小區(qū)等地面觀測設(shè)施，進行了新疆景區(qū)公路水土保持監(jiān)測研究與實踐，旨在為新疆景區(qū)公路工程科學、有序地開展水土保持監(jiān)測工作提供借鑒。

水土保持監(jiān)測；水土保持效益；景區(qū)公路；新疆

公路是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施和社會全面發(fā)展的助推器，公路建設(shè)在為人類的生產(chǎn)生活帶來便利的同時，也對公路沿線的生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。新疆維吾爾自治區(qū)作為我國西部大開發(fā)的主戰(zhàn)場，對公路建設(shè)需求較大。自治區(qū)“十二五”交通運輸發(fā)展規(guī)劃概要中強調(diào)，要突出“57712”工程并實現(xiàn)五大突破。同時，新疆景區(qū)資源豐富、種類齊全，景區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施也在緊張有序地進行中。為了有效掌握公路建設(shè)對景區(qū)自然環(huán)境的破壞和影響，筆者以G045線賽里木湖至果子溝口段高速公路改建工程(簡稱“賽果高速公路”)為例，探討新疆景區(qū)公路水土保持監(jiān)測技術(shù)方法，可為今后同類條件公路工程水土保持監(jiān)測工作開展提供科學的理論和技術(shù)指導。

1 工程建設(shè)及自然概況

賽果高速公路位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州霍城縣境內(nèi)和博爾塔拉蒙古自治州境內(nèi)，處于連霍國家高速公路主干線的終點位置，是國家“五橫七縱”公路運輸網(wǎng)主骨架、連霍國道主干線和國家“7918”高速公路網(wǎng)規(guī)劃的組成路段之一，也是新疆維吾爾自治區(qū)“三橫兩縱兩環(huán)八通道”高速公路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。項目起點位于賽里木湖三岔口附近，終點位于果子口，全線長56.2 km。根據(jù)公路沿線地形地貌，由東北向西南依次可分為沿湖(賽里木湖)段15.68 km、越嶺段15.53 km、沿溪(果子溝)段24.99 km。建設(shè)單位將賽果高速公路確定為“保護環(huán)境、珍惜資源、建設(shè)環(huán)保水保示范路”工程，于2006年7月開工，于2012年10月完工移交。

作為生態(tài)環(huán)保示范工程，賽果高速公路緊鄰賽里木湖國家級自然保護區(qū)，并穿越果子溝風景區(qū)，其保護環(huán)境、與自然和諧的建設(shè)理念尤為重要。建設(shè)主管部門將公路線形、橋隧工程、交通設(shè)施及沿線綠化區(qū)與公路自身路容、路貌融入沿線“湖水-草原-山川-森林-溪水”等自然景觀，把果子溝大橋建設(shè)成果子溝風景區(qū)一道“彩虹橋”。果子溝大橋是國內(nèi)第一座公路鋼桁梁斜拉橋，長700 m，跨徑170 m+360 m+170 m，兩主塔高209.5和215.5 m，采用三跨雙塔雙索面的鋼桁梁斜拉，橋面距溝底路面約118.8 m，達到路景交融，自然神怡[1]。

該項目位于北天山的西段，地貌上屬科古琴山脈中、高山區(qū)，線路西南緣為伊犁盆地邊緣，東北隅為賽里木湖灃地。氣候類型屬于溫帶大陸性氣候，區(qū)域極端最高氣溫40.2 ℃，極端最低氣溫-36.6 ℃，年降水量為200～300 mm，最高年降雨量600 mm，最大凍深為1.18 m，最大積雪深度1.79 m。區(qū)內(nèi)地表水包括賽里木湖、山溝水、泉水，水源主要來自山區(qū)冰雪融化水和降雨徑流水。土壤主要為山地草甸土。植被按海拔分化明顯，海拔在2 150 m以下為山地草原，植被主要由狐茅、苔草、針茅、冰草、鳳毛菊等組成；海拔2 150～2 500 m為山地草原，草與針葉林和中生灌叢混生，草種類型有斗篷草、早熟禾、苔草等；海拔2 500～2 900 m為高山草場，以苔草和雜草為主，植被覆蓋率為40%～90%。

2 監(jiān)測點布局

根據(jù)項目區(qū)土壤侵蝕類型和地形地貌特點的不同，在現(xiàn)場考察和內(nèi)業(yè)分析勘測資料的基礎(chǔ)上，布設(shè)31處固定監(jiān)測點，其中沿湖段布設(shè)4處，越嶺段布設(shè)9處，沿溪段布設(shè)18處。監(jiān)測點位置確定后定期開展監(jiān)測工作，這些監(jiān)測點中完好保存至工程完工的有10處(表格里標記黑底部分)。各監(jiān)測點位記錄見表1。

3 監(jiān)測方法

主要采用地面觀測和調(diào)查監(jiān)測兩種形式和方法[2-4]。地面觀測法包括標準徑流小區(qū)、簡易插釬小區(qū)及簡易侵蝕溝小區(qū)，調(diào)查監(jiān)測法包括典型擾動地表進行定點定期調(diào)查記錄和巡查記錄。

3.1 地面觀測法

3.1.1標準徑流小區(qū)。在該項目棄土(渣)場，選取坡度為5～15°的試驗區(qū)，小區(qū)投影面積5 m×20 m，采用水泥預制板圍成矩形，預制板圍埂埋入土中30 cm，露出試驗區(qū)地表20 cm，小區(qū)外圍距圍埂2 m處設(shè)置截水溝；集流槽寬30 cm，兩端向?qū)Я鞑蹆A斜。導流槽采用直徑20 cm的PUC管連接至集水池；集流池規(guī)格1.5 m×1 m×1 m，池頂設(shè)置擋雨遮蓋板，降雨前將集流池和集流槽清理干凈，降雨后攪勻集水池的泥水，并取3份1 L水樣，帶回室內(nèi)烘干測量計算(圖1)。

3.1.2簡易插釬小區(qū)。在項目區(qū)路堤邊坡和路塹基邊坡，選取56～81 m2的裸露邊坡，選用直徑1～2 cm、長30～50 cm類似釘子形狀的鋼釬，根據(jù)坡面面積，按上中下、左中右縱橫各3排共9根(相距2 m×2 m分布)沿鉛垂方向打入坡面，并在釘帽上涂抹紅漆，編號登記入冊(圖2)。坡面面積較大時，為提高精度，鋼釬密度可加大。每次暴雨后、汛期終了觀測釘帽出露地面高度，記錄備案。

表1 試驗小區(qū)各監(jiān)測點位記錄

3.1.3簡易侵蝕溝小區(qū)。在項目區(qū)暫不擾動的臨時開挖面或填筑坡面，能夠代表同類侵蝕坡面水土流失狀況的區(qū)域，選取5～10 m寬坡面，侵蝕溝按大(溝寬>30 cm)、中(溝寬10～20 cm)、小(溝寬﹤10 cm)分三類統(tǒng)計，每條侵蝕溝測定溝長度和上、中上、中、中下、下一定部位的多邊形面積，通過計算侵蝕溝體積推算流失量。

3.2 調(diào)查監(jiān)測法主要采用GPS儀器、測距儀、照相機、標桿、尺子等工具，結(jié)合項目區(qū)地形圖，對項目區(qū)擾動面積、地理位置、擾動強度、水土保持措施位置尺寸等進行典型定點調(diào)查記錄和全線巡查記錄。

3.3 觀測指標與分析方法

3.3.1徑流小區(qū)。通過計算徑流小區(qū)土壤流失量，推算其試驗小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)。根據(jù)土壤侵蝕模數(shù)，計算項目區(qū)同類型土壤侵蝕坡面的水土流失量。

W=shR

式中，W為蓄水池容納的徑流量，m3；s為蓄水池底面積，m2；hR為蓄水池平均水深，m；ST為小區(qū)侵蝕泥沙總量，kg；rs為侵蝕泥沙密度，kg/m3；hs為沉積泥沙的平均厚度，m；wω為沉積泥沙含水量，%。

∑n=rn

式中，ST為小區(qū)土壤侵蝕總量，m3；rs為平均土壤侵蝕厚度，mm；S為簡易插釬小區(qū)水平面投影面積，m2；θ為簡易插釬小區(qū)土壤流失觀測場坡度，°。

3.3.3簡易侵蝕溝小區(qū)。通過計算樣方小區(qū)每一斷面侵蝕溝斷面面積之和，然后計算出侵蝕溝總體積V溝和溝蝕量ST，最終根據(jù)侵蝕溝小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)，推算項目區(qū)同類侵蝕坡面土壤侵蝕量。計算樣方內(nèi)侵蝕溝總體積時乘以0.7的修正系數(shù)[5]。

式中，∑S1，∑S2，…,∑Sn為1，2，…，n斷面侵蝕溝斷面面積

求和，m2；B為觀測點坡面寬，m；L為觀測點坡面長，m；N為量測斷面數(shù)；ST為小區(qū)土壤侵蝕總量,kg；rs為樣方內(nèi)侵蝕土壤密度，kg/m3；V溝為樣方內(nèi)侵蝕溝總體積，m3。

4 結(jié)果與分析

4.1 擾動面積統(tǒng)計通過監(jiān)測，項目區(qū)擾動土地面積288.24 hm2，其中路基工程區(qū)229.84 hm2，取土(料)場區(qū)36.28 hm2，棄土(渣)場區(qū)9.55 hm2，施工便道區(qū)2.76 hm2，施工場地區(qū)9.81 hm2。總擾動面積比方案設(shè)計減少24.04 hm2。項目區(qū)擾動土地面積變化分析見圖3。

4.2 水土保持措施量統(tǒng)計賽果高速公路工程水土保持措施有截水溝、排水溝、撒播草籽、客土噴播和裝土編織袋攔擋、灑水降塵等，關(guān)于工程量不在此羅列。

4.3 土壤流失量計算現(xiàn)場監(jiān)測過程中，由于插釬小區(qū)和侵蝕溝小區(qū)布設(shè)比較便利，因此在公路沿線不同擾動區(qū)域進行廣泛布設(shè)。但徑流小區(qū)布設(shè)則需特定的環(huán)境和占地面積，因此只在該工程棄土(渣)場布設(shè)兩處，2008年度布設(shè)的小區(qū)由于施工棄渣原因遭破壞，2011年9月補設(shè)一處，通過養(yǎng)護一直使用至設(shè)計水平年結(jié)束。項目區(qū)各試驗小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)計算分析見表2。

表2 試驗小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)計算分析

由表2可知，項目區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)強弱順序為路堤邊坡>路塹邊坡>棄土(渣)場>取土(料)場。施工期取土施工造成的土壤侵蝕最強烈，但取土產(chǎn)生的>45°的陡坡，土壤侵蝕模數(shù)最??；該項目棄土(渣)場采取集中堆棄，并進行土地平整、撒播草籽措施，因此土壤侵蝕模數(shù)次之；路堤、路塹邊坡若不采取適當?shù)姆雷o措施，則長期裸露的表面受到綜合侵蝕因子侵蝕，土壤侵蝕模數(shù)最大。項目區(qū)各年度土壤侵蝕量變化情況見表3。

由表3可知，該項目于2008、2009年水土流失量最大，從而體現(xiàn)這兩年份施工擾動強度和擾動面積等達到頂峰；隨著工程逐步完工，項目區(qū)年度水土流失量逐年遞減。水土流失量變化情況能形象反映工程施工強度，從水土流失量的變化情況能判斷主體工程施工強度變化狀態(tài)。各地貌單元土壤侵蝕量分析見圖4。

從圖4可知，由于沿湖段和沿溪段地形較緩，匯水面積大，因而產(chǎn)生的徑流對項目區(qū)地擾動地表侵蝕強烈，因此土壤侵蝕量大。越嶺段工程主要以橋梁和隧道組成，施工期擾動區(qū)域裸露時間短、面積小，因此土壤流失量較小。從項目區(qū)各地貌單元土壤流失量情況可以直觀地判斷建設(shè)期水土流失敏感區(qū)域為沿湖段和沿溪段，并為今后同類工程確定重點防治區(qū)提供參考。

表3 各年度土壤侵蝕量計算分析

4.4 水土流失防治效益分析該項目通過實施各項水土流失防治措施后，項目擾動土地整治率達到96%，水土流失總治理度達到92%，土壤流失控制比達到1.3，攔渣率達到99%，林草植被恢復率達到94%，林草覆蓋率達到32%。水土流失防治6項指標均達到設(shè)計要求，水土流失得到有效控制。

4.4.1生態(tài)效益。通過實施水土保持各項措施，有效控制建設(shè)期人為水土流失。對擾動區(qū)域采取客土噴播植草和撒播草籽后，大面積綠化了公路沿線裸露表面，與已有自然地貌巧妙銜接，對保持和改善項目區(qū)生態(tài)環(huán)境，改善擾動地表土質(zhì)理化性質(zhì)，對固土保水具有良好的作用。

4.4.2經(jīng)濟效益。通過實施擋渣墻、排水溝等工程措施和撒播草籽等植物措施，對取土(料)場、棄土(渣)場及松散路基邊坡具有加固其穩(wěn)定性，防止沖刷滑坡對路基及周邊設(shè)施破壞的作用，間接節(jié)約成本和維修費用，為公路安全運行起到良好的經(jīng)濟效益。

4.4.3示范效益。賽果高速公路作為新疆第一條開展水土保持監(jiān)測的項目，為今后該地區(qū)同類工程開展水土保持監(jiān)測工作起到示范作用，監(jiān)測成果及經(jīng)驗可供同類項目借鑒。

5 結(jié)語

賽果高速公路作為新疆較早開展水土保持監(jiān)測的項目，通過采用多種監(jiān)測方法綜合運用、監(jiān)測點全面覆蓋突出重點等技術(shù)手段，及時掌握了項目建設(shè)過程中的水土流失動態(tài)變化情況，針對水土保持方案和主體設(shè)計中存在的不足，制定了適用有效的水土流失防治方案，可為今后新疆景區(qū)公路工程開展水土保持監(jiān)測提供參考。

[1] 陳宗偉，張翔.關(guān)于景觀功能的山區(qū)旅游公路水土保持設(shè)計思路[J].水土保持科學，2009，7(6)：46-50.

[2] 李智廣.開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[3] 中華人民共和國水利部.水土保持試驗規(guī)程.SL277-2002[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[4] 中華人民共和國.水利部.水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程.SL419-2007[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[5] 何凡，陳宗偉，王金娟.鄂西南路基邊坡影響土壤侵蝕量因素分析[J].水土保持通報，2009(6)：168-181.

李偉(1983- )，男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，助理工程師，從事水土保持研究。

2014-11-20

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-200-04