博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目區(qū)水土流失帶來的危害研究

尤 偉，高照良

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100053；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目區(qū)水土流失帶來的危害研究

尤 偉1，高照良2*

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100053；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目區(qū)沿線區(qū)域地形起伏較大，地貌單元主要為開都河沖積平原地貌、湖濱地貌、沼澤地貌、沙漠地貌、山前沖洪積平原地貌以及中山地貌。公路建設(shè)在給當(dāng)?shù)貛砭薮笮б娴耐瑫r，其對生態(tài)環(huán)境的破壞不容忽視。本文以博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目區(qū)為例，在對建設(shè)項目區(qū)建設(shè)過程中水土流失特點分析的基礎(chǔ)上，研究了水土流失現(xiàn)狀，分析了項目區(qū)水土流失帶來的危害，以期為公路建設(shè)過程中的水土保持工作提供服務(wù)。

道路工程；公路建設(shè)；水土流失；博湖至庫爾勒公路

1 項目區(qū)基本情況

S206線博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州的博湖縣和庫爾勒市境內(nèi)。地理坐標(biāo)位于東經(jīng)86°37′32″～86°15′16″，北緯41°58′20″～41°41′15″之間。項目起點位置為S206公路K63+700處博湖縣城西南角，起點樁號K0+000，項目終點位于庫爾勒市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)安慶大道與東環(huán)路相交處，終點樁號為K79+870。途徑博湖縣烏蘭再格森鄉(xiāng)、大小湖隔堤、博斯騰湖鄉(xiāng)至西氣東輸伴行路，穿越庫魯克塔格山后接于庫爾勒市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)安慶大道與東環(huán)路交叉口。路線全長79.87 km，其中博湖縣境內(nèi)線路長72.5 km，庫爾勒市境內(nèi)長7.37 km。S206線博湖至庫爾勒公路建設(shè)項目是已建S206線的延伸線，本路的建設(shè)打通了經(jīng)博湖縣向南穿越庫魯克塔格山連接庫爾勒市的交通走廊，不僅是庫爾勒市至博湖縣的重要通道，更是該區(qū)域聯(lián)系整個南北疆的另一重要通道，其建設(shè)是完善區(qū)域公路網(wǎng)，改善區(qū)域交通運輸條件，提高公路通行能力與路網(wǎng)安全性的需要。因此本項目符合自治區(qū)綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃和自治區(qū)“十二五”交通運輸發(fā)展規(guī)劃，它的建設(shè)是巴音郭楞蒙古自治州爭取建設(shè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)州、創(chuàng)旅游名城，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)大發(fā)展及公路交通跨越式發(fā)展的需要，對烏魯木齊大力發(fā)展旅游業(yè)、種植業(yè)和畜牧業(yè)等三大支柱產(chǎn)業(yè)有很大的促進(jìn)作用。

2 水土流失現(xiàn)狀

水土流失是指在水流作用下，土壤被侵蝕、搬運和沉淀的整個過程。在自然狀態(tài)下，純粹由自然因素引起的地表侵蝕過程非常緩慢，常與土壤形成過程處于相對平衡狀態(tài)[1]。因此坡地還能保持完整。這種侵蝕稱為自然侵蝕，也稱為地質(zhì)侵蝕[2-5]。在人類活動影響下，特別是人類嚴(yán)重地破壞了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破壞和土地物質(zhì)的移動，流失過程加速，即發(fā)生水土流失。土壤在外營力作用下產(chǎn)生位移的物質(zhì)量，稱土壤侵蝕量。項目區(qū)水土流失的主要成因有自然因素和人為因素，自然因素主要包括降雨、土壤、植被等，其中降雨是形成水力侵蝕的動力因素[6]。人為因素主要是由于人類頻繁的生產(chǎn)建設(shè)活動擾動地表、破壞植被、損壞地表結(jié)構(gòu)等。近年來，隨著發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)的需要，該地區(qū)因加大基礎(chǔ)設(shè)施，從而使挖沙、取土、炸石、燒磚等人類生產(chǎn)活動頻繁，導(dǎo)致原地形地貌、原地表植被不同程度地受到了破壞，線路起點段崩塌和瀉溜災(zāi)害亦時有發(fā)生，人為水土流失已成為制約該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)改善的限制因素[7-11]。項目區(qū)按照主要的地形地貌分為農(nóng)田區(qū)、風(fēng)沙區(qū)、山前沖洪積平原微丘區(qū)以及山嶺重丘區(qū)，農(nóng)田區(qū)路段占總長的30.12%，風(fēng)沙區(qū)路段占總長的7.3%，山前沖洪積平原微丘區(qū)路段占總長的51.28%，山嶺重丘區(qū)路段占總長的11.3%。項目區(qū)土壤侵蝕的主要類型為風(fēng)力侵蝕兼有水力侵蝕，農(nóng)田區(qū)屬微度風(fēng)蝕微度水蝕區(qū)，土壤容許流失量為1 000 t/km2·a，風(fēng)沙區(qū)屬輕度風(fēng)蝕、輕度水蝕區(qū)，土壤容許流失量為2 000 t/km2·a，山前沖洪積平原微丘區(qū)屬輕度風(fēng)蝕、輕度水蝕區(qū)，土壤容許流失量為2 000 t/km2·a，山嶺重丘區(qū)屬輕度風(fēng)蝕、輕度水蝕區(qū)，土壤容許流失量為2 000 t/km2·a。

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》(GB50434-2008)，結(jié)合S206線博湖至庫爾勒公路沿線地理位置、地形地貌、氣候特征、水文水資源特征、土壤植被及周圍環(huán)境特點等，判定整個公路沿線區(qū)域水土流失類型為風(fēng)力侵蝕，此外還有一定的水力侵蝕。根據(jù)項目區(qū)所屬的水土流失類型、項目區(qū)沿線的實際情況，確定沿線土壤容許流失量農(nóng)田區(qū)為1 000 t/km2·a，風(fēng)沙區(qū)、山前沖洪積平原微丘區(qū)和山嶺重丘區(qū)為2 000 t/km2·a。項目區(qū)土壤侵蝕分區(qū)范圍(表1)。根據(jù)水利部2006第2號文《關(guān)于劃分國家級水土流失重點防治區(qū)的公告》，結(jié)合《新疆維吾爾自治區(qū)人民政府關(guān)于全疆水土流失重點預(yù)防保護(hù)區(qū)、重點監(jiān)督區(qū)、重點治理區(qū)劃分的公告》，項目區(qū)屬于國家級重點監(jiān)督區(qū)中的新疆石油天然氣開發(fā)監(jiān)督區(qū)，在自治區(qū) “三區(qū)”劃分公告中屬于重點監(jiān)督區(qū)。

表1 博湖至庫爾勒公路土壤侵蝕分區(qū)范圍

3 項目區(qū)水土流失帶來的危害

工程項目區(qū)沿線區(qū)域地形起伏較大，地貌單元主要為開都河沖積平原地貌、湖濱地貌、沼澤地貌、沙漠地貌、山前沖洪積平原地貌以及中山地貌。開都河沖積平原地貌地層主要為黏土與細(xì)砂，湖濱地貌與沼澤地貌地層主要為淤泥質(zhì)腐土、粉砂以及粉質(zhì)粘土，地表植被發(fā)育良好。沙漠地貌的巖性主要為粉砂，粉砂厚度較大，地表覆蓋著稀疏的耐旱植被。山前沖洪積平原地層主要為粉砂與碎石土，地表長有低矮的植物。庫魯克塔格山的主要巖性為花崗巖以及碳酸巖，表面植被極為稀少，分化較為嚴(yán)重。工程建設(shè)過程中，由于擾動和破壞了原地貌，加劇了水土流失，如不采取有效的水土保持措施，將對工程和當(dāng)?shù)氐乃临Y源帶來不利影響。

3.1 對土地資源的損壞和影響

本項目路線呈北南走向，項目區(qū)植被類型主要為溫帶旱生、超旱生荒漠植被類型(表2)。工程建設(shè)中直接擾動原地貌、破壞土地及植被面積287.5 hm2(表3)，損壞水土保持設(shè)施面積為262.63 hm2，產(chǎn)生永久棄渣73.04萬m3；工程建設(shè)期(施工準(zhǔn)備期、施工期以及自然恢復(fù)期)可能產(chǎn)生的水土流失總量為3.18萬t，其中新增水土流失量1.99萬t。工程總占地287.5 hm2，其中永久占地234.08 hm2，臨時占地面積53.43 hm2；工程挖方總量154.57萬m3，填方總量249.89萬m3，借方總量168.36萬m3，利用方2.4萬m3，棄方73.04萬m3，其中農(nóng)田區(qū)表土剝離1.74萬m3，均用于植物措施覆土，最終剩余的永久棄渣量為71.3萬m3，設(shè)置永久棄渣場8處，均為料坑；路線所經(jīng)過的區(qū)域共砍伐樹木19 360棵，灌木林0.15 hm2，拆遷磚瓦房屋24 779 m2，拆遷磚混房屋100 m2，拆遷磚圍墻4 100 m，拆遷土房5 078 m2，拆遷土圍墻2 250 m，拆遷地坪18 400 m2，拆遷蔬菜大棚1 950 m2，拆遷水泥電桿124根，拆遷光纜55.5 km，拆遷電纜9.5 km，拆遷安置30戶，150人。原地貌形態(tài)、土壤結(jié)構(gòu)、地表植物都不同程度地受到改變和損壞，經(jīng)過多年自然和人為改造才形成的耕作層或植被生長層土壤被挖損、剝離或壓埋，造成土壤肥力和蓄水能力的迅速降低或喪失，其誘發(fā)的加速侵蝕又使施工區(qū)及周邊土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降。中低山丘陵路段路基開挖的棄土棄渣若分散堆置在坡面、河岸、河灘上，極易被水流沖刷，造成新的水土流失。

表2 博湖至庫爾勒公路沿線土壤與植被分布情況一覽表

續(xù)表2

續(xù)表2

分區(qū)起訖樁號地形地貌、土壤植被取土場地貌(K56+500、K63+700、K69+500、K74+800、K78+000)地表土壤類型以灰棕漠土為主。取土場自然植被屬于干旱荒漠植被,主要有旱生植物,其中旱生植物主要有駱駝刺、梭梭、芨芨草、紅柳、沙拐棗、苦豆子等,取土場林草覆蓋率小于5%。施工生產(chǎn)生活區(qū)地貌(K41+020、K52+600、K63+300、K70+300)地表土壤類型為灰棕漠土,地表自然植被屬于干旱荒漠植被,其中以鹽生植物為主,主要有有堿蓬、鹽穗木等,施工生產(chǎn)生活區(qū)林草覆蓋率為5%。

表3 博湖至庫爾勒公路占地統(tǒng)計總

注:臨時占地面積確定原則：(1)料場(兼棄渣場)指主體工程設(shè)計中取土場開采面積;(2)施工便道區(qū)的寬度均按7 m計;(3)施工生產(chǎn)生活區(qū)指主體工程設(shè)計中實際占地面積。

3.2 對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

工程線路長、影響范圍廣，沿線地貌類型多，工程建設(shè)對地面的擾動類型也多，造成新的水土流失在所難免[12]。根據(jù)堤防建設(shè)的特點，水土流失類型主要以風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕為主。產(chǎn)生部位主要位于工程開挖面、填筑面，料場開挖面，棄渣場及新修道路等，產(chǎn)生時段主要集中在施工期和施工后期，項目建設(shè)區(qū)及周圍的土壤結(jié)構(gòu)和植被遭到破壞，降低了水土保持功能，加劇了水土流失(圖1)。

(1)公路所經(jīng)地域生態(tài)功能區(qū)為天山山地溫性草原、森林生態(tài)區(qū)和塔里木盆地暖溫荒漠及綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)。

(2)公路屬于平原丘陵區(qū)域，所涉及的生態(tài)系統(tǒng)類型有濕地、草原、荒漠、裸地等，總體來說結(jié)構(gòu)都較簡單，異質(zhì)化程度低。

(3)公路沿線所經(jīng)過的土壤類型有蘇打鹽化草甸土、泥炭沼澤土、半固定風(fēng)沙土、棕漠土、栗高山草原土和鈣質(zhì)石質(zhì)土5種類型。

(4)公路沿線周邊的自然植被主要有2種類型，即荒漠和草甸。分布的除人工植被外，自然植被有沙拐棗、蘆葦、檉柳、駱駝刺、三芒草、豬毛菜等。其中沙拐棗為新疆二級保護(hù)植物，偶見于公路K35+000～K64+000段。

(5)項目沿線分布野生動物主要是獸類、鳥類、爬行動物、嚙齒動物和魚類。據(jù)實地踏勘和調(diào)查了解，工程道路沿線和施工范圍內(nèi)沒有大型野生動物和保護(hù)級野生動物活動的痕跡。

圖1 工程建設(shè)期新增水土流失量分析圖

公路的建設(shè)者、相關(guān)的科技工作者及相關(guān)的上級部門對此已經(jīng)達(dá)成共識[13]。但因公路呈帶狀分布，增加了植被重建的施工難度。(1)公路建設(shè)是一條線，距離較長，穿越及擾動的地貌類型多。挖方及填方頻繁，遇山要修隧道，逢溝要架橋，工程量大，投資高。(2)建設(shè)中的棄土、棄石、棄渣數(shù)量大，占線長。公路建設(shè)挖填的土石方量大，總體上要求盡量挖填平衡，但由于地形、投資及設(shè)計等原因，不可避免產(chǎn)生棄渣。(3)公路建設(shè)時間長。山區(qū)公路工程由于工程量大，施工條件普遍較差，一般其建設(shè)期均較長，有的甚至達(dá)好幾年。(4)山區(qū)公路建設(shè)的業(yè)主、施工單位，甚至部分主管政府部門，對公路建設(shè)可能導(dǎo)致的水土流失認(rèn)識不到位。公路施工過程中將不可避免的使公路沿線天然和人工植被遭受損壞，項目建設(shè)區(qū)僅有的少量林草植被、大片的農(nóng)作物植被的覆蓋率將衰減甚至接近于零，加之該區(qū)各類自然災(zāi)害，沿線帶狀區(qū)域水土流失面積和強(qiáng)度劇增，造成局部生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化，環(huán)境容量將迅速減少。根據(jù)以上對本項目水土流失的預(yù)測，通過對圖1的分析可知：項目區(qū)新增水土流失總量為1.99萬t，工程建設(shè)產(chǎn)生水土流失量最大的區(qū)域為路基區(qū)及料場(兼棄渣場)區(qū)。因此施工期的路基區(qū)和料場(兼棄渣場)應(yīng)為本工程水土流失防治和監(jiān)測的重點區(qū)段。

3.3 對河道行洪的影響

隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷深入，各種建設(shè)工程項目紛紛上馬，各種涉河工程也在顯著增加。涉河工程種類很多，一般認(rèn)為在河道管理范圍內(nèi)修建的工程建筑物都屬于涉河工程[14-17]。目前涉河工程主要有橋梁、碼頭以及其他攔河跨河、臨河建筑物、構(gòu)筑物等等。涉河工程的修建會或多或少的影響河道的河床穩(wěn)定以及邊坡穩(wěn)定，特別是會對河道的行洪產(chǎn)生一定影響[18-20]。公路沿線水資源比較豐富，水質(zhì)清澈，可滿足項目工程用水。全線在K0+000、K11+000、K23+200、K32+400、K79+357.687處設(shè)5處水料場。項目所經(jīng)區(qū)域的水系較為發(fā)達(dá)，主要的地表水系為開都河、博斯騰湖、孔雀河以及庫魯克塔格山水系。本項目線路在K9+590處以中橋的方式跨越開都河下游東支，在K11+162處又一次以中橋的方式跨越開都河下游東支。在K16+344和K22+627處兩次以中橋的方式跨越大小湖堤。在K23+601處以中橋的方式跨越孔雀河。在K66+780和K69+555兩處以大橋的方式穿越庫魯克塔格山。公路經(jīng)過山坡、溝谷和穿越河道時，由于路基施工開挖，破壞了坡體支撐，易引起崩塌、滑坡等重力侵蝕。公路施工過程中堆放于公路沿線的永久棄渣場8處，如不采取防治措施，在遇到暴雨洪水時將造成高強(qiáng)度的水土流失或泥石流。這些棄渣在進(jìn)入河道后，助長洪水危害。同時增加河流的輸沙量，對下游河道造成淤積，影響到下游地區(qū)人民群眾的生產(chǎn)、生活安全。線路經(jīng)過的庫魯克塔格山存在暴雨洪水，洪水過程很短，瞬時洪水流量大。沖洪溝洪水設(shè)計洪峰流量匯總見表4。

表4 博湖至庫爾勒公路沖洪溝洪水設(shè)計洪峰流量匯總

線路經(jīng)過的庫魯克塔格山區(qū)有2條沖洪溝，洪溝在出山口以上為徑流形成區(qū)，而出山口以下為徑流散失區(qū)。(1)施工過程中對施工機(jī)械和施工材料加強(qiáng)現(xiàn)場管理，規(guī)范廢渣、廢水排放，可避免和減緩項目施工對沿線地表水體的污染。(2)項目共新修涵洞62道。對沿線泄洪排水起到了良好的疏導(dǎo)作用。(3)跨渠施工會對水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。在嚴(yán)格管理下，防止施工廢水、污水及廢渣等進(jìn)入地表水體，可杜絕在施工期對水環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。(4)公路施工期間產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水主要包括預(yù)制場及拌和站的砂礫料沖洗廢水和機(jī)械設(shè)備沖洗廢水。廢水應(yīng)經(jīng)沉淀處理后回用。

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Hazard Caused by Soil and Water Erosion along Bohu-Korla Highway Construction Project

Eu wei1,GAO Zhao-liang2*

(1.SoilandWaterConservationMonitoringCenter,Xuanwu,Beijing100053; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100)

The area of Bohu-Korla highway construction is undulating topography,with geomorphology unit as Kaidu alluvial plain landform,lakeside landform,marsh landform,desert landform,piedmont alluvial plain landform and Zhongshan landform. Highway construction generates not only huge benefits to the locality but also brings damage to the ecological environment,which can not be ignored. The paper analyzed the soil and water erosion features in the area of Bohu-Korla highway construction and damage caused by soil and water erosion during the construction.

Road works; highway construction; erosion; Bohu-Korla highway

2015-01-02

新疆維爾族自治區(qū)水利廳科研計劃重點項目“新疆維爾族自治區(qū)能源開發(fā)水土保持補(bǔ)償機(jī)制研究” (2011XJWP0628)；“十二五”國家科技支撐計劃課題“農(nóng)田水土保持關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(2011BAD31B01)”

尤偉(1983-)，男(漢族)，安徽池州市人，工程師，主要研究方向為農(nóng)業(yè)水利工程、生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)。

*通訊作者：高照良(1969-)，男(漢族)，河南靈寶市人，博士，副研究員，主要研究方向為土壤侵蝕、水土保持及荒漠化。

U417. 1

A 文章編號:1001-2117(2015)03-0022-07