溫州市區(qū)公路工程水土保持損益分析

郝玉梅，陳 挺

(1.溫州市水利電力勘測設(shè)計院，浙江 溫州 325009;2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)

生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持損益分析是指對生產(chǎn)建設(shè)項目的水土保持損失與收益進行系統(tǒng)分析和綜合評價，衡量其水土保持的得與失，在水、土資源和生態(tài)環(huán)境等方面的利與弊，特別是水土保持功能、作用的損益分析［1］。

公路工程為線型工程，城市市區(qū)的公路工程是水土流失影響較大的工程。本文采用水土流失影響指數(shù)評價模型，定量分析了溫州市區(qū)32條公路項目的水土保持損益，為生產(chǎn)建設(shè)項目及水土保持實際施工提供理論指導(dǎo)。

1 基本情況

1.1 項目概況

溫州市位于浙江省的東南部，東瀕東海，南與福建省寧德地區(qū)的福鼎、柘榮、壽寧3縣毗鄰，西及西北部與麗水地區(qū)的縉云、青田、景寧3縣相連，北和東北與臺州地區(qū)的仙居、黃巖、溫嶺、玉環(huán)4縣市接壤。全境介于北緯27°03'～ 28°36'、東經(jīng) 119°37'～ 121°18'。主要地貌類型為河口海積平原區(qū)、潮間淺灘區(qū)，局部發(fā)育有風(fēng)化剝蝕殘丘。總體地勢由西向東呈梯級下降。溫州市區(qū)包括鹿城、甌海、龍灣3個區(qū)，面積1187km2。

溫州市為中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫17.3～19.4℃，年降水量在1113～2494mm。主要水系有甌江、飛云江、螯江，境內(nèi)大小河流150余條。土壤主要有黃壤、紅壤、潮土、水稻土和鹽土。溫州市屬中亞熱帶常綠闊葉林亞地帶的過渡帶，全市森林覆蓋率達59.6%。溫州市屬于水力侵蝕為主的類型區(qū)—南方紅壤丘陵區(qū)，水土流失的類型主要是水力侵蝕。根據(jù)浙江省第五次應(yīng)用遙感技術(shù)普查水土流失狀況的成果顯示:溫州市共有水土流失面積2341.56km2，占全市土地總面積的20.39%，全市水土流失類型以水力侵蝕為主。

根據(jù)統(tǒng)計，溫州市區(qū)中，甌海區(qū)共有水土流失面積145.14km2，占該區(qū)總土地面積的31.13%;鹿城區(qū)有水土流失面積86.81km2，占該區(qū)總土地面積的29.89%;龍灣區(qū)有水土流失面積40.97km2，占該區(qū)總土地面積的10.75%。

本次選取的32條公路，長度范圍為0.408～7.402km，項目占地面積為0.86～45.33hm2，影響范圍為0.39～10.59hm2，挖填方總量為1.36萬～163.28萬m3，棄渣量為0.15萬～86.44萬m3，影響時間為4～48個月，預(yù)測流失量453～115040t，未恢復(fù)比例［1］為0.62～0.99。

1.2 公路項目水土流失特點及危害

1.2.1 公路項目水土流失特點

公路建設(shè)會引發(fā)強烈的土壤侵蝕，甚至導(dǎo)致滑坡、塌陷等嚴(yán)重后果。作為特殊的人為下墊面，公路還將改變流域排水系統(tǒng)的密度和分布，進而影響流域的一系列水文和地貌過程。若不加以防護，嚴(yán)重的公路水土流失不僅破壞公路本身，增加養(yǎng)護維修費用，還會改變河流的泥沙含量、惡化水質(zhì)，進而改變排水網(wǎng)絡(luò)、影響水陸生態(tài)系統(tǒng)［2］。與耕地、林地等其他用地相比，公路的水土流失具有人為擾動性強、時段性明顯、空間線狀分布和內(nèi)部差異性顯著等特點［3］。

1.2.1.1 人為擾動性

公路建設(shè)的擾動不僅表現(xiàn)在對地貌、地表植被的破壞，而且也會提供大量的松散物質(zhì)，增加河流泥沙沉積。在建設(shè)期，路基開挖填筑、便道營地碾壓、取土場開挖取土、棄土棄渣等建設(shè)活動使地形、植被、土壤等受到破壞擾動，形成路面、路堤、路塹、便道營地、取土場、棄土棄渣場等地貌部位。這些部位的土壤組成往往是表土和母質(zhì)的混合物，土體結(jié)構(gòu)松散，孔隙度大，滲透性強，細溝、淺溝侵蝕占較大比例。在公路建設(shè)過程中，路基、路面受到人工夯實，土壤較密實，入滲能力降低，抗侵蝕能力增強。

1.2.1.2 時段變化性

公路水土流失的時段可分為施工期 (含施工準(zhǔn)備期)和自然恢復(fù)期。在施工期，施工活動破壞了原有的地貌、地表植被，改變了土壤結(jié)構(gòu)，使土層松動，遇暴雨極易導(dǎo)致水土流失。工程完工后，隨著路面硬化及各種防護工程的實施，水土流失程度將逐漸減小。因此，從施工期到各種水保措施發(fā)揮作用之間的時間段，水土流失最為嚴(yán)重［3］。

1.2.1.3 線狀分布和內(nèi)部差異性

公路作為線狀工程，引起的水土流失空間上成線性分布，許多條線性公路縱橫交錯又形成網(wǎng)狀分布，因此公路水土流失雖然為線狀分布，但也具有面狀的輻射能力［3］。公路建設(shè)產(chǎn)生路面、路堤、路塹、施工營地便道、取土場、棄土棄渣場等幾個明顯不同的地貌部位，各地貌部位內(nèi)部差異性顯著，土壤侵蝕條件具有明顯的差別。

公路項目造成水土流失的區(qū)段可分為挖方段、填方段、橋梁段、隧道段、施工生產(chǎn)生活區(qū)、施工便道區(qū)、取土場區(qū)、棄渣場區(qū)等，各區(qū)段水土流失的施工環(huán)節(jié)如下:

(1)挖方段:可能造成水土流失的主要施工環(huán)節(jié)為路基開挖，可能存在的主要侵蝕區(qū)域為下部邊坡以及開挖平臺。上部邊坡主要以面蝕和細溝侵蝕為主，下部邊坡受上部邊坡匯集的股流沖刷則以淺溝侵蝕為主。

(2)填方段:可能造成水土流失的主要施工環(huán)節(jié)為路基填筑。由于路面碾壓密實，產(chǎn)流量大，路面徑流將對路基邊坡造成沖刷，以溝蝕為主，并伴隨嚴(yán)重的雨滴擊濺侵蝕和面蝕。

(3)橋梁段:可能造成水土流失的主要施工環(huán)節(jié)為橋墩基礎(chǔ)施工?；A(chǔ)主要采用機械鉆孔灌注樁和機械沖孔灌注樁，產(chǎn)生大量泥漿。

(4)隧道段:可能造成水土流失的主要施工環(huán)節(jié)為洞口開挖。

(5)施工生產(chǎn)生活區(qū):主要包括施工營地、砂石料堆場、預(yù)制場和攪拌站等，擾動相對較輕，水土流失主要發(fā)生在場地平整和砂石料臨時堆放期間。

(6)施工便道區(qū):通常布置于道路兩側(cè)，地表裸露，但經(jīng)過車輛等輾壓，水土流失相對較少。

(7)取土場區(qū):會破壞植被、產(chǎn)生高陡邊坡，當(dāng)受雨滴擊濺、水流沖刷以及自身重力作用時，將產(chǎn)生嚴(yán)重水土流失。

(8)棄渣場區(qū):棄土棄渣堆棄物，結(jié)構(gòu)松散，若在堆棄過程缺乏攔擋及截排水措施，則可能造成渣場受沖刷，形成滑塌或坍塌，易于發(fā)生劇烈水力侵蝕和重力侵蝕。

1.2.2 公路項目水土流失的危害

1.2.2.1 對水利工程的危害

公路施工中棄渣若得不到及時有效的防護治理，在雨水作用下進入河道，會使河水含沙量增加，當(dāng)挾帶泥沙的河水流經(jīng)中、下游河床、水庫、河道，流速降低時，泥沙就逐漸沉降淤積，使得水庫淤積而減小庫容，河道阻塞而縮短通航里程，嚴(yán)重影響水利工程和航運。

1.2.2.2 對沿線水環(huán)境的危害

公路在施工中由于橋梁樁基產(chǎn)生的樁基泥、填方或挖方造成的棄土等，若防護不當(dāng)流入河道，會使沿線的河流、溝渠等水體的懸浮物增加，混濁時間延長，對沿線水環(huán)境將有不良影響［4］。

1.2.2.3 對公路的影響

施工期間，路基填方邊坡和開挖邊坡在重力作用下松動散落嚴(yán)重，如不采取防護措施，易導(dǎo)致滑坡、塌陷等，危害公路安全。

1.2.2.4 對土地資源的危害

降雨侵蝕所產(chǎn)生的泥沙會直接流往工程區(qū)域外的農(nóng)田，形成沙壓農(nóng)田。泥沙中細小的部分會隨水流流往下游，以黃泥水的形式進入農(nóng)田，對農(nóng)田產(chǎn)生進一步的危害。

1.2.2.5 對生態(tài)環(huán)境的危害

水土流失會改變河流的泥沙含量、惡化水質(zhì)，進而改變排水網(wǎng)絡(luò)，影響水陸生態(tài)系統(tǒng)，從而直接影響到公路沿線周邊生態(tài)環(huán)境。

1.3 公路項目水土保持對策

公路項目一般分為幾個防治區(qū):主體工程防治區(qū) (包括挖方段防治區(qū)、填方段防治區(qū)、橋梁段防治區(qū)和隧道段防治區(qū))、施工生產(chǎn)生活防治區(qū)、施工便道防治區(qū)、棄渣場防治區(qū)和取土場防治區(qū)［5］。

1.3.1 主體工程防治區(qū)

(1)挖方段防治區(qū):挖方路段水土流失防治應(yīng)以排水為主，路基開挖前在邊坡線外開挖截水溝，邊坡開挖后實施護坡，護坡方案在保證邊坡穩(wěn)定性的前提下盡量選擇生物護坡，優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物。

(2)填方段防治區(qū):填方路段水土流失防治重點應(yīng)以圍閉措施為主，即邊溝圍閉。路基填筑前在道路兩側(cè)開挖邊溝，并在邊溝接入附近水域前設(shè)置沉沙池。路基填筑期間，疏導(dǎo)路面雨水經(jīng)急流槽排入道路邊溝，路基成型后及時采取護坡措施。

(3)橋梁段防治區(qū):橋梁段水土流失防治重點側(cè)重泥漿處理、橋下施工面場地平整與植被恢復(fù)。橋墩基礎(chǔ)施工前設(shè)置泥漿沉降池，存放、沉降泥漿;橋墩樁基施工完畢，平整橋下施工面及泥漿池，進行植被恢復(fù)。

(4)隧道段防治區(qū):隧道區(qū)防治重點為洞門截水溝、洞臉防護以及洞口沉沙池布置。加強對洞門周邊的植被的保護，可有效防止洞門坍塌，并加速洞門景觀恢復(fù);另外，須注重對隧道施工廢水泥沙的處理，在隧道口設(shè)置多級沉沙池。

1.3.2 施工生產(chǎn)生活區(qū)

施工生產(chǎn)生活區(qū)防治重點為工程后期土地整治及恢復(fù)植被。工程后期，拆除工棚和地表硬化層并運至棄渣場，經(jīng)土地整治后復(fù)耕或恢復(fù)植被。

1.3.3 施工便道區(qū)

施工便道水土流失防治重點以邊坡防護和排水為主。挖方邊坡可采用植草+栽植灌木相結(jié)合方案護坡;填方邊坡土層深厚、松軟，可選擇種草+喬木方案或撒播草灌+喬木方案護坡;路面盡量保持內(nèi)傾，并在道路內(nèi)側(cè)開挖排水溝，避免徑流對填方邊坡造成沖刷。

1.3.4 取土場區(qū)

取土場區(qū)水土流失防治重點為地表水疏導(dǎo)、邊坡防護以及取土平臺治理。取土前應(yīng)適當(dāng)清表，表土做為后期綠化覆土;坡面取土?xí)r應(yīng)在上邊坡開挖截水溝;取土高度大于10m、結(jié)構(gòu)較松散的土坡應(yīng)分級削坡，坡率應(yīng)緩于1∶1.5;坡面可采用植草+栽植灌木相結(jié)合方案護坡，坡腳栽植耐掩埋的高大喬木或竹本;取土平臺須進行平整并覆表土，改善立地條件;取土平臺整地后復(fù)耕或挖穴栽植喬木+撒播草灌恢復(fù)植被［5］。

1.3.5 棄渣場區(qū)

棄渣場區(qū)水土流失防治重點為渣場排水、堆渣邊坡及堆渣面植被恢復(fù)。堆渣前適當(dāng)清表，表土做為后期植被恢復(fù)綠化覆土;渣場周邊開挖截水溝，并在截水溝出口設(shè)置多級沉沙池;渣場周邊設(shè)置攔渣壩或擋土墻;堆渣邊坡高度大于8m時應(yīng)分級削坡，邊坡坡率應(yīng)緩于1∶1.5，坡面栽植喬木+撒播草灌恢復(fù)植被，并做好后期養(yǎng)護;平整堆渣面并覆表土，挖穴栽植喬木+撒播草灌恢復(fù)植被或復(fù)耕，并好后期養(yǎng)護。

2 水土保持損益分析

2.1 水土流失影響指數(shù)概念

生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響指數(shù) (SWII)是將水土保持損益分析中的關(guān)鍵影響指標(biāo) (或變量)進行加權(quán)后求和，得到的用于反映建設(shè)項目水土流失影響程度大小的水土流失影響潛值，是定量評價、評判開發(fā)建設(shè)項目水土保持得失的結(jié)論性指標(biāo)［1］。

當(dāng)計算得出的SWII值愈小時，說明建設(shè)項目對水土流失的影響范圍及面積愈小、對地表的擾動強度愈小、影響的時間愈短、造成的水土流失量愈小、不可恢復(fù)的面積愈小，這些都是對水土保持有利的;反之，當(dāng)SWII值愈大時，造成的水土流失影響愈大，對水土保持愈不利［1］。

2.2 水土流失影響指數(shù)計算

2.1.1 評價指標(biāo)及權(quán)重

水土流失影響指數(shù)是按照KPI的理論與原理，選擇對水土流失影響最直接、最直觀、最有影響力的變量，共選取了如下5個關(guān)鍵評價指標(biāo):

(1)占地面積與影響范圍(x1)。指開發(fā)建設(shè)項目產(chǎn)生水土流失影響的區(qū)域、范圍及相應(yīng)面積，包括項目建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū)。2個變量的權(quán)重αi分別為0.148、0.067。

(2)對地表的擾動強度(x2):指開發(fā)建設(shè)項目在建設(shè)、生產(chǎn)過程中對地表開挖、占壓、堆置、毀損等影響的強度，可用項目土石方挖填總量、棄渣量取其數(shù)量值。2個變量的權(quán)重αi分別為 0.100、0.128。

(3)影響時間(x3):指開發(fā)建設(shè)項目對水土流失的影響時間長短，在項目中可調(diào)查取得。變量的權(quán)重αi為0.158。

(4)造成的水土流失總量(x4):指開發(fā)建設(shè)項目擾動地表后造成的水土流失總量，可用預(yù)測的水土流失總量取其數(shù)量值。變量的權(quán)重αi為0.194。

(5)可恢復(fù)程度(x5):指原土地水土保持功能的可恢復(fù)程度，可用(1-項目恢復(fù)比例)計算。變量的權(quán)重αi為0.205。

2.1.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(歸一化)處理及SWII計算公式

因為選取的水土流失影響指數(shù)指標(biāo)其數(shù)據(jù)的量綱不同，在進行分析時首先要對數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用效益型標(biāo)準(zhǔn)化公式進行數(shù)據(jù)的歸一處理，計算公式如下:

SWII計算公式為:

式中:αi為第i個因子的權(quán)重，i=1，2，…，5。

2.1.3 水土流失影響指數(shù)計算

以廣化南路 (甌海段)道路建設(shè)工程為例，計算水土流失影響指數(shù)。廣化南路 (甌海段)道路建設(shè)工程各因子相關(guān)數(shù)據(jù)見表1，各因子值標(biāo)準(zhǔn)化計算見表2，SWII的加權(quán)計算見表3。

表1 水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵因子表

表2 各因子值標(biāo)準(zhǔn)化計算表

表3 SWII的加權(quán)計算表

廣化南路 (甌海段)道路建設(shè)工程SWII值為0.3331。

經(jīng)計算，32條公路工程的SWII值范圍為0.1977～0.5238，平均值為0.3135。公路建設(shè)項目的平均水土流失影響指數(shù)為0.2743［1］。溫州市區(qū)32條公路工程的SWII平均值大于公路建設(shè)項目的平均SWII值，說明溫州市區(qū)公路工程造成的水土流失影響較大。

經(jīng)分析，各項指標(biāo)中SWII權(quán)值 (標(biāo)準(zhǔn)化值×權(quán)重，下同)占最大比例的為未恢復(fù)比例，32條公路的未恢復(fù)比例權(quán)值均占SWII值的最大比例。市區(qū)公路工程因用地面積有限，造成公路綠化面積較小，導(dǎo)致未恢復(fù)比例較高。未恢復(fù)比例值權(quán)重最大，因此，所得的SWII值中未恢復(fù)比例的權(quán)值最高。

3 結(jié)語

通過以上分析，建議今后市區(qū)公路工程在設(shè)計時盡量增加綠化面積，以利于水土保持。

除了綠化面積指標(biāo)以外，占地面積、影響范圍、挖填方總量、棄渣量、施工時間等均對SWII值有影響。在施工過程中，盡量減少占地面積和影響范圍，挖方能利用的盡量利用，減少棄渣量，縮短施工時間等均能減小SWII值。

城區(qū)公路可能造成水土流失的主要施工環(huán)節(jié)為路基的開挖和填筑、橋梁基礎(chǔ)施工、棄渣堆放、路基填料開采、施工生產(chǎn)生活區(qū)場地平整以及施工便道建設(shè)等，相應(yīng)的水土保持措施包括表土剝離、棄渣處置、排水、臨時堆土防護、綠化等方面。水土保持措施的實施，有利于從各方面降低上述各項指標(biāo)，從而減小SWII值，對水土保持有利。

此外，水土保持工作涉及范圍較廣，單從水行政主管部門而言，不僅要做好自身范圍內(nèi)的河道工程、給水排水等各項水土保持的綜合配套工作，也要完成業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的監(jiān)督管理工作。城市水土保持還需要來自城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、園林、交通、市政市容等各行政主管部門的相互配合和監(jiān)督管理。發(fā)揮好監(jiān)督管理作用，將對各項措施的落實和城市水土保持的效果起到至關(guān)重要的作用。

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