云南文山至麻栗坡高速公路水土流失預(yù)測及危害分析

陳淑娟，薛 凱，孫萬峰

(廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

開發(fā)建設(shè)項目水土流失預(yù)測是水土保持措施設(shè)計的基礎(chǔ)，是水土流失監(jiān)測布設(shè)的重要依據(jù)，是對主體設(shè)計提出修正意見的重要依據(jù)[1]。云南省作為我國水土流失最嚴(yán)重的省份之一，受到水土流失引發(fā)的滑坡、泥石流、崩塌等自然災(zāi)害危害較多，為公路運行埋下諸多安全隱患[2]。本文以云南省文山至麻栗坡高速公路為例，通過定量預(yù)測高速公路建設(shè)過程中水土流失量，研究高速公路建設(shè)的水土流失特點，以期為高速公路主體設(shè)計的優(yōu)化、水土保持措施設(shè)計及水土流失監(jiān)測方案的制定提供依據(jù)。

1 建設(shè)項目概況

文山至麻栗坡高速公路是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中G56杭州至瑞麗高速公路天保至猴橋聯(lián)絡(luò)線的一段，位于云南省文山州文山市、西疇縣及麻栗坡縣境內(nèi)，起點接蒙文硯高速，終于麻栗坡縣城北，建設(shè)里程75.753 km，工程總投資105.85億元。

擬建公路按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)新建，路基寬25.5 m，設(shè)計速度80 km/h。沿線設(shè)橋梁65座，隧道5座，主線橋隧總長43.937 km，占路線全長的58%。沿線設(shè)施有互通式立交7座，服務(wù)區(qū)1處，停車區(qū)2處，公路管理中心(監(jiān)控分中心)1處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處，收費站5處，隧道管理所1處，隧道變電站6處，高速公路巡警大隊營房1處，高速公路路政執(zhí)法基層站所1處。工程總占地735.95 hm2，其中永久占地488.45 hm2，臨時征地247.50 hm2；全線挖方總量1 408.12萬m3，填方總量434.05萬m3，無對外借方，棄方總量974.07萬m3。

2 項目區(qū)水土流失現(xiàn)狀

項目區(qū)的土壤侵蝕類型主要為水力侵蝕，并以面蝕和溝蝕為主要形式，面蝕主要發(fā)生在坡耕地、荒山、荒坡及幼殘林地上，溝蝕主要發(fā)生在河流兩岸、荒山坡及陡坡耕地上。經(jīng)實地調(diào)查了解，該公路工程沿線植被良好，水土流失主要是河谷沖刷、坡地自然水蝕等。公路工程沿線區(qū)內(nèi)有少量沖溝發(fā)育。地面植被破壞和人為影響是水土流失的主要原因。區(qū)域內(nèi)雨季降雨集中，降雨年內(nèi)分布不均勻，并且單點暴雨強度大，加重了土壤侵蝕，也是產(chǎn)生水土流失的原因。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)，工程區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值為735.95 t/(km2·a)，屬輕度侵蝕。

3 建設(shè)項目新增水土流失預(yù)測

文山至麻栗坡高速公路地跨巖溶(峰林谷地)地貌、構(gòu)造溶蝕侵蝕低中山地貌以及斷陷盆地地貌三大地貌區(qū)，沿線山嶺起伏，溝壑縱橫，地形地貌復(fù)雜，橋梁隧道較多，工程挖填方量較大，嚴(yán)重擾動和破壞公路沿線的地貌和植被，破壞原有水土保持設(shè)施，導(dǎo)致水土流失較嚴(yán)重。

3.1 預(yù)測方法選取及土壤侵蝕模數(shù)修正

目前水土流失預(yù)測方法主要有類比法、實測法以及試驗法[3]。文山至麻栗坡高速公路有類似工程保山至龍陵高速公路水土流失實測資料。保山至龍陵高速公路與以往高速公路水土保持監(jiān)測不同，保龍高速公路開工前水土保持監(jiān)測就已經(jīng)介入，基本上是全過程監(jiān)測，采用定期與不定期監(jiān)測相結(jié)合監(jiān)測制度，棄渣場監(jiān)測點分別選取了溝道、坡地、凹地等不同地形、堆高、坡度、土石比例的棄渣場，其他監(jiān)測如路基邊坡、施工便道、施工營地則選取不同坡度、坡長、土石比例等監(jiān)測點進(jìn)行監(jiān)測，水土保持監(jiān)測成果較為完善，能有效反映高速公路水土流失情況，保龍高速公路水土保持監(jiān)測成果對云南山區(qū)高速公路水土保持監(jiān)測工作具有較強的示范作用。經(jīng)對比分析本公路與保山至龍陵高速公路在地形地貌、氣象特征、植被類型、擾動形式、侵蝕形式及棄渣的堆積形態(tài)等水土流失主要因子具有可比性。因此文山至麻栗坡高速公路選用類比法進(jìn)行水土流失量預(yù)測。

通過類比分析，兩工程在土壤、氣候條件以及公路選用防護(hù)設(shè)計方面基本一致。因此，本項目各預(yù)測單元侵蝕模數(shù)可直接采用保龍高速公路水土保持監(jiān)測實測數(shù)據(jù)，土壤侵蝕模數(shù)修正系數(shù)為1。

3.2 擾動地表、損壞水土保持設(shè)施預(yù)測

根據(jù)文山至麻栗坡主體設(shè)計已經(jīng)計算的永久占地面積及土地利用類型，通過實地調(diào)查以及文山至麻栗坡高速公路1/萬地形圖直接量測臨時占地面積，獲得文山至麻栗坡高速公路建設(shè)過程中擾動原地貌、土地及植被面積共計735.95 hm2，損壞水土保持設(shè)施面積585.31 hm2，如表1所示。

3.3 棄渣量預(yù)測

根據(jù)主體設(shè)計文件，文山至麻栗坡高速公路挖方總量1 408.12萬m3，填方總量434.05萬m3，經(jīng)土石方調(diào)配后無對外借方，棄方總量974.07萬m3。

3.4 預(yù)測單元、預(yù)測時段的確定

公路預(yù)測范圍為所有擾動地表范圍735.95 hm2，根據(jù)水土流失特點劃分為路基、橋梁、隧道、互通、沿線設(shè)施、棄渣場、臨時堆土場等11個預(yù)測單元。

高速公路屬建設(shè)類項目，預(yù)測時段分為施工期、自然恢復(fù)期，施工期包括施工準(zhǔn)備期和施工擾動期。文山至麻栗坡高速公路施工期為3.5年，自然恢復(fù)期為1年。根據(jù)各工程單元的施工進(jìn)度安排，分項目、分時段結(jié)合產(chǎn)生水土流失的季節(jié)以最不利的時段合理確定各預(yù)測單元的預(yù)測時段，如表2所示。

3.5 水土流失預(yù)測結(jié)果分析

根據(jù)不同預(yù)測單元水土流失面積、預(yù)測時段、土壤侵蝕模數(shù)等預(yù)測參數(shù)，采用類比法計算水土流失量。根據(jù)水土流失預(yù)測結(jié)果，文山至麻栗坡高速公路建設(shè)過程中土壤侵蝕總量28.334萬t，新增土壤侵蝕量為26.310萬t，公路施工導(dǎo)致項目區(qū)水土流失量急劇增加，新增水土流失量比原地貌水土流失量增加12.999倍。棄渣場區(qū)、路基區(qū)、表土堆放場區(qū)、施工便道區(qū)、互通區(qū)及橋梁區(qū)是水土流失的重點部位，占水土流失總量的98.31%，如表3和圖1所示。

圖1 各預(yù)測單元水土流失量所占比例示意圖

4 水土流失危害分析

4.1 破壞水土資源

文山至麻栗坡高速公路建設(shè)中大規(guī)模的土石方開挖擾動土地，使水土流失加劇，土壤有機質(zhì)流失，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤中的氮、磷、鉀等無機鹽及有機物含量降低。同時土壤中的動物、微生物及他們的衍生物數(shù)量也大大降低，從而影響立地條件，土地的保水能力減弱。

4.2 增加下游河道、水庫淤積、影響水質(zhì)

項目建設(shè)直接影響盤龍河、疇陽河等兩條河流以及暮底河水庫、團(tuán)結(jié)水庫等兩個水庫，流域面積共計7 591 km2。公路多次以橋梁形式跨過沿線河流及水庫，橋梁基礎(chǔ)施工過程中在沒有進(jìn)行防護(hù)的情況下遇雨易產(chǎn)生徑流沖刷，進(jìn)入河道、水庫，將對沿線河流、水庫的水質(zhì)、泥沙淤積等方面產(chǎn)生一定的不利影響。

4.3 影響生態(tài)環(huán)境

公路建設(shè)開挖及填筑損壞原有植被，破壞沿線景觀；工程施工中若不加強管理，裸露的地表遇大風(fēng)時塵土飛揚，增加空氣中TSP含量，遇大雨則泥水橫流，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響附近群眾的生產(chǎn)生活。

4.4 影響公路安全

公路路基部分位于坡地上，若防護(hù)工程不到位有可能引發(fā)嚴(yán)重的水土流失(如滑坡、塌方)將影響高速公路自身的安全。施工產(chǎn)生的棄渣如不采取水土流失防治措施，在外營力的作用下，也有可能產(chǎn)生次生災(zāi)害。

5 結(jié)語

公路建設(shè)加劇沿線水土流失，棄渣導(dǎo)致的新增水土流失量是公路建設(shè)水土流失的主要來源，占新增水土流失量的50%以上，水土流失重點部位為棄渣場區(qū)、路基區(qū)、表土堆放場區(qū)、施工便道區(qū)、互通區(qū)及橋梁區(qū)，如不做好水土保持防治工作，將帶來嚴(yán)重的水土流失危害。

建議主體設(shè)計進(jìn)一步優(yōu)化路線平縱設(shè)計，減少棄渣；以水土流失重點部位為主要治理單元，建立完善的水土保持措施體系；針對水土流失重點部位制定合理的水土流失監(jiān)測方案。