隴東地區(qū)取土場水土資源利用體系構建探索

田晉華 ，高雅玉 ，張 峰 ，馬 濤 ，袁立毅

（1.甘肅省水土保持科學研究所，730030，蘭州；2.甘肅天源勘測設計工程有限公司，730000，蘭州）

隴東主要指陜北狹地以西、六盤山以東的廣袤區(qū)域，是甘肅省境內(nèi)黃土高原區(qū)主要組成部分，分屬隴中高原、隴東—陜北高原，以黃土塬、梁、峁地形為主，溝壑縱橫，形態(tài)復雜，屬黃土高原溝壑立地亞區(qū)，是黃土高原土壤侵蝕非常嚴重的地區(qū)之一。隨著黃土高原地區(qū)綜合經(jīng)濟實力的提升，相應的公路、鐵路、民航設施等交通項目不斷上馬，產(chǎn)生一大批取土場。由于隴東地區(qū)特殊的地貌特征，交通設施的修建需要適應黃土高原復雜的地形地貌，主要手段有削峁、填溝、架橋、路基填筑等，與此同時產(chǎn)生大量的土方開挖、調(diào)運，原有地貌遭到開挖破壞后缺乏植被保護，受到降雨尤其是夏季降雨集中且多暴雨的影響，易造成劇烈的水土流失，引發(fā)水土流失災害。

新建西平鐵路線途經(jīng)陜西省咸陽市和甘肅省慶陽市、平?jīng)鍪?，慶陽至平?jīng)龆瓮窘?jīng)慶陽市寧縣及平?jīng)鍪袥艽h、崆峒區(qū)，在平?jīng)瞿险九c既有寶中線接軌。新建西平鐵路甘肅段共涉及取土場65個，其中平?jīng)鍪?8個，慶陽市7個，取土量達941.82萬m3。

一、取土場建設特征及水土流失特點分析

1.取土場建設特征分析

慶陽至平?jīng)龆稳⊥翀龆嘣O置在車站、路基附近荒地，部分距離較近的路基取土場與站場取土場合并使用，采取集中取土方式。取土場大部分設置在線路兩側(cè)植被稀疏、地形較平緩的緩坡地，最大限度地保留原有植被；為降低土方運輸成本，取土場位置均在距離鐵路及站場3.5 km范圍內(nèi)，運輸方便且避免由于長距離運輸造成的次生水土流失；約87%的取土場在鐵路沿線視線外取土，基本滿足自然景觀協(xié)調(diào)的要求。

2.取土場水土流失特點

（1）裸露面較大且土體松散，防治措施難以持續(xù)跟進

由于鐵路基礎施工進度較為緊湊，連續(xù)性強，相應的取土過程較為連續(xù)，導致取土場由于連續(xù)取土造成臨時防治措施不能及時跟進，造成施工過程水土流失強度增加。

（2）匯水面積大，形成有效徑流時間短且流量大

取土場取土后形成棄土平臺及棄土坡面，改變了地表下墊面條件，徑流系數(shù)增加，由原來的0.1～0.2增加到0.25～0.35。雨水匯流造成棄土平臺及棄土坡面以片狀及細溝狀水力侵蝕，進而產(chǎn)生水土資源流失。

（3）徑流資源利用匱乏

徑流資源形成后少部分入滲進入地下，大部分匯集進入截排水系統(tǒng)以后排入溝道內(nèi)，未設置截排水系統(tǒng)的區(qū)域，徑流形成以后產(chǎn)生沖溝，隨沖溝進入溝道內(nèi)，造成水土流失。

（4）水土資源保護性治理和利用模式單一

主要原因：①削坡開級坡度未達到設計規(guī)范要求，坡度太陡，馬道太窄；②植物措施配置單一且配置不合理；③截排水系統(tǒng)設置過于簡單，降雨資源匯集后順溝道流走，造成水土資源流失；④取土后形成的土地和徑流資源不能有效利用；⑤各類治理措施之間缺乏有效的連接性和互補性。

（5）植被選擇存在問題

①植被種類單一，無法形成喬、灌、地被復層立體結構，林木垂直郁閉度低，不能充分發(fā)揮植物的生態(tài)效益，研究區(qū)常見的布設方式為刺槐+側(cè)柏或者直接撒播單一草籽；②苗齡選擇和栽植方式不合理，例如研究區(qū)常見的刺槐，選擇苗齡過大（樹徑達到5 cm）時，由于取土場馬道平臺土壤水分匱乏很難成活，成活的少部分刺槐30 cm以上基本干枯；③很少選取景觀效果好的植被，無法形成較好的四季景觀；④取土后形成的頂部平臺和底部平臺很少栽植經(jīng)濟作物，無法有效利用土地資源并發(fā)揮經(jīng)濟效益。

二、取土場水土資源利用體系構建

研究區(qū)年平均降雨量在511～566 mm之間，降雨量相對豐富，由于黃土高原區(qū)取土場植被立地條件差，植被修復關鍵是要保證土壤水分充足。取土場在取土結束后形成大面積的頂部平臺和坡面，屬于有效的集雨面，有利于雨水收集，通過構建取土場水土資源高效利用系統(tǒng)來有效利用雨水徑流資源，用于補充取土場植被建設及自然修復過程中的水分虧缺。

1.分級削坡型取土場邊坡生態(tài)治理修復技術

分級削坡型邊坡治理（構建三維植被防護技術體系，見圖1）分為邊坡和馬道平臺治理兩部分，寬臺陡坡型屬于臺階型設計坡型的特例 （見圖2），通過縮短坡長改變植被生長的立地條件，即增大單級邊坡坡度 （60°～70°）和平臺寬度（2.5～3.0 m），減小單級坡高（3.5～4.0 m），在坡面平臺處種植適應當?shù)貧夂驐l件的灌木或喬木，坡面斜坡則依靠生態(tài)自我修復進行防護。

將邊坡表面刨毛撒播草籽后，覆蓋一層土工膜對邊坡土壤和草籽進行固定，后期通過植物生長進一步穩(wěn)固邊坡土體。每一級馬道設置截滲水溝（內(nèi)壁鋪設半透水土工膜），對坡面來水進行攔蓄，使雨水均勻入滲土體，增加每一級邊坡土壤含水量，補充坡面植物需水，同時可有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度，減小孔隙水壓力和土體自重力，從而大幅度提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力，提升生態(tài)修復力度。

2.高陡邊坡生態(tài)治理修復技術

高陡邊坡生態(tài)治理修復技術（見圖3）通過在取土場頂部平臺修建生態(tài)集流場及雨水收集池，對降雨資源進行有效收集、過濾，坡面布設微潤管網(wǎng)，通過微潤管補充高陡坡面植被修復所需水分，為保證坡體穩(wěn)定，在坡腳修筑漿砌石護腳。

①坡頂區(qū)：設置截水溝用于收集周圍匯水，截水溝采用梯形斷面，在截水溝上按照均勻間隔 （8～10 m，具體因坡面需水量、雨水收集池容積大小調(diào)整）設置1處雨水收集池，再通過微潤管向坡面植物供水，進水口設置沉沙池，出水口設置過濾器（微潤管對水質(zhì)要求較高）。截水溝溝底及邊坡、儲水窖底板及窖壁、井口均采用C20混凝土砌筑，截水溝外圍兩側(cè)1.0 m范圍內(nèi)土地整治后播種生長密度較高的草籽，同時施有機肥加速植被恢復，降低進入截水溝的泥沙含量。坡頂植被宜選擇喬木和草類。

②坡面區(qū)：在坡面覆蓋一層土工合成材料或掛柔性網(wǎng)，根據(jù)坡度及植被位置相應布設微潤管，選擇多種植物按一定組合與間距種植。坡面植被主要選擇草和灌木；適當啟閉微潤管保持濕潤的最佳狀態(tài)。

③坡腳區(qū)：坡腳加固主要采取漿砌石擋墻或護坡，存在滑塌風險的高陡邊坡可采取抗滑樁先行固定，在坡腳外圍布設喬灌草結合的植物措施。

3.取土場治理輔助措施

（1）臨時防治措施

①苫蓋措施：對已經(jīng)開挖形成的平臺、坡面等裸露面，且后期仍需取土的區(qū)域采取防塵網(wǎng)苫蓋，苫蓋后每隔2～3 m設一裝土編織袋壓蓋。

②灑水抑塵：對取土后形成的平面、坡面等施工作業(yè)面及松散土體進行灑水抑塵，降低塵土對周圍環(huán)境的影響，施工期根據(jù)天氣及施工作業(yè)情況每天灑水1次。

（2）工程治理措施

削坡開級的坡比控制在1∶1.5，開挖8～10 m高時設一道寬2～3 m的馬道。在取土場頂部開挖邊界以外布設坡頂截水溝，在馬道布設截排（滲）水溝，取土場開挖邊界兩側(cè)布設急流槽，下接消力池，由尾水排水溝將匯水引入下游自然溝道，對取土后的底部平臺和邊坡進行整治，以利綠化，平臺修筑擋水埂。

①外圍截水溝：為防止外圍坡面匯水沖刷取土場，在取土場外圍布設C20混凝土截水溝，下接急流槽，經(jīng)消力池消力后，通過尾水排水溝將匯水排到下游的自然溝道。

②馬道截排（滲）水溝：在馬道內(nèi)側(cè)布設土質(zhì)梯形截排（滲）水溝。根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB 50299—99），按10年一遇1小時平均最大雨強設計。安全超高根據(jù)要求取10 m。馬道截滲水溝為土質(zhì)結構，開挖后基礎處理原土夯實。

③急流槽：急流槽上接截水溝，采用C20混凝土現(xiàn)澆，為梯形斷面。設計流量按截滲水溝流量加大30%計算；安全超高依據(jù)要求取20 cm。

④消力池：在急流槽尾部接消力池，采用C20混凝土現(xiàn)澆。

⑤尾水排水溝：在消力池尾部增加尾水排水溝，需與原有溝道銜接到位，每座消力池后設尾水排水溝5～10 m，梯形斷面，采用C20混凝土現(xiàn)澆。尾水排水溝的設計標準和設計方法直接采用取土場外圍截水溝，根據(jù)安全超高要求，安全超高取10 cm。

⑥土地整治：取土場取土過程中對邊坡及時進行人工削坡整治，取土結束后，為保證取土場底部平臺降水均勻入滲、增加土壤含水率，應用機械進行坑凹回填、碾壓，并每間隔30 m布設一道擋水埂，防止取土后形成大量匯水面，對下游溝道及其他生產(chǎn)生活設施造成破壞。擋水埂為土質(zhì)，壓實排光，斷面為頂寬50 cm，高60 cm，內(nèi)外坡比1∶1。也可根據(jù)實際需要進行復墾、造林種草或作為宅基地等。

圖1 邊坡分級治理（構建三維植被防護技術體系）

圖2 分級邊坡治技術示意圖

圖3 高陡邊坡治理技術示意圖

三、結 語

本研究通過充分利用取土場取土結束后形成的特有地貌和研究區(qū)豐富的降水資源，采用分級削坡型取土場邊坡生態(tài)治理修復技術與高陡邊坡生態(tài)治理修復技術模式，構建隴東地區(qū)取土場水土資源利用體系，加速修復取土場建設對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成的破壞，有效抑制取土場建設造成水土流失。