昔榆高速水土流失預(yù)測(cè)研究

徐 紅

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西 太原 030032）

公路建設(shè)期間，大量挖填方容易造成植被破壞，形成裸露地表，引發(fā)嚴(yán)峻的水土流失問題[1]。因此，公路施工期應(yīng)采取相應(yīng)的措施減少或避免因工程建設(shè)而帶來的水土流失[2]。本文結(jié)合昔榆高速工程影響區(qū)地形、地貌、植被、降雨等現(xiàn)狀調(diào)查，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)期和自然恢復(fù)期可能造成的水土流失進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析。

1 項(xiàng)目概況

昔陽（晉冀界）至榆次高速公路工程是《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整方案（2009年—2020年）》中“三縱十二橫十二環(huán)”中第七橫的重要一段，是國家發(fā)改委支持山西省與京津冀加強(qiáng)協(xié)作實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。路線起點(diǎn)位于晉中市昔陽縣太行山虎寨嶺孔氏鄉(xiāng)刀把口村東南晉冀省界處，終點(diǎn)設(shè)修文樞紐互通式立體交叉與S60榆祁高速十字交叉。路線全長127.058 km，采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，路基寬度26.0 m。其主要建設(shè)內(nèi)容包括：橋梁29 478.5 m/72座，隧道35 564 m/18座，互通式立體交叉6處，服務(wù)區(qū)3處、匝道收費(fèi)管理站5處、主線治超站1處、路段管理分中心2處、養(yǎng)護(hù)工區(qū)3處，隧道管理站3處。全線共占地1 337.86 hm2，其中永久占地763.92 hm2，臨時(shí)占地573.94 hm2。挖填方總量為5 697.65萬m3，挖方3 850.81萬m3，填方1 846.84萬m3，需借方83.27萬m3，共產(chǎn)生棄方2 087.24萬m3。

該項(xiàng)目工程組成主要包括：路基工程、橋涵工程、隧道工程、互通工程、沿線設(shè)施、施工生產(chǎn)生活區(qū)、施工便道、取土場(chǎng)、棄渣場(chǎng)和臨時(shí)堆土場(chǎng)。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地貌類型主要為北方土石山區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。項(xiàng)目區(qū)年平均氣溫6.3℃～9.8℃，年平均降水量在424.9～581.3 mm之間，風(fēng)向以WN居多；無霜期127.0～182.1 d；區(qū)內(nèi)最大動(dòng)土深度為75～111 cm。項(xiàng)目區(qū)主要土類有灰褐土、棕壤和草甸土。項(xiàng)目走廊帶地處海河流域和黃河流域接壤地帶。穿越的水系主要有屬黃河干流山西段汾河水系與海河流域滹沱河水系、漳衛(wèi)河水系。其中跨越汾河水系的河流有瀟河、安豐河、木瓜河、里思河、涂河；跨越滹沱河水系的河流主要有松溪河及其支流城北河；跨越漳衛(wèi)河水系經(jīng)過的河流主要有漳溢河。項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋率為42.53%，植被主要有針葉林、灌草叢和栽培植被。

該項(xiàng)目位于晉中市境內(nèi)，沿線涉及昔陽縣、和順縣、壽陽縣和榆次區(qū)，按照全國土壤侵蝕類型區(qū)劃及《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007），項(xiàng)目區(qū)屬水力侵蝕區(qū)中的北方土石山區(qū)，區(qū)域內(nèi)容許土壤流失量為200 t/km2·a。根據(jù)《全國水土保持規(guī)劃國家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)復(fù)核劃分成果》（水利部，辦水?！?013〕188號(hào)），該項(xiàng)目屬于太行山國家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行北方土石山區(qū)一級(jí)防治標(biāo)準(zhǔn)，防治目標(biāo)取值詳見表1。

表1 水土流失防治目標(biāo)值 %

3 水土流失預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)方法

目前，常用于開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)方法主要有通用土壤流失方程法、類比法、分類分級(jí)法、流失系數(shù)法等。由于項(xiàng)目區(qū)水土流失實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料較為缺乏，因此本文采用分類分級(jí)法進(jìn)行擾動(dòng)地表的水土流失量計(jì)算。

3.2 預(yù)測(cè)模型

運(yùn)用公式法預(yù)測(cè)擾動(dòng)地表的水土流失量，其預(yù)測(cè)模型為：

式中：W為擾動(dòng)地表土壤流失量，t；i為預(yù)測(cè)單元（1，2，3，…，n）；j為預(yù)測(cè)時(shí)段（1，2為施工期和自然恢復(fù)期）；Fji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的面積，km2；Mji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Tji為第j預(yù)測(cè)時(shí)段、第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

3.3 預(yù)測(cè)單元和預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50433—2008），以及工程布局和公路建設(shè)特點(diǎn)，本工程共劃分10個(gè)預(yù)測(cè)單元，分別為路基工程區(qū)、橋涵工程區(qū)、隧道工程區(qū)、互通工程區(qū)、沿線設(shè)施區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、施工便道區(qū)、取土場(chǎng)區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、臨時(shí)堆土場(chǎng)區(qū)。本工程水土流失預(yù)測(cè)期為施工期和自然恢復(fù)期，施工期占地均存在不同程度的水土流失，自然恢復(fù)期應(yīng)扣除建筑物占地、地面硬化和水面面積。根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50434—2018），項(xiàng)目區(qū)所屬氣候區(qū)為暖溫帶亞濕潤區(qū)，自然恢復(fù)期按3年確定。各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)范圍、預(yù)測(cè)時(shí)段見表2。

表2 各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)范圍和預(yù)測(cè)時(shí)段統(tǒng)計(jì)表

3.4 土壤侵蝕模數(shù)

根據(jù)各預(yù)測(cè)單元施工過程中的擾動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合地形因素，采用專家咨詢法（Delphi法）得出各預(yù)測(cè)單元不同預(yù)測(cè)時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，詳見表3。

表3 各預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù) t/km2·a

3.5 預(yù)測(cè)結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目建設(shè)期水土流失總量為325 120 t，新增水土流失量為289 566 t；自然恢復(fù)期水土流失總量為79 218 t，新增水土流失量為55 822 t；工程項(xiàng)目造成的水土流失總量為404 338 t，新增水土流失總量為345 388 t，詳見表4。通過對(duì)比分析，確定該項(xiàng)目路基工程、棄渣場(chǎng)、施工便道和臨時(shí)堆土場(chǎng)為水土流失重點(diǎn)區(qū)。

表4 水土流失匯總統(tǒng)計(jì)表

3.6 建議措施

根據(jù)該項(xiàng)目水土流失的變化情況，水土保持排水工程要在施工初期完成。路基施工如等到填筑、開挖完成再行防護(hù)，其水土流失將無法得到有效控制，因此，在防護(hù)及永久性排水工程實(shí)施前要采取臨時(shí)防護(hù)措施。植物措施在路基土石方工程結(jié)束后應(yīng)盡早實(shí)施。土建工程施工前應(yīng)合理制定進(jìn)度計(jì)劃，土石方開挖盡量避開雨季，并在雨季到來之前做好邊坡防護(hù)及排水設(shè)施，將水土流失降到最低。

4 結(jié)論

在公路建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際施工中，一般主體工程施工能夠得到建設(shè)單位的高度重視，水土保持措施也能較好地得到落實(shí)，而臨時(shí)工程往往容易被忽視，其水土保持措施常常落實(shí)不到位，水土流失問題較多。本文通過對(duì)高速公路各防治分區(qū)水土流失量的預(yù)測(cè)分析，旨在為后期開展類似項(xiàng)目水土保持防治等工作提供參考，特別是要高度重視臨時(shí)工程水土流失防治措施的有效落實(shí)。