深圳東部過境高速公路工程水土流失預(yù)測(cè)及防治措施評(píng)價(jià)

黃啟紅

(深圳市水保生態(tài)環(huán)境技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

東部過境高速公路工程位于廣東省深圳市境內(nèi)羅湖區(qū)、龍崗區(qū)、坪山區(qū)，項(xiàng)目路線長(zhǎng)度32.2 km，設(shè)置特大橋(5812 m)4座，大橋(7933 m)21座，中橋(96 m)/1座，涵洞46道，隧道(單洞合計(jì)7257.644 m)4座，互通式立交8處。工程總占地面積330.88 hm2，其中永久占地323.54 hm2，臨時(shí)占地7.34 hm2。

工程全線多已開工，現(xiàn)狀開工段均存在不同程度的水土流失隱患，項(xiàng)目區(qū)水土流失面積主要存在于場(chǎng)地內(nèi)裸露地表、還未綠化的裸露邊坡、臨時(shí)堆土等區(qū)域。根據(jù)工程水土保持監(jiān)測(cè)報(bào)告，目前項(xiàng)目累計(jì)擾動(dòng)地表面積330.88 hm2，損毀植被面積238.43 hm2，工程目前已完成挖方537.05萬m3，填方537.05萬m3。根據(jù)全國水土保持區(qū)劃三級(jí)分區(qū)體系，項(xiàng)目區(qū)屬于南方紅壤區(qū)(南方山地丘陵區(qū))—華南沿海丘陵臺(tái)地區(qū)—華南沿海丘陵臺(tái)地人居環(huán)境維護(hù)區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/(km2·a)。

羅湖區(qū)、龍崗區(qū)、坪山區(qū)土壤侵蝕類型為水力侵蝕區(qū)—南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主。項(xiàng)目區(qū)以水力侵蝕為主，水土流失程度屬于微度。

依據(jù)工程所處的地貌類型，主體工程建設(shè)時(shí)序、布局，新增水土流失的特點(diǎn)，以及防治責(zé)任范圍的劃分，并考慮與主體工程相銜接，便于水土保持方案的組織實(shí)施等主導(dǎo)因素，進(jìn)行水土流失防治分區(qū)。本方案根據(jù)項(xiàng)目目前的施工進(jìn)度情況，將項(xiàng)目區(qū)劃分為東、西2 段，西段為起點(diǎn)至梧桐立交，東段為梧桐立交至終點(diǎn)，各段按照施工內(nèi)容劃分為主體工程區(qū)、施工營(yíng)地區(qū)、施工便道區(qū)等3 個(gè)二級(jí)水土流失防治分區(qū)，其中西段主體工程區(qū)劃分為路基工程區(qū)、橋涵工程區(qū)、隧道工程區(qū)、附屬工程區(qū)及改遷工程區(qū)5個(gè)三級(jí)分區(qū)，東段主體工程區(qū)劃分為路基工程區(qū)、橋涵工程區(qū)、附屬工程區(qū)及改遷工程區(qū)4個(gè)三級(jí)分區(qū)。詳見表1。

表1 水土流失防治分區(qū)劃分

2 水土流失分析與預(yù)測(cè)

科學(xué)預(yù)測(cè)工程建設(shè)過程中造成的水土流失及其影響，可為重建和恢復(fù)區(qū)域生態(tài)防護(hù)體系提供依據(jù)，以保證項(xiàng)目建設(shè)的安全施工和運(yùn)營(yíng)以及生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)[1-4]。

2.1 預(yù)測(cè)單元及預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)水土流失防治分區(qū)(表1)，本項(xiàng)目土壤流失量按主體工程區(qū)、施工營(yíng)地區(qū)、施工便道區(qū)等預(yù)測(cè)單元進(jìn)行測(cè)算。工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建設(shè)期和自然恢復(fù)期，各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)段根據(jù)施工所處時(shí)段占整個(gè)雨季時(shí)段的比例計(jì)算，超過雨季長(zhǎng)度而不足一年的按1 a計(jì)算，自然恢復(fù)期按1 a計(jì)。

2.1.1 施工期

(1)西段(起點(diǎn)至梧桐立交)。 項(xiàng)目起點(diǎn)至梧桐立交段施工接近完成，區(qū)內(nèi)裸露地表較少，后期主要進(jìn)行路面交安、機(jī)電工程施工，水土流失輕微，存在水土流失面積主要為主體工程區(qū)。

(2)東段(梧桐立交至終點(diǎn))。 目前均處于停工狀態(tài)，區(qū)內(nèi)存在大面積裸露地表，水土流失較嚴(yán)重，占地范圍內(nèi)均存在水流失。

2.1.2 自然恢復(fù)期

工程計(jì)劃于 2021 年 12 月完工，本項(xiàng)目所在的羅湖區(qū)、龍崗區(qū)、坪山區(qū)多年平均降雨量為 1966.3 mm，屬濕潤(rùn)區(qū)，根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50433—2018)自然恢復(fù)期按1 a計(jì)。

各分區(qū)預(yù)測(cè)時(shí)段劃分見表2所示。

表2 各分區(qū)預(yù)測(cè)時(shí)段劃分

2.2 擾動(dòng)土壤侵蝕模數(shù)確定

本項(xiàng)目土壤侵蝕模數(shù)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，通過收集項(xiàng)目區(qū)同期降雨量、地表徑流系數(shù)、擾動(dòng)地表類型面積以及參考附近同類建設(shè)項(xiàng)目地表徑流泥沙含量(懸移質(zhì))的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析確定擾動(dòng)土壤侵蝕模數(shù)[5-6]。

根據(jù)原始地形地類并結(jié)合以往水土保持調(diào)查研究分析，確定項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕模數(shù)背景值為500 t/(km2·a)，施工期土壤侵蝕模數(shù)見表3。

表3 土壤侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)情況 t·(km2·a)-1

2.3 土壤流失預(yù)測(cè)

羅湖區(qū)、龍崗區(qū)、坪山區(qū)土壤侵蝕類型為水力侵蝕區(qū)—南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主。采用以下公式計(jì)算土壤流失量[7-9]：

(1)土壤流失總量預(yù)測(cè)，見式(1)。

(1)

式中：W為擾動(dòng)地表土壤流失量，t；i為預(yù)測(cè)單元;k為預(yù)測(cè)時(shí)段，指施工期和自然恢復(fù)期；Fi為第i個(gè)預(yù)測(cè)單元的面積，km2；Mi k為擾動(dòng)后不同預(yù)測(cè)單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；Ti k為預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

(2)新增土壤流失量預(yù)測(cè)。

根據(jù)擾動(dòng)原貌面積、擾動(dòng)原地貌前后土壤侵蝕模數(shù)的變化，棄土(渣)堆放部位和數(shù)量，運(yùn)用式(2)～式(3)計(jì)算新增土壤流失量。

(2)

(3)

式中：ΔW為擾動(dòng)地表新增土壤流失量，t；Mi0為擾動(dòng)前不同預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)。

通過預(yù)測(cè)，在不采取任何水土保持措施的情況下，本項(xiàng)目施工期和自然恢復(fù)期可能造成的土壤流失總量為55 603 t，新增土壤流失量52 440 t，其中施工期新增土壤流失量51 065 t，自然恢復(fù)期新增土壤流失量1375 t。分區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果見表4。

表4 土壤流失量預(yù)測(cè)

根據(jù)以上確定的預(yù)測(cè)時(shí)段、預(yù)測(cè)分區(qū)及預(yù)測(cè)方法，通過預(yù)測(cè)，在不采取任何水土保持措施的情況下，本項(xiàng)目施工期和自然恢復(fù)期可能造成的土壤流失總量為 55 603 t，新增土壤流失量52 440 t，其中施工期新增土壤流失量 51 065 t，自然恢復(fù)期新增土壤流失量1375 t。從預(yù)測(cè)結(jié)果來看，水土流失主要發(fā)生在施工期，其中路基工程區(qū)和橋涵工程區(qū)是水土流失防治的重點(diǎn)。

3 水土流失防治

3.1 水土流失防治體系

水土流失防治措施總體布局遵循“因地制宜、因害設(shè)防”的原則，結(jié)合工程特點(diǎn)，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結(jié)合的防治方案，工程建設(shè)期以臨時(shí)排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時(shí)措施為主，以工程措施、植物措施與臨時(shí)措施相結(jié)合，排水工程和綠地建設(shè)為主構(gòu)建防治措施體系。

3.2 水土保持措施典型設(shè)計(jì)

按照上述水土流失防治體系，結(jié)合個(gè)防治分區(qū)水土流失特點(diǎn)，對(duì)排水設(shè)施、植物措施、臨時(shí)防護(hù)措施等進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。

3.2.1 臨時(shí)排水溝

本項(xiàng)目區(qū)外匯水面積較大，但單個(gè)匯水區(qū)均有多個(gè)排水出口，根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)的排水溝尺寸，在區(qū)內(nèi)布設(shè)臨時(shí)排水溝，各獨(dú)立匯水分區(qū)設(shè)置有多種類型的臨時(shí)排水溝，臨時(shí)排水溝尺寸可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)排水溝所處地形、土質(zhì)、功能及排水要求，布設(shè)磚砌結(jié)構(gòu)和土質(zhì)結(jié)構(gòu)兩種形式排水溝。

磚砌排水溝，斷面矩形，(0.4～0.6)m×(0.4～0.6)m，灰砂磚砌磚，表面為1∶2水泥砂漿抹面，底部為 C10 混凝土墊層，沿排水溝每 20 m 設(shè)置集水坑。

土質(zhì)排水溝，斷面梯形，底寬 0.3～0.6 m，頂寬 0.6～1.2 m，高 0.3～0.6 m，表面壓實(shí)后采用土工布覆蓋，沿排水溝每 20 m 設(shè)置集水井。

沉沙池規(guī)格為L(zhǎng)×B×H=3.0 m×1.5 m×1.5 m，大型沉沙池規(guī)格為L(zhǎng)×B×H=6.0 m×4.0 m×2.0 m，沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸壓灰砂磚襯砌(厚24 cm)，并用1∶2水泥砂漿抹面，底部為10 cm厚現(xiàn)澆C15混凝土底板。為了維持沉沙池具有穩(wěn)定的容積，根據(jù)本工程施工工期的安排，發(fā)現(xiàn)沉沙池淤積至影響其發(fā)揮作用時(shí)應(yīng)及時(shí)清理。

3.2.2 臨時(shí)攔擋

在施工過程中，為防止發(fā)生水土流失，對(duì)臨時(shí)堆土的邊坡坡腳處設(shè)置土袋擋墻， 采用編織袋裝土進(jìn)行臨時(shí)攔擋，采用梯形斷面，頂寬為0.5 m，底寬 0.8 m，高為0.5 m。

3.2.3 臨時(shí)覆蓋

在土方臨時(shí)堆放過程中，如遇暴雨、大暴雨等惡劣天氣， 在降雨來臨前對(duì)場(chǎng)地內(nèi)堆放土方及還未夯實(shí)的松散裸露地表采取土工布臨時(shí)覆蓋， 防止施工期間松散泥沙直接隨雨水沖刷進(jìn)入周邊排水通道，對(duì)雨水管道造成淤積或堵塞，影響周邊現(xiàn)狀雨水的排放。

3.2.4 擋水埂

為了使路基地表徑流能夠集中到坡面截排水溝，在路基與邊坡交接處設(shè)置一道土質(zhì)擋水埂擋水。擋水梗就地采用筑路土方填筑，每隔 200 m 預(yù)留缺口與坡面急流槽連接。擋水埂斷面為梯形，頂寬20 cm，底寬40 cm，高20 cm。

3.2.5 表土剝離

項(xiàng)目占地為耕地、林草地的，需進(jìn)行表土剝離保留，用于后期綠化覆土。表土采用機(jī)械配合人工剝離的方式，剝離厚度 20～30 cm。

3.2.6 植物措施布設(shè)

本項(xiàng)目所在地土壤類型主要為赤紅壤，赤紅壤往往侵蝕嚴(yán)重，土體薄，林木立地條件差，生物積累量較少，肥力較低。因此，在布設(shè)植物措施時(shí)，應(yīng)選擇耐瘠薄耐干旱、固土能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的植物。

按照“適地適樹、適地適草”的原則選擇狗牙草、百喜草等為主要草種，草籽撒播量為60 kg/hm2。種草采用撒播的方法，即將草籽均勻撒在平整好的土地上，然后用耙或耱等方法覆土埋壓，覆土厚度一般為0.5～1.0 cm，草籽撒播一般在雨季或墑情較好時(shí)進(jìn)行。

3.3 水土保持監(jiān)測(cè)

水土保持監(jiān)測(cè)是從保護(hù)水土資源和維護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，運(yùn)用多種手段和方法，及時(shí)掌握主體工程建設(shè)引發(fā)水土流失的影響因子、擾動(dòng)范圍和土壤侵蝕強(qiáng)度及其動(dòng)態(tài)變化，對(duì)水土保持措施的防治效果作出科學(xué)的評(píng)價(jià)。

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為擾動(dòng)地表情況，水土流失情況和水土保持措施實(shí)施情況及效果等。監(jiān)測(cè)方法主要采用調(diào)查監(jiān)測(cè)、沉沙池法和巡查的監(jiān)測(cè)方法。本工程共布設(shè)30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中西段路基工程區(qū)共布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、橋涵工程區(qū)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、隧道工程區(qū)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、附屬工程區(qū)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及改遷工程區(qū)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 東段路基工程區(qū)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、橋涵工程區(qū)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、附屬工程區(qū)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及改遷工程區(qū)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.4 監(jiān)測(cè)分析

本項(xiàng)目總占地面積 330.88 hm2，項(xiàng)目建設(shè)將擾動(dòng)地表、破壞土地，擾動(dòng)地表類型主 要為其他土地、草地、林地和交通運(yùn)輸用地。通過對(duì)防止責(zé)任范圍、擾動(dòng)地表、水土流失量、水土保持措施及效果等的監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明各項(xiàng)水土保持措施發(fā)揮了較好的作用，達(dá)到了有效預(yù)防和控制水土流失的目的。

(1)水土流失治理度。本項(xiàng)目施工造成水土流失的總面積為 330.88 hm2，水土流失治理達(dá)標(biāo)面積 330.88 hm2，其中，水土保持措施面積為 191.64 hm2，硬化面積136.46 hm2，水土流失治理度達(dá)到99%。

(2)土壤流失控制比。施工結(jié)束后，全部的開挖、裸露面積得到有效的防護(hù)。監(jiān)測(cè)分析表明，水土保持措施實(shí)施后，防治責(zé)任范圍內(nèi)土壤流失量減少52 440 t，土壤侵蝕模數(shù)降低到500 t/(km2·a)，水土流失控制比達(dá)1.0。

(3)渣土防護(hù)率。本工程建設(shè)過程無棄方，區(qū)內(nèi)不設(shè)臨時(shí)堆土，工程施工過程中路基及立交范圍回填形成松散的裸露坡面，不可避免地造成水土流失，方案在上述區(qū)域均布設(shè)了攔擋、苫蓋等防護(hù)措施，但土石方內(nèi)部運(yùn)輸(需經(jīng)過外部道路)、回填過程中造成的零星流失，經(jīng)分析計(jì)算渣土防護(hù)率可達(dá)到 97%。

(4)表土保護(hù)率。根據(jù)工程征占地情況，防治責(zé)任范圍內(nèi)表土總量約 10.96萬m3，剝離表土全部用于東段填方路基邊坡回填綠化，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析計(jì)算，表土保護(hù)率可達(dá)到 95%。

(5)林草植被恢復(fù)率。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)可綠化面積 193.56 hm2，工程實(shí)施植物措施面積191.64 hm2，空閑、林草植被恢復(fù)率達(dá) 98%。

(6)林草覆蓋率。本工程建設(shè)區(qū)面積為 330.88 hm2，植被恢復(fù)面積為191.64 hm2，林草覆蓋率為58%。

通過以上的定量分析，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)水土保持基礎(chǔ)效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護(hù)率、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率等各項(xiàng)防治指標(biāo)均可達(dá)到或超過區(qū)域水土流失防治的目標(biāo)值。

4 結(jié) 論

本文以東部過境高速公路施工期和植被恢復(fù)期造成水土流失破壞為研究背景，從水土流失分析與預(yù)測(cè)、水土保持措施體系以及水土流失防治效益評(píng)價(jià)多方面進(jìn)行分析論證，結(jié)果顯示：

(1)在不采取任何水土保持措施的情況下，本項(xiàng)目施工期和自然恢復(fù)期可能造成的土壤流失總量為55 603 t，新增土壤流失量52 440 t。

(2)工程以東西兩段為基礎(chǔ)，共劃分3級(jí)水土流失防治分區(qū)，結(jié)合工程特點(diǎn)，構(gòu)建了以工程措施、植物措施和臨時(shí)措施為主的水土流失防治體系，采用排水、沉沙、攔擋、苫蓋、綠地建設(shè)等措施相結(jié)合的防治方案預(yù)防和控制水土流失，取得了較好的防治效果。

(3)通過監(jiān)測(cè)分析，項(xiàng)目防治責(zé)任范圍內(nèi)水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護(hù)率、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率等各項(xiàng)防治指標(biāo)均可達(dá)到或超過區(qū)域水土流失防治的目標(biāo)值。