高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)與保持對(duì)策研究

李 軍

(南昌水兌工程咨詢有限公司，南昌 330095)

0 引 言

自19世紀(jì)末，鐵路就已經(jīng)成為交通運(yùn)輸體系中必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)一百多年的建設(shè)和發(fā)展，中國(guó)的鐵路事業(yè)日益發(fā)達(dá)。截至2021年4月16日，中國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總里程已經(jīng)達(dá)到了14.63萬(wàn)km，高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)3.79萬(wàn)km，鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)越發(fā)完善。在越來(lái)越多高速公路建設(shè)項(xiàng)目出現(xiàn)之后，由于大量土石方挖填吊運(yùn)、破壞植被、擾動(dòng)地表等，使得建設(shè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)更加高效的水土保持措施勢(shì)在必行[1]。

1 工程概況

本項(xiàng)目全稱為南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目——站城一體及綜合客運(yùn)樞紐工程，該項(xiàng)目依托于京九高鐵的未來(lái)通車，將南昌在環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市地位進(jìn)行更深層次的強(qiáng)化，同時(shí)還可以將環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群的經(jīng)濟(jì)聚集效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的提升，進(jìn)而競(jìng)合長(zhǎng)江周游城市群的發(fā)展，在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展進(jìn)行積極地參與。在該項(xiàng)目建設(shè)完成并投入使用之后，南昌與京津冀的連通時(shí)間將縮短為5h，與粵港澳大灣區(qū)的連通時(shí)間將縮短為3h[2]。

南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目——站城一體及綜合客運(yùn)樞紐工程屬于一個(gè)新建項(xiàng)目，位于江西省南昌市青山湖區(qū)羅家鎮(zhèn)秦坊村東站西路以東、祥豫路以南、南昌東站以西、東站南路以北，中心地理坐標(biāo)E116°0′49″，N28°36′56″。南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目占地面積共12.74hm2，在此之中，永久性占地總面積為10.33hm2，臨時(shí)占地總面積為2.41hm2，包含YH1302-I05地塊(以下簡(jiǎn)稱A地塊)和YH1302-I08地塊(以下簡(jiǎn)稱B地塊)，總建筑面積 212538m2。

1)A地塊地上用地面積 7.38hm2，總建筑面積 66061m2，計(jì)容建筑面積 66061m2。建筑密度 55.6%，綠地率 11%，容積率 0.89。

2)B地塊地上用地面積 2.95hm2，總建筑面積 24348m2，計(jì)容建筑面積 24348m2。建筑密度 52.6%，綠地率 12%，容積率 0.83。

3)除A、B兩個(gè)地塊之外，工程項(xiàng)目中還存在著一塊臨時(shí)占地區(qū)，這一區(qū)域?yàn)樵擁?xiàng)目設(shè)計(jì)地下室及地下室頂部施工平臺(tái)的過(guò)程中，超出占地紅線范圍的一部分地塊，這一區(qū)域共占據(jù)了2.41hm2的面積，均為臨時(shí)占地。這一區(qū)域的地面上不展開(kāi)任何施工建設(shè)內(nèi)容，待到建設(shè)后期場(chǎng)地平整之后，將會(huì)在臨時(shí)占地中撒播草籽以恢復(fù)這一區(qū)域的植被[3]。

2 水土流失現(xiàn)狀

2.1 青山湖區(qū)

通過(guò)查閱《江西省水土保持公報(bào)》(2019 年)可知，目前，南昌市青山湖區(qū)所擁有的土地面積共有213.87km2，水力侵蝕面積達(dá)到輕度以上的共有11.87km2，在青山湖區(qū)所擁有的土地面積中占有的比重為5.55%。在此之中，輕度侵蝕水土流失的土地面積共有8.89km2，在該地區(qū)水力侵蝕面積的74.90%；強(qiáng)烈侵蝕水土流失面積達(dá)到了0.62km2，占有的比重為5.22%；極強(qiáng)烈侵蝕水土流失的土地面積為0.53km2，占有的的比重為4.47%；達(dá)到劇烈侵蝕水土流失的土地面積為0.43km2，占有的比重為3.62%。青山湖區(qū)水土流失現(xiàn)狀表，見(jiàn)表1。

表1 青山湖區(qū)水土流失現(xiàn)狀表

2.2 項(xiàng)目建設(shè)所在地

按照《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190-2007)中的相關(guān)內(nèi)容來(lái)看，該項(xiàng)目所處地區(qū)屬于南方紅壤區(qū)，水力侵蝕是土壤遭受侵蝕的最主要形式，容許土壤流失量為500t/(km2·a)。

在調(diào)查南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域的水土流失情況并分析背景資料等多項(xiàng)內(nèi)容之后，可以發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的原始地貌為贛撫沖擊平原地貌，微度侵蝕是最主要的土壤侵蝕強(qiáng)度，同時(shí)有小部分地區(qū)呈現(xiàn)出輕度侵蝕的局面。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表，見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表

續(xù)表2 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表

在針對(duì)南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)所在地的平均土壤侵蝕量以及平均土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用如下公式：

1)年均土壤侵蝕量：

(1)

2)平均土壤侵蝕模數(shù)：

(2)

3 相關(guān)結(jié)果預(yù)測(cè)

3.1 土壤流失量預(yù)測(cè)方法

能夠?qū)λ亮魇Я慨a(chǎn)生影響的因素包括臨時(shí)堆土產(chǎn)生的土壤流失量以及破壞植被或土地所造成的土壤流失量，因此，對(duì)土壤流失量進(jìn)行計(jì)算是一項(xiàng)比較重要的內(nèi)容[4]。在計(jì)算本項(xiàng)目的土壤流失量時(shí)，需要采用如下的公式進(jìn)行計(jì)算。值得一提的是，如果預(yù)測(cè)單元重新回歸到原地貌土壤侵蝕模數(shù)以下時(shí)，將無(wú)需進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式中：W為擾動(dòng)地表土壤流失量；j為預(yù)測(cè)時(shí)段，j=1、2……n-1、n；Fji為當(dāng)處于第j預(yù)測(cè)時(shí)段時(shí)，第i預(yù)測(cè)單元的面積，這項(xiàng)內(nèi)容的單位為km2；Mji為當(dāng)處于第j預(yù)測(cè)時(shí)段時(shí)，第i預(yù)測(cè)單元的土壤侵蝕模數(shù)，這項(xiàng)內(nèi)容的單位為t/(km2·a)；Tji為當(dāng)處于第j預(yù)測(cè)時(shí)段時(shí)，第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)，這項(xiàng)內(nèi)容的單位為a。

3.2 土流失量的預(yù)測(cè)

在南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，所生成的水土流失量基本涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容：①由于項(xiàng)目建設(shè)對(duì)所在地區(qū)的植被和土壤造成了損壞，加之項(xiàng)目建設(shè)擾動(dòng)地貌，使得建設(shè)場(chǎng)地及周邊地區(qū)現(xiàn)存的水土保持能力下降甚至是完全消失，在這種情況下，土壤侵蝕狀況不斷朝著更加嚴(yán)重的方向發(fā)展，進(jìn)而致使水土流失量不斷增加；②由于地面裸露而導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象出現(xiàn)，在沒(méi)有進(jìn)行任何水土保持措施的情況下，出現(xiàn)一部分全新增加的水土流失量，這一部分水土流失量主要為水力侵蝕。南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目水土流失量具體情況，見(jiàn)表3。

表3 南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目水土流失量具體情況

4 工程項(xiàng)目水土保持的具體措施

4.1 防治分區(qū)劃分

為了確保南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持工作落實(shí)的高質(zhì)量，在工作開(kāi)展的過(guò)程中，采用劃分防治分區(qū)的形式。在劃分的過(guò)程中，需要以項(xiàng)目本身的占地類型和方式、施工布置及施工時(shí)序、水土流失狀況及水土 流失防治指標(biāo)作為依據(jù)，并在與周邊自然環(huán)境狀況相結(jié)合的前提下進(jìn)行分區(qū)。在分區(qū)時(shí)，首先將整個(gè)項(xiàng)目劃分成了3個(gè)大區(qū)，即A地塊、B地塊以及臨時(shí)占地區(qū)。其中，A地塊拱北劃分成了4個(gè)二級(jí)防止分區(qū)，分別是2#臨時(shí)堆土放置區(qū)、綠化景觀防治區(qū)、道路廣場(chǎng)防治區(qū)以及建筑物防治區(qū)；B地塊共被劃分成5個(gè)二級(jí)分區(qū)，分別是1#臨時(shí)堆土放置區(qū)、施工生產(chǎn)生活防治區(qū)、綠化景觀防治區(qū)、道路廣場(chǎng)防治區(qū)以及建筑物防治區(qū)。

4.2 分區(qū)措施布設(shè)

在南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)期間，按照項(xiàng)目具體情況以及施工設(shè)計(jì)方案中的相關(guān)要求，該項(xiàng)目在進(jìn)行水土保持時(shí)，所應(yīng)用的措施多種多樣，包括雨水花園、園林景觀綠化、屋頂綠化、撒播草籽、混凝土底板拆除、洗車槽、施工圍墻、透水鋪裝、植草溝、雨水口、雨水管、表土剝離、場(chǎng)地平整以及表土回填。其中，表土剝離進(jìn)行的時(shí)間是在工程項(xiàng)目的施工前期，施工團(tuán)隊(duì)針對(duì)建設(shè)區(qū)域內(nèi)能夠剝離表層土壤的區(qū)域進(jìn)行了表土剝離工作，這些剝離的土壤可以被用于后期的綠化用土。以A地塊為例，在該地塊中剝離的表土體積為2.42萬(wàn)m3。與此同時(shí)，該項(xiàng)目還在A地塊中進(jìn)行了臨時(shí)措施的落實(shí)，在這一區(qū)域內(nèi)共覆蓋了面積為0.33hm2的苫布。另外，本工程中還應(yīng)用了相應(yīng)的植物措施用以實(shí)現(xiàn)水土保持的目的，在選擇植物種類的過(guò)程中，遵循的是因地制宜、適地適樹(shù)、符合地域的原則，基本選用本土的樹(shù)種進(jìn)行植被的修復(fù)。在此期間，追求美化與綠化同時(shí)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)落葉樹(shù)木與常綠樹(shù)木、慢生樹(shù)種與快生樹(shù)種進(jìn)行了科學(xué)合理的搭配，確保樹(shù)種搭配的多品種化、多層次化，使植被呈現(xiàn)出高低有序、疏密有致的效果。舉例而言，本工程在選擇植物種類時(shí)，基本有單桿香樟、銀杏、無(wú)患子、黃山欒、鐵冬青、梓樹(shù)、樂(lè)昌含笑、雞爪槭、細(xì)葉紫薇、海桐、梔子花、金葉女貞、粉黛亂子草、鳶尾以及馬尼拉草等多種植物。值得一提的是，在向臨時(shí)占地區(qū)域撒播草籽的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)待到場(chǎng)地平整之后，才可以將混合草籽撒播到裸露的地表上。

4.3 雨水管、雨水口施工

為了獲取良好的水土保持效果，實(shí)現(xiàn)積水的有效排出是一項(xiàng)必不可少的內(nèi)容，因此，排水工程施工至關(guān)重要，高質(zhì)量的排水工程可以減少?gòu)?qiáng)降雨天氣產(chǎn)生的消極影響，提升工程整體質(zhì)量[5]。而在排水工程施工中，雨水管、雨水口施工是其中最重要的環(huán)節(jié)，具體如下：

1)在本次工程主體建設(shè)過(guò)程中，進(jìn)入后期施工階段時(shí)，施工單位在項(xiàng)目建設(shè)所處區(qū)域完成了健全的排水系統(tǒng)的施工，使用的排水方式為雨污分流制排水，在實(shí)際應(yīng)用期間，能夠?qū)Φ缆泛臀菝娴挠晁M(jìn)行有效收集。雨水會(huì)通過(guò)雨水口流入到排水管中，在之后還會(huì)在廠區(qū)雨水管線的集中作用下流向周邊區(qū)域的市政雨水管網(wǎng)。在此次工程中，使用到的雨水管直徑為D200-D1000。

2)按照《城市室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)雨水管實(shí)際流量時(shí)，可以使用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

Qs=qΨF

(4)

式中：Qs所表示的具體含義為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；q的含義為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；Ψ的具體含義為徑流系數(shù)，在本工程中，這項(xiàng)內(nèi)容取0.6；F的具體含義為匯水面積；其單位為hm2。

3)在計(jì)算暴雨強(qiáng)度Q時(shí)，可以使用如下公式：

q=1589(1+0.69logP)/(t+1.4)0.64

(5)

式中：q的具體含義如式(4)，即為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；t表示的含義為降雨歷時(shí)，也可稱之為降雨時(shí)長(zhǎng)，其單位通常為min，本工程在計(jì)算時(shí)取10min作為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)；P表示的含義為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，其單位為a，在本工程中這項(xiàng)數(shù)值取3a。

4)在完成上述兩點(diǎn)計(jì)算之后，還需要對(duì)相應(yīng)的過(guò)流能力加以校核，此時(shí)需要使用到均勻流公式，具體如下：

(6)

式中：Q的含義為設(shè)計(jì)流量，m3/s；C的含義為謝才系數(shù)；A的含義為圓形斷面的面積；R的含義為水力半徑，R=A/X；X的含義為濕周，圓形斷面；i的含義為底坡；n表示的具體含義則為糙率。

在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的復(fù)核之后，本工程中的總雨水出口斷面過(guò)流能力超出雨水設(shè)計(jì)流量，表明可以滿足相應(yīng)的排水要求。本次工程中共設(shè)置了34個(gè)雨水口和1050m的雨水管線。

5 總 結(jié)

綜上所述，文章在研究高速鐵路水土保持措施這一內(nèi)容時(shí)，以南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項(xiàng)目作為研究案例。通過(guò)研究，可以得知，在鐵路項(xiàng)目建設(shè)期間，由于大面積擾動(dòng)地表、土石方填挖和調(diào)運(yùn)、破壞植被等，均會(huì)對(duì)建設(shè)區(qū)域的水土保持帶來(lái)不利影響，進(jìn)而造成水土流失現(xiàn)象，產(chǎn)生多方面的危害。對(duì)于高速鐵路項(xiàng)目建設(shè)而言，水土保持是其中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)，這也是衡量高速公路建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)?；诖?，在建設(shè)期間，應(yīng)當(dāng)不斷致力于水土保持措施的貫徹落實(shí)，同時(shí)做好相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作，確保水土保持工作的開(kāi)展質(zhì)量。