劉宏強(qiáng)

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 721000)

連霍高速陜西境西安至寶雞公路改擴(kuò)建工程所在區(qū)域總體上屬于水土流失微度～輕度侵蝕區(qū)，由于建設(shè)路線長，建設(shè)過程中擾動類型多、動土量大，若不采取有效的水土流失防治措施，將會造成嚴(yán)重人為的水土流失。本次研究根據(jù)該公路改擴(kuò)建工程建設(shè)特點，結(jié)合項目區(qū)水土流失特征，采取合理的預(yù)測方法對項目建設(shè)可能造成的水土流失、強(qiáng)度、數(shù)量、危害等做出預(yù)測評價[1]。根據(jù)水土流失防治分區(qū)結(jié)果，對項目建設(shè)過程中可能產(chǎn)生的水土流失情況進(jìn)行定量的預(yù)測分析，區(qū)分水土流失的易發(fā)時段和主要區(qū)域，并結(jié)合主體設(shè)計中已有的水土保持措施，確定合理的水土流失防治措施。

1 研究區(qū)概況

連霍線(G30)陜西境西安至寶雞公路改擴(kuò)建工程位于關(guān)中平原渭河走廊帶，路線所經(jīng)區(qū)域為關(guān)中盆地，南依秦嶺，北連黃土臺塬，渭河橫貫東西。擬建項目線路西安至西吳(K163+400～K188+820)新建八車道段位于渭河以南一、二級階地上，西吳至虢鎮(zhèn)東(K187+200～K291+000)雙側(cè)直接拼接四改八車道段位于渭河以北一、二級階地上，寶雞過境虢鎮(zhèn)東至涼泉(K291+000～K314+000)新建六車道段位于渭河以南山前洪積扇區(qū)。項目沿線占地主要為水澆地、旱平地農(nóng)耕地及少量果園、林地、荒地等。

2 預(yù)測范圍及時段

2.1 預(yù)測范圍

西寶高速公路工程變更后水土流失預(yù)測范圍包括：變更后的主體工程、變更后的棄土場區(qū)、變更后的施工生產(chǎn)生活區(qū)、變更后的施工便道，以及僅保留1處不變的取土場，因此本工程涉及的預(yù)測范圍總計1 204.47 hm2，即路基工程區(qū)688 hm2，橋隧工程區(qū)63.11 hm2，交叉工程區(qū)175.07 hm2，附屬工程區(qū)78.38 hm2，棄土場區(qū)128.35 hm2，施工生產(chǎn)生活區(qū)48.48 hm2，施工便道區(qū)10.76 hm2，取土場12.32 hm2。

2.2 預(yù)測時段

該項工程屬線型建設(shè)類項目，工程建成后不再產(chǎn)生新的地表擾動和棄土棄土。為簡化計算將施工準(zhǔn)備期與施工期合并為施工期，所以將水土流失預(yù)測時段劃分為兩個階段：施工期和自然恢復(fù)期。根據(jù)工程施工組織和時序，本次預(yù)測確定的重點預(yù)測期為2009年3月-2015年3月，共6年。每項工程預(yù)測時段按照最不利施工時間考慮。預(yù)測期限及預(yù)測時段劃分見表1。

表1 水土流失預(yù)測時段表

3 水土流失預(yù)測內(nèi)容和方法

3.1 預(yù)測內(nèi)容

根據(jù)《國家高速公路連云港至霍爾果斯線(G30)陜西境西安至寶雞公路改擴(kuò)建工程可行性研究報告》和《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433-2008)，結(jié)合該項目區(qū)水土流失特點，確定項目建設(shè)過程中的水土流失預(yù)測內(nèi)容包括：擾動原地貌，破壞、占壓土地和植被情況預(yù)測；棄土棄渣量及其水土流失量預(yù)測；損壞水土保持設(shè)施面積和數(shù)量預(yù)測；可能造成的水土流失面積及流失總量預(yù)測；可能造成的水土流失危害預(yù)測[2]。

3.2 預(yù)測方法

采取引用資料法、經(jīng)驗公式法和資料調(diào)查相結(jié)合法進(jìn)行預(yù)測。

1)擾動、損壞原地貌、土地和植被面積的預(yù)測：按照主體工程的設(shè)計文件，以主體工程現(xiàn)場征用和占用土地的基礎(chǔ)資料為準(zhǔn)，通過現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果進(jìn)行確定。

2)損壞水土保持設(shè)施的類型、數(shù)量預(yù)測：依據(jù)主體工程設(shè)計圖件，通過現(xiàn)場調(diào)查進(jìn)行測算預(yù)測。

3)棄土、棄渣量預(yù)測：依據(jù)主體工程設(shè)計文件，在對工程開挖量、回填量與棄渣量的關(guān)系進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以推算出各時段、各個分區(qū)的棄土和棄渣總量，對不同區(qū)域制定棄土棄渣量的調(diào)配方案，最終按照調(diào)配方案確定可能產(chǎn)生的棄渣總量。

[棄方]=[挖方]+[外借]-[填方]

4)可能造成的新增水土流失總量預(yù)測

根據(jù)工程開挖擾動及棄渣排放特點，可能造成的水土流失量主要來源于兩個方面：(1)由于擾動地表損壞原地貌植被，導(dǎo)致水土保持功能降低或喪失，形成加速侵蝕區(qū)而新增的水土流失量；(2)棄土棄渣和臨時堆土引起的棄土流失量。均可采用實驗觀測法進(jìn)行預(yù)測[3]。

(1)擾動地表水土流失量預(yù)測

不同預(yù)測單元、不同時段土壤流失量計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：W為擾動地表水土流失量，t；△W為擾動地表新增水土流失量，t；Fi為第i預(yù)測單元的預(yù)測面積，hm2；Mik為第i預(yù)測單元第k時段的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Tik為第i預(yù)測單元的預(yù)測時段，a；△Mik為第i預(yù)測單元第k時段的新增土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Mi0為第i預(yù)測單元的水土流失背景值或土壤流失容許值，t/km2·a；i為預(yù)測單元，1，2，3，……,n；k為預(yù)測時段，k=1，2，3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期。

(2)棄土棄渣流失量的預(yù)測

在不采取任何防治措施的條件下，以主體工程設(shè)計為依據(jù)，工程建設(shè)棄土棄渣流失量按下列公式計算：

(4)

式中：Z為棄土棄渣流失量，t；i為預(yù)測單元，i=1，2，3，…n-1,n；S1i為第i預(yù)測單元堆渣體坡面投影面積，km2；S2i為第i預(yù)測單元堆渣體頂面投影面積，km2；M1i為第i預(yù)測單元堆渣體坡面土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；M2i為第i預(yù)測單元堆渣體頂面土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Ti為第i預(yù)測單元預(yù)測時段，a。

根據(jù)棄渣位置的洪水條件、降雨參數(shù)、棄土棄渣的物質(zhì)組成、堆棄場的地形地貌、堆棄厚度、底坡及外坡等因素，由類比工程實測資料和相關(guān)研究成果分析確定有關(guān)參數(shù)。

5)可能造成水土流失危害預(yù)測方法

根據(jù)工程的特點，采用定性分析方法進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測內(nèi)容包括：項目建設(shè)新增水土流失對土地資源的破壞和影響；項目建設(shè)對周邊生態(tài)環(huán)境的影響；對路基工程自身安全的影響；對下游河道淤積及防洪的影響。本項目水土流失預(yù)測內(nèi)容和預(yù)測方法見表2。

表2 水土流失預(yù)測內(nèi)容和預(yù)測方法表

4 水土流失預(yù)測結(jié)果評價

4.1 擾動原地貌、破壞土地及植被面積的預(yù)測結(jié)果

根據(jù)主體工程設(shè)計文件，按照前述擾動、損壞原地貌土地和植被面積的預(yù)測方法，西寶高速公路工程建設(shè)過程中以不同形式、不同程度的擾動了原地貌形態(tài)，損壞了地表土體結(jié)構(gòu)。本工程建設(shè)擾動原地貌、破壞土地及植被面積共計1 204.47 hm2，擾動破壞的土地類型主要為水澆地、耕地、林地、荒地、居民地、道路用地等。

4.2 工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施數(shù)量的預(yù)測結(jié)果

本項目建設(shè)損壞水土保持設(shè)施和具有水土保持功能設(shè)施的面積為1 110.57 hm2。損壞水土保持設(shè)施主要是水澆地、旱地、果園、林地和荒地。工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施面積見表3。

表3 工程建設(shè)損壞水土保持設(shè)施面積表

4.3 工程建設(shè)期棄渣量預(yù)測

主體工程建設(shè)期挖填土石方總量2 799.93萬 m3，其中挖方總量925.23萬 m3，包括擴(kuò)建路段原建(構(gòu))筑物拆除36.36萬 m3，舊路基挖臺階土石混合渣178.11萬 m3，拓寬及新建路基挖土方494.09萬 m3、隧道土石方64.38萬 m3，表土剝離152.29萬 m3；總回填方1 874.70萬 m3，包括本樁利用土方108.17萬 m3，借土石方1 766.53萬 m3；棄渣總量658.64萬 m3。工程建設(shè)棄渣量預(yù)測結(jié)果詳見表4。

表4 工程建設(shè)棄渣量預(yù)測表

4.4 可能造成的水土流失總量

4.4.1 水土流失面積

通過對工程施工準(zhǔn)備期、施工過程中水土流失影響因素分析，確定施工期(包括施工準(zhǔn)備期)引發(fā)水土流失面積1 204.47 hm2；自然恢復(fù)期，路面、橋面、路基邊坡?lián)踝o(hù)體及坡腳排水溝、隧道進(jìn)出口洞門人工挖掘面以及附屬設(shè)施工程場區(qū)等大部分地面均已硬化，只有植物措施區(qū)、恢復(fù)農(nóng)地區(qū)及自然生態(tài)修復(fù)區(qū)由于植被尚未完全恢復(fù)而產(chǎn)生水土流失，其面積483.27 hm2。建設(shè)期可能造成的水土流失面積見表5。

表5 建設(shè)期可能造成的水土流失面積預(yù)測表

4.4.2 土壤侵蝕模數(shù)的確定

建設(shè)區(qū)原地貌侵蝕模數(shù)、擾動地貌侵蝕模數(shù)及自然恢復(fù)期侵蝕模數(shù)均參照原報批水保方案確定。

4.4.3 擾動地表水土流失量

1)建設(shè)期

根據(jù)各預(yù)測單元擾動地貌植被面積或棄土表面面積、施工擾動前后土壤侵蝕模數(shù)及預(yù)測時段，建設(shè)期工程原地貌水土流失背景值0.93萬 t，工程建設(shè)可能造成的水土流失總量為9.17萬 t，可能新增水土流失總量為8.24萬 t。

2)自然恢復(fù)期

根據(jù)各預(yù)測單元擾動地貌植被面積或棄土表面面積、施工擾動前后土壤侵蝕模數(shù)及預(yù)測時段，自然恢復(fù)期原地貌侵蝕量1615t；擾動地貌侵蝕量4 771 t，新增侵蝕量3 156 t。

3)可能造成的水土流失總量

原批復(fù)方案中主體工程區(qū)可能造成的水土流失總量為42.03萬 t，扣除原地貌水土流失背景值0.74萬 t，主體工程區(qū)建設(shè)可能新增水土流失總量為41.29萬 t。工程變更后，可能造成的水土流失總量為9.65萬 t，扣除原地貌水土流失背景值1.10萬 t，項目建設(shè)可能新增水土流失總量為8.55萬 t(見表6和表7)。

表6 工程建設(shè)期各防治分區(qū)新增水土流失量

表7 項目建設(shè)造成的新增水土流失總量匯總表

4.5 預(yù)測成果匯總

水土流失預(yù)測結(jié)果匯總見表8。

表8 水土流失預(yù)測結(jié)果匯總表

5 水土流失危害分析

5.1 對土地資源的損壞和影響

項目建設(shè)過程中涉及的土地占地面積為1 204.47 hm2，施工工程中會不同程度改變、損壞主體工程區(qū)、棄土場、施工便道、施工生產(chǎn)生活區(qū)的原地貌形態(tài)、土壤結(jié)構(gòu)、地表植物等，會引起區(qū)域土地耕作層或植被生長層的土壤被挖損、剝離或壓埋，造成土壤肥力和蓄水能力的降低或喪失，也會加速土壤侵蝕，引起施工區(qū)和周邊土地生產(chǎn)力的嚴(yán)重下降。

5.2 對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

項目區(qū)地處渭河中游河谷階地區(qū)，項目建設(shè)區(qū)生態(tài)環(huán)境目前處于一種相對穩(wěn)定狀態(tài)，由于工程建設(shè)，將不可避免地對建設(shè)區(qū)人工植被造成損壞，使建設(shè)區(qū)生態(tài)環(huán)境受到一定影響。

5.3 對沿線下游河道的影響

工程建設(shè)過程中開挖擾動地表，一方面造成局部水土流失加劇，另一方面，工程建設(shè)中產(chǎn)生的大量棄土棄石如不采取任何防護(hù)措施，將使大量泥沙在暴雨徑流沖刷下，進(jìn)入工程沿線下游河道，影響主河道防洪安全。

6 結(jié)語

通過對項目區(qū)水土流失預(yù)測結(jié)果和危害進(jìn)行分析來看，工程在建設(shè)過程中的主要水土保持防治重點是棄土場，棄土場可能新增的水土流失量占到可能新增水土流失總量的100%。因此，應(yīng)將棄土場作為水土流失防治的重點區(qū)段，在主體工程設(shè)計中采取相應(yīng)的防護(hù)、排水、綠化措施，加強(qiáng)棄土場的防治，重點應(yīng)采取攔土工程、排水工程、土地整治和植被恢復(fù)措施，確保棄土安全。對于工程建設(shè)過程中的施工道路及施工場地區(qū)，在施工結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行土地整治整理，在整個施工周期內(nèi)，應(yīng)對于施工道路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測，重點監(jiān)測施工期水土流失、土地整治恢復(fù)措施等的防治效果。水土流失預(yù)測對工程綜合效益的充分發(fā)揮起著重要的保障作用。