逄 紅，王曦臣

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010052；2.扎蘭屯市水利局，內(nèi)蒙古 扎蘭屯 162650)

北方土石山區(qū)主要分布在松遼、海河、淮河、黃河等四大流域干流或支流的發(fā)源地，以石質(zhì)多土少、石質(zhì)厚土薄、地面土質(zhì)疏松、夾雜石礫、土層薄、土壤相對(duì)流失量大、對(duì)土地生產(chǎn)力威脅大、水土保持治理難度大等為主要特征，是我國(guó)水土流失的重要類(lèi)型地區(qū)之一，是我國(guó)水土流失較為集中的地區(qū)之一。對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的水土流失情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)建設(shè)過(guò)程中的水土流失危害問(wèn)題，將水土流失控制在最小范圍內(nèi)，有利于水土保持措施的落實(shí)和保護(hù)效果，對(duì)恢復(fù)水土流失工作具有十分重要的意義，對(duì)保護(hù)水土流失工作起到了重要的作用，有利于促進(jìn)水土流失工作的深入開(kāi)展，促進(jìn)水土流失工作的順利進(jìn)行。本文以?xún)?nèi)蒙古興安盟公路工程為例，來(lái)探討重點(diǎn)對(duì)象的水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目建設(shè)區(qū)位于大興安嶺南麓向松遼平原過(guò)渡地帶，路線總體走向呈西南至東北走向。在道路施工過(guò)程中產(chǎn)生大量的挖填土方，在線路挖填調(diào)用后，需要在新增取土場(chǎng)借用大量的土方填筑路基，并在路基有挖余方時(shí)首先考慮利用取土坑進(jìn)行排棄，不能利用取土坑路段再考慮單獨(dú)設(shè)置棄土場(chǎng)，公路工程建設(shè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量水土流失，對(duì)工程施工過(guò)程中的水土流失情況及時(shí)定量地進(jìn)行水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

呼和浩特至烏蘭浩特(101省道)霍林郭勒至阿力得爾段公路工程起點(diǎn)位于科右前旗白音華至霍林河一級(jí)公路K87+770.808處(起點(diǎn)樁號(hào)K0+326.41)，終點(diǎn)位于科右前旗(樁號(hào)K177+043)，路線全長(zhǎng)177.391 km。工程由路基(含橋涵)，互通立交，附屬設(shè)施，取(棄)土場(chǎng)，施工道路，施工現(xiàn)場(chǎng)等部分組成。路基全長(zhǎng)171.066 km，橋梁長(zhǎng)6.325 km，共設(shè)置3個(gè)收費(fèi)站，3個(gè)服務(wù)區(qū)和1個(gè)停車(chē)區(qū)，2個(gè)互通立交和5個(gè)分離式立交。沿線布設(shè)取土場(chǎng)17處，棄土場(chǎng)5處，修筑施工道路52.585 km，設(shè)施工場(chǎng)地12處。

2 監(jiān)測(cè)重點(diǎn)對(duì)象

在公路建設(shè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)對(duì)象是防治責(zé)任范圍、動(dòng)用土石方、土壤流失量、水土流失防治措施、水土流失危害和水土流失防治效果等。

3 重點(diǎn)對(duì)象監(jiān)測(cè)方法

3.1 防治責(zé)任范圍監(jiān)測(cè)

委托監(jiān)測(cè)單位后，監(jiān)測(cè)單位按照批復(fù)的水土保持方案報(bào)告書(shū)，熟悉項(xiàng)目建設(shè)防治責(zé)任范圍，防治責(zé)任范圍主要是監(jiān)測(cè)其變化情況，采用的監(jiān)測(cè)方法是調(diào)查監(jiān)測(cè)和實(shí)地量測(cè)結(jié)合的方法，并利用高分辨率遙感影像資料，分析防治責(zé)任范圍變化。

3.2 動(dòng)用土石方監(jiān)測(cè)

線性工程建設(shè)挖填土方量較大，并需要大量的取土方量、棄土方量，土石方量監(jiān)測(cè)在查閱資料的基礎(chǔ)上，采用實(shí)地量測(cè)法，并結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)，分析土石方量變化情況。

3.3 土壤流失量監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目區(qū)水土流失類(lèi)型以水力侵蝕為主，間有風(fēng)力侵蝕。土壤流失量監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括水土流失地段、水土流失面積、土壤侵蝕模數(shù)、流失量，以水力侵蝕為主，監(jiān)測(cè)方法采用定點(diǎn)監(jiān)測(cè)法，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測(cè)小區(qū)，定時(shí)觀測(cè)和采樣分析，獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)與同類(lèi)型區(qū)平均水土流失量進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證水土保持措施布局及設(shè)計(jì)的合理性。

3.4 水土流失防治措施監(jiān)測(cè)

水土流失防治措施包括工程措施、植物措施、臨時(shí)防護(hù)工程，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括水土保持措施類(lèi)型、開(kāi)工與完工日期、位置、規(guī)格、尺寸、數(shù)量、林草覆蓋度(郁閉度)、防治效果、運(yùn)行狀況等，監(jiān)測(cè)方法主要采用實(shí)地量測(cè)、調(diào)查監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法。結(jié)合水土保持方案及收集的施工相關(guān)資料確定，并與水土保持方案確定的工程措施進(jìn)行對(duì)比，分析變化原因。

3.5 水土流失危害監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目建設(shè)會(huì)造成對(duì)對(duì)主體工程的影響、對(duì)河流水系的影響、對(duì)周邊生態(tài)系統(tǒng)的影響，監(jiān)測(cè)方法以調(diào)查監(jiān)測(cè)為主。

4 重點(diǎn)對(duì)象水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

4.1 防治責(zé)任范圍監(jiān)測(cè)

本工程建設(shè)實(shí)際防治責(zé)任范圍為1 003.77 hm2，于2014年4月開(kāi)工建設(shè)，路基、互通、附屬設(shè)施、施工場(chǎng)地和取土場(chǎng)為主要擾動(dòng)區(qū)，通過(guò)調(diào)查衛(wèi)星影像及現(xiàn)場(chǎng)查閱資料，確定2014年、2015年和2016年各防治分區(qū)逐年擾動(dòng)面積依次為622.39 hm2、895.06 hm2、1003.77 hm2，2016年防治責(zé)任范圍最大。

4.2 動(dòng)用土石方量監(jiān)測(cè)

工程共動(dòng)用土方工程量2 036.76萬(wàn)m3，其中挖方838.71萬(wàn)m3(包括剝離表土32.45萬(wàn)m3)，填方1 198.05萬(wàn)m3(覆土方41.9萬(wàn)m3)，外借方467.95萬(wàn)m3(其中利用露天礦排土88.25萬(wàn)m3，取土場(chǎng)取土370.25萬(wàn)m3，外購(gòu)?fù)练?.45萬(wàn)m3)，挖余土方108.61萬(wàn)m3，棄往棄土場(chǎng)或取土坑。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)取土場(chǎng)的占地面積、數(shù)量和位置進(jìn)行了核實(shí)，實(shí)際施工過(guò)程中產(chǎn)生取土場(chǎng)為17個(gè)，均布設(shè)在路基兩側(cè)150～2 000 m范圍內(nèi)，全部為坡地取土場(chǎng)，取土總量為370.25萬(wàn)m3，總占地面積為110.17 hm2，其中：K125+700取土場(chǎng)接納棄土15.6萬(wàn)m3，平均堆高1.5m，低于取土坑外邊界。全線共設(shè)置棄土場(chǎng)5個(gè)，堆場(chǎng)面積為13.27 hm2。

4.3 水土保持措施監(jiān)測(cè)

自2014年6月起開(kāi)始實(shí)施水土保持措施，至2020年7月各防治區(qū)的水土保持措施全部完成。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，從施工前、施工過(guò)程中和施工結(jié)束后針對(duì)每個(gè)防治分區(qū)分別布設(shè)水土流失防治措施，實(shí)施水土流失防治措施體系以工程措施和植物措施為主。水土流失防治措施體系見(jiàn)表1。

表1 水土流失防治措施體系

4.4 土壤流失量監(jiān)測(cè)

工程區(qū)地貌類(lèi)型為低山丘陵地貌，項(xiàng)目區(qū)為風(fēng)水復(fù)合侵蝕類(lèi)型區(qū)，以水蝕為主。項(xiàng)目區(qū)原地貌水蝕模數(shù)為1 000 t/(km2·a)，風(fēng)蝕模數(shù)為600 t/(km2·a)。2014年7月—2018年12月，內(nèi)蒙古水利科學(xué)研究院開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)工作，水蝕采用簡(jiǎn)易徑流小區(qū)法對(duì)棄土場(chǎng)堆土邊坡、路基邊坡、取土場(chǎng)固定邊坡的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，風(fēng)蝕采用測(cè)釬法對(duì)各防治分區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定位監(jiān)測(cè)頻次，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 霍林郭勒至阿力得爾段土壤侵蝕監(jiān)測(cè)成果(2014—2018)

根據(jù)表1監(jiān)測(cè)獲取的土壤侵蝕模數(shù)，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)造成的擾動(dòng)面積和建設(shè)時(shí)段，計(jì)算得出建設(shè)期工程建設(shè)區(qū)原地貌土壤流失量為70 120 t；工程建設(shè)期各擾動(dòng)土地類(lèi)型土壤流失量為255 572 t，建設(shè)期新增水土流失量為185 452 t，水土保持措施實(shí)施后3 a土壤流失量為7 173 t(見(jiàn)表3)。

表3 施工過(guò)程中土壤流失量情況分析 t

根據(jù)各階段土壤流失量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，由于工程建設(shè)期主要在施工期間產(chǎn)生土壤流失，防治區(qū)地表植被遭到破壞后，土壤抗蝕能力和原有水土保持功能大大降低或喪失，致使防治區(qū)在施工期間主要進(jìn)行建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖和回填、場(chǎng)地平整等施工活動(dòng)的強(qiáng)烈擾動(dòng)下，土壤侵蝕強(qiáng)度加劇。隨著工程建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，工程區(qū)域內(nèi)擾動(dòng)土地面積和水土流失面積的不斷增加，土壤流失量劇增，施工高峰期每類(lèi)擾動(dòng)土地的土壤流失量高達(dá)202 209 t，比原地貌土壤流失量(44 638 t)增加了155 044 t，達(dá)到原地貌土壤流失量的4.5倍。

到工程建設(shè)后期，施工擾動(dòng)范圍內(nèi)的水土流失面積和擾動(dòng)強(qiáng)度將隨著各類(lèi)建筑物、場(chǎng)地、道路硬化等工程的完成而逐步降低，并通過(guò)分區(qū)域水土保持措施的綜合實(shí)施，有效降低各類(lèi)擾動(dòng)地型土壤流失量，經(jīng)實(shí)施各類(lèi)水土保持措施后，每年土壤流失量將降低到7 173 t，降低土壤污染程度。對(duì)工程建設(shè)中產(chǎn)生的水土流失問(wèn)題進(jìn)行了有效的治理，對(duì)項(xiàng)目區(qū)原有的水土流失問(wèn)題也進(jìn)行了有效的整治。

4.5 水土流失危害分析

公路工程的水土流失主要發(fā)生在施工期間，施工擾動(dòng)破壞了大量的地表和植被，使原表土層剝離形成裸露地表，喪失了對(duì)原有植被的防沖固土能力，造成土層變薄、質(zhì)地變粗、肥力下降、涵養(yǎng)水分能力下降，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，同時(shí)也使施工區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變差，同時(shí)也使施工區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境植被覆蓋率降低的同時(shí)，也造成了生態(tài)土壤營(yíng)養(yǎng)流失，施工區(qū)域土壤質(zhì)量不佳等問(wèn)題。為控制好水土流失、減小水土流失危害，施工期按照“水土保持方案報(bào)告書(shū)”要求實(shí)施了各項(xiàng)水土保持防治措施，加強(qiáng)表土資源保護(hù)的同時(shí)，進(jìn)一步改善了擾動(dòng)區(qū)域生態(tài)形象。

4.6 水土流失防治效果

根據(jù)工程建設(shè)情況、針對(duì)重點(diǎn)部位水土流失和水土流失防治措施調(diào)查結(jié)果，以及土壤流失量監(jiān)測(cè)分析等，進(jìn)行綜合評(píng)定項(xiàng)目區(qū)水土流失防治目標(biāo)達(dá)標(biāo)情況，對(duì)工程建設(shè)水土流失防治效果進(jìn)行合理分析與評(píng)價(jià)。水土流失防治效果計(jì)算指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 水土流失防治效果計(jì)算指標(biāo)見(jiàn)

5 結(jié)語(yǔ)

公路工程的施工期一般比較長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生大量水土流失，且挖填土方持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大水土流失危害隱患，為項(xiàng)目區(qū)有效保護(hù)和及時(shí)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境提供水土保持監(jiān)督管理技術(shù)依據(jù)和公眾監(jiān)督信息，優(yōu)化水土流失防治措施，減少人為水土流失。

在取得監(jiān)測(cè)成果的同時(shí)，也對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題與不足進(jìn)行了總結(jié)。隨著遙感和無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，水土保持監(jiān)測(cè)的方法和手段還需要在工作中不斷探索和實(shí)踐，總結(jié)出更科學(xué)、更合理、更具操作性的新方法和新手段，我們?cè)诎l(fā)展建設(shè)項(xiàng)目水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面還有相當(dāng)多的問(wèn)題需要解決。