劉宏強(qiáng)

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽(yáng) 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(zhǎng)，建設(shè)過(guò)程中擾動(dòng)類型多、動(dòng)土量大，若不采取有效的水土流失防治措施，將會(huì)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(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)水土流失特征，采取合理的預(yù)測(cè)方法對(duì)項(xiàng)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(cè)評(píng)價(jià)[1]。根據(jù)水土流失防治分區(qū)結(jié)果，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中可能產(chǎn)生的水土流失情況進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)分析，區(qū)分水土流失的易發(fā)時(shí)段和主要區(qū)域，并結(jié)合主體設(shè)計(jì)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?yàn)殛P(guān)中盆地，南依秦嶺，北連黃土臺(tái)塬，渭河橫貫東西。擬建項(xiàng)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(jí)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(jí)階地上，寶雞過(guò)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(xiàng)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(cè)范圍及時(shí)段

2.1 預(yù)測(cè)范圍

西寶高速公路工程變更后水土流失預(yù)測(cè)范圍包括：變更后的主體工程、變更后的棄土場(chǎng)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(chǎng)，因此本工程涉及的預(yù)測(cè)范圍總計(jì)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(chǎng)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(chǎng)12.32 hm2。

2.2 預(yù)測(cè)時(shí)段

該項(xiàng)工程屬線型建設(shè)類項(xiàng)目，工程建成后不再產(chǎn)生新的地表擾動(dòng)和棄土棄土。為簡(jiǎn)化計(jì)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(cè)時(shí)段劃分為兩個(gè)階段：施工期和自然恢復(fù)期。根據(jù)工程施工組織和時(shí)序，本次預(yù)測(cè)確定的重點(diǎn)預(yù)測(cè)期為2009年3月-2015年3月，共6年。每項(xiàng)工程預(yù)測(cè)時(shí)段按照最不利施工時(shí)間考慮。預(yù)測(cè)期限及預(yù)測(cè)時(shí)段劃分見(jiàn)表1。

表1 水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段表

3 水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容和方法

3.1 預(yù)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)《國(guó)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(bào)告》和《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433-2008)，結(jié)合該項(xiàng)目區(qū)水土流失特點(diǎn)，確定項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容包括：擾動(dòng)原地貌，破壞、占?jí)和恋睾椭脖磺闆r預(yù)測(cè)；棄土棄渣量及其水土流失量預(yù)測(cè)；損壞水土保持設(shè)施面積和數(shù)量預(yù)測(cè)；可能造成的水土流失面積及流失總量預(yù)測(cè)；可能造成的水土流失危害預(yù)測(cè)[2]。

3.2 預(yù)測(cè)方法

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

1)擾動(dòng)、損壞原地貌、土地和植被面積的預(yù)測(cè)：按照主體工程的設(shè)計(jì)文件，以主體工程現(xiàn)場(chǎng)征用和占用土地的基礎(chǔ)資料為準(zhǔn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)：依據(jù)主體工程設(shè)計(jì)圖件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查進(jìn)行測(cè)算預(yù)測(cè)。

3)棄土、棄渣量預(yù)測(cè)：依據(jù)主體工程設(shè)計(jì)文件，在對(duì)工程開(kāi)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(shí)段、各個(gè)分區(qū)的棄土和棄渣總量，對(duì)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(cè)

根據(jù)工程開(kāi)挖擾動(dòng)及棄渣排放特點(diǎn)，可能造成的水土流失量主要來(lái)源于兩個(gè)方面：(1)由于擾動(dòng)地表?yè)p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(shí)堆土引起的棄土流失量。均可采用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]。

(1)擾動(dòng)地表水土流失量預(yù)測(cè)

不同預(yù)測(cè)單元、不同時(shí)段土壤流失量計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：W為擾動(dòng)地表水土流失量，t；△W為擾動(dòng)地表新增水土流失量，t；Fi為第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)面積，hm2；Mik為第i預(yù)測(cè)單元第k時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Tik為第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段，a；△Mik為第i預(yù)測(cè)單元第k時(shí)段的新增土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Mi0為第i預(yù)測(cè)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(cè)單元，1，2，3，……,n；k為預(yù)測(cè)時(shí)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(cè)

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

(4)

式中：Z為棄土棄渣流失量，t；i為預(yù)測(cè)單元，i=1，2，3，…n-1,n；S1i為第i預(yù)測(cè)單元堆渣體坡面投影面積，km2；S2i為第i預(yù)測(cè)單元堆渣體頂面投影面積，km2；M1i為第i預(yù)測(cè)單元堆渣體坡面土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；M2i為第i預(yù)測(cè)單元堆渣體頂面土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Ti為第i預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)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(chǎng)的地形地貌、堆棄厚度、底坡及外坡等因素，由類比工程實(shí)測(cè)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(cè)方法

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

表2 水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容和預(yù)測(cè)方法表

4 水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

4.1 擾動(dòng)原地貌、破壞土地及植被面積的預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)文件，按照前述擾動(dòng)、損壞原地貌土地和植被面積的預(yù)測(cè)方法，西寶高速公路工程建設(shè)過(guò)程中以不同形式、不同程度的擾動(dòng)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(dòng)原地貌、破壞土地及植被面積共計(jì)1 204.47 hm2，擾動(dòng)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(cè)結(jié)果

本項(xiàng)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(jiàn)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(cè)

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

表4 工程建設(shè)棄渣量預(yù)測(cè)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(guò)對(duì)工程施工準(zhǔn)備期、施工過(guò)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(chǎng)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(jiàn)表5。

表5 建設(shè)期可能造成的水土流失面積預(yù)測(cè)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(dòng)地貌侵蝕模數(shù)及自然恢復(fù)期侵蝕模數(shù)均參照原報(bào)批水保方案確定。

4.4.3 擾動(dòng)地表水土流失量

1)建設(shè)期

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

2)自然恢復(fù)期

根據(jù)各預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)地貌植被面積或棄土表面面積、施工擾動(dòng)前后土壤侵蝕模數(shù)及預(yù)測(cè)時(shí)段，自然恢復(fù)期原地貌侵蝕量1615t；擾動(dòng)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(wàn) t，扣除原地貌水土流失背景值0.74萬(wàn) t，主體工程區(qū)建設(shè)可能新增水土流失總量為41.29萬(wàn) t。工程變更后，可能造成的水土流失總量為9.65萬(wàn) t，扣除原地貌水土流失背景值1.10萬(wàn) t，項(xiàng)目建設(shè)可能新增水土流失總量為8.55萬(wàn) t(見(jiàn)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(xiàng)目建設(shè)造成的新增水土流失總量匯總表

4.5 預(yù)測(cè)成果匯總

水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果匯總見(jiàn)表8。

表8 水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果匯總表

5 水土流失危害分析

5.1 對(duì)土地資源的損壞和影響

項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中涉及的土地占地面積為1 204.47 hm2，施工工程中會(huì)不同程度改變、損壞主體工程區(qū)、棄土場(chǎng)、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(huì)引起區(qū)域土地耕作層或植被生長(zhǎng)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(huì)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(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

項(xiàng)目區(qū)地處渭河中游河谷階地區(qū)，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)生態(tài)環(huán)境目前處于一種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，由于工程建設(shè)，將不可避免地對(duì)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(duì)沿線下游河道的影響

工程建設(shè)過(guò)程中開(kāi)挖擾動(dòng)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果和危害進(jìn)行分析來(lái)看，工程在建設(shè)過(guò)程中的主要水土保持防治重點(diǎn)是棄土場(chǎng)，棄土場(chǎng)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(chǎng)作為水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)段，在主體工程設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的防護(hù)、排水、綠化措施，加強(qiáng)棄土場(chǎng)的防治，重點(diǎn)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(duì)于工程建設(shè)過(guò)程中的施工道路及施工場(chǎng)地區(qū)，在施工結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行土地整治整理，在整個(gè)施工周期內(nèi)，應(yīng)對(duì)于施工道路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)工程綜合效益的充分發(fā)揮起著重要的保障作用。