鄒龍宇 王農(nóng)

［關(guān)鍵詞］ 水土保持；綜合效益；高速公路；層次分析法；主成分分析法；南方丘陵區(qū)

［摘 要］ 高速公路路線長(zhǎng)，其建設(shè)擾動(dòng)范圍廣、土石方挖填量大，加上南方丘陵區(qū)的山地土質(zhì)較為疏松，邊坡土體不穩(wěn)定，導(dǎo)致南方丘陵區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土流失頻繁發(fā)生。開展高速公路工程各水土流失防治區(qū)水土流失防治效果科學(xué)評(píng)價(jià)有助于推動(dòng)綠色高速公路高質(zhì)量建設(shè)?；趯哟畏治龇?gòu)建水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用主成分分析法開展南方丘陵區(qū)3個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的水土保持綜合效益評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：①在指標(biāo)體系中林草恢復(fù)率、水土保持投資、林草覆蓋率3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重較高。②宜豐聯(lián)絡(luò)線水土保持綜合效益得分最高，為4.214；昌栗高速得分最低，為3.903。③廣吉高速路基工程區(qū)水土保持投資高，植物措施實(shí)施效果好，林草植被恢復(fù)率和林草覆蓋率較高，水土保持效益好；宜豐聯(lián)絡(luò)線棄土場(chǎng)區(qū)通過噴播植草和護(hù)坡工程，植被恢復(fù)效果較好，水土保持效益好；昌栗高速棄土場(chǎng)區(qū)棄土量大，水土保持投資低，水土保持效益差。

［中圖分類號(hào)］ S157? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A? DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.012

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以高速公路為主體的快速交通網(wǎng)絡(luò)不斷更新完善，其建設(shè)技術(shù)也不斷成熟。然而，高速公路路線長(zhǎng)，其建設(shè)擾動(dòng)范圍廣、土石方挖填量大，施工過程中通常會(huì)改變和破壞地表形態(tài)、植被及土質(zhì)，進(jìn)而造成較大范圍的水土流失，加上南方丘陵區(qū)的山地土質(zhì)較為疏松，土層較薄，邊坡不穩(wěn)定[1]，南方丘陵區(qū)高速公路建設(shè)會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水土流失頻繁發(fā)生。因此，嚴(yán)格落實(shí)高速公路水土保持措施，加大水土保持監(jiān)測(cè)力度，同時(shí)開展高速公路工程各水土流失防治區(qū)水土流失防治效果科學(xué)評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)防治漏洞和問題，有助于推動(dòng)綠色高速公路高質(zhì)量建設(shè)。

目前，許多學(xué)者開展了關(guān)于公路建設(shè)項(xiàng)目的水土保持效益評(píng)價(jià)研究。如于坤霞等[2]分別從施工前期、植被恢復(fù)期和建成使用期對(duì)西安—商洛高速公路的各個(gè)工程區(qū)進(jìn)行了生態(tài)效益動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)；陳曉安等[3]從水土流失狀況、水土保持防治效果、水土流失危害角度構(gòu)建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持評(píng)價(jià)模型，并對(duì)比分析了點(diǎn)狀與線狀生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目間的水土保持效益差異；楊嬋[4]以山區(qū)公路建設(shè)項(xiàng)目為對(duì)象，選取有效指標(biāo)建立水土保持綜合效益評(píng)價(jià)模型，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目不同時(shí)期和不同防治區(qū)的水土保持措施綜合效益進(jìn)行了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)；林顯鋒等[5]根據(jù)綠化特征及其功能，從多方面構(gòu)建公路綠化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并應(yīng)用層次分析法計(jì)算確定各指標(biāo)權(quán)重。但是，目前關(guān)于南方丘陵區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持效益評(píng)價(jià)的研究還缺少系統(tǒng)性的總結(jié)和分析，且大多數(shù)研究采用的數(shù)據(jù)來源于水土保持方案，并不是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)結(jié)果可能存在偏差。本研究基于高速公路建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以位于南方丘陵區(qū)的廣昌—吉安高速公路（以下簡(jiǎn)稱“廣吉高速”）、南昌—上栗高速公路（以下簡(jiǎn)稱“昌栗高速”）、銅鼓—萬載高速公路宜豐聯(lián)絡(luò)線（以下簡(jiǎn)稱“宜豐聯(lián)絡(luò)線”）為例，開展水土保持綜合效益評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

廣吉高速是沈海高速廣昌—吉安段的新建工程，位于江西省撫州市、贛州市和吉安市境內(nèi)，由廣吉主線和吉安支線兩個(gè)部分組成，路線全長(zhǎng)189.28 km。昌栗高速是南昌—上栗段的新建工程，位于江西省南昌市、宜春市、萍鄉(xiāng)市境內(nèi)，路線起點(diǎn)與南昌城市道路相接，并與南昌市西外環(huán)高速樞紐相連，終于江西省萍鄉(xiāng)市上栗縣金山鎮(zhèn)上塘村，設(shè)樞紐互通與萍洪高速相接，路線全長(zhǎng)223.09 km。宜豐聯(lián)絡(luò)線是一條東西橫線，東連杭州—長(zhǎng)沙國家高速公路南昌—天寶段、大慶—廣州國家高速公路宜豐段，西連銅鼓—萬載高速公路，并通過銅鼓—萬載高速公路連通杭州—長(zhǎng)沙國家高速公路銅鼓段；起于江西省宜春市宜豐縣天寶鄉(xiāng)彪馬嶺村，設(shè)置天寶樞紐互通與南昌—銅鼓高速公路相接，終點(diǎn)與銅鼓—萬載高速公路在黃崗設(shè)樞紐互通相接，路線全長(zhǎng)25.48 km。

廣吉高速、昌栗高速、宜豐聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目區(qū)均屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、降水充沛、日照充足，其中廣吉高速項(xiàng)目區(qū)年均降水量1 458～1 863 mm，昌栗高速項(xiàng)目區(qū)年均降水量1 545～1 732 mm，宜豐聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目區(qū)年均降水量約1 732 mm，且降水均集中在4—9月；廣吉高速項(xiàng)目區(qū)年均氣溫18.0～18.8 ℃，昌栗高速和宜豐聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目區(qū)年均氣溫17.1～17.7 ℃。3個(gè)高速公路項(xiàng)目區(qū)地貌類型包括平原、丘陵、山地，主要土壤類型為紅壤和水稻土，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，現(xiàn)狀植被為天然次生林、半次生林和人工林，植被類型主要為針葉林、針闊混交林和灌叢等。3個(gè)高速公路項(xiàng)目區(qū)均位于南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

通過整理和分析高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持評(píng)價(jià)相關(guān)的文獻(xiàn)資料和技術(shù)文件[6-8]，選取其中出現(xiàn)頻率較高的評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018）和3個(gè)高速公路項(xiàng)目的水土保持監(jiān)測(cè)報(bào)告和設(shè)施驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，通過層次分析法構(gòu)建高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9]。其中：第1層為目標(biāo)層；第2層為準(zhǔn)則層，包括2個(gè)影響因子；第3層為指標(biāo)層，包括13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，見表1。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

邀請(qǐng)多位水土保持專家運(yùn)用1～9標(biāo)度法[10]對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，

鄒龍宇等：南方丘陵區(qū)高速公路水土保持綜合效益評(píng)價(jià)研究

根據(jù)專家評(píng)分表的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，構(gòu)建準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層判斷矩陣A-B、指標(biāo)層對(duì)水土保持設(shè)施因子判斷矩陣B1-C、指標(biāo)層對(duì)水土流失防治效果因子判斷矩陣B2-C，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，

并通過層次分析計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重。

2.3 水土保持綜合效益評(píng)價(jià)

主成分分析即利用降維的思想，將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量（主成分），其中每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，且之間互不相關(guān)，從而使這些主成分能反映原始變量的絕大部分信息，且所含信息互不重疊。本研究通過主成分分析法確定水土保持綜合效益，主要步驟為：指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化—指標(biāo)間相關(guān)性判定—確定主成分個(gè)數(shù)—確定主成分表達(dá)式。

3 結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

判斷矩陣A-B、B1-C、B2-C的最大特征根λmax分別為1.130、8.264、5.062，一致性比率分別為0.000 0、0.026 7、0.013 9，均小于0.100 0，滿足一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算得到的各指標(biāo)權(quán)重見表2。

各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水土保持綜合效益的貢獻(xiàn)率排序?yàn)椋毫植葜脖换謴?fù)率＞水土保持投資＞林草覆蓋率＞植物措施＞護(hù)坡工程＞排水工程＞土壤流失控制比、水土流失治理度＞臨時(shí)攔擋＞臨時(shí)排水、臨時(shí)覆蓋＞臨時(shí)沉沙＞場(chǎng)地整平。由于本研究主要分析高速公路建設(shè)項(xiàng)目在施工末期至運(yùn)行期期間的水土保持綜合效益，此時(shí)大部分公路主體工程已建成，主要施工建設(shè)活動(dòng)已基本停止，水土保持措施已布設(shè)完畢，因此水土流失防治效果是水土保持綜合效益評(píng)價(jià)中的重要內(nèi)容，準(zhǔn)則層水土流失防治效果的權(quán)重更高。良好的植被覆蓋對(duì)防治土壤侵蝕起到關(guān)鍵作用，且相較于水土保持工程措施，植物措施工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本更低、效益更高，是高速公路水土流失治理的重要手段，因此在水土保持設(shè)施因子和水土流失防治效果因子層次下，

與植物有關(guān)的指標(biāo)權(quán)重都較高。在施工末期，由于高速公路各防治區(qū)的水土保持工程措施和植物措施均已基本布設(shè)完畢，因此水土保持臨時(shí)措施在水土流失防治方面所起的作用相對(duì)較小，水土保持臨時(shí)措施有關(guān)的指標(biāo)權(quán)重相對(duì)較低。

3.2 主成分分析結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，KMO抽樣適合性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為0.623，處于勉強(qiáng)適合水平，Bartlett檢驗(yàn)得到顯著性指標(biāo)p＜0.001，達(dá)到極顯著的水平，兩種檢驗(yàn)結(jié)果均表明高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持綜合效益評(píng)價(jià)適合主成分分析。表3為主成分分析的貢獻(xiàn)率結(jié)果，前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.36%（一般要求＞85%[11]），特征值分別為7.770、2.102、0.885、0.991，說明這4個(gè)主成分基本包含了全部指標(biāo)所具有的信息，因此可用這4個(gè)主成分來反映高速公路各防治區(qū)水土保持綜合效益。

3.3 水土保持綜合效益評(píng)價(jià)

將高速公路建設(shè)項(xiàng)目依據(jù)施工工藝、水土流失防治責(zé)任等分為不同的水土流失防治分區(qū)，包括路基工程區(qū)、互通工程區(qū)、橋梁工程區(qū)、附屬設(shè)施區(qū)、取土場(chǎng)區(qū)、棄土場(chǎng)區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、施工便道區(qū)共8個(gè)水土流失防治區(qū)。表4為計(jì)算得到的3個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的水土保持綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果。宜豐聯(lián)絡(luò)線得分最高，水土保持綜合效益最好，昌栗高速得分最低，水土保持綜合效益最差。

高速公路建設(shè)項(xiàng)目中路基工程作為主要的建設(shè)工程，因其在建設(shè)過程中擾動(dòng)面積大、擾動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，通常造成大面積裸露地表，易產(chǎn)生大規(guī)模的水土流失，故路基工程區(qū)是高速公路建設(shè)項(xiàng)目區(qū)水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域[12]。廣吉高速路基工程區(qū)水土保持綜合效益最好，其路基工程水土保持投資達(dá)63 402.43萬元，占項(xiàng)目水土保持投資的76.18%，高于昌栗高速（72.28%）和宜豐聯(lián)絡(luò)線（73.34%）。此外，廣吉高速路基工程的邊坡植被大多選擇適應(yīng)性較強(qiáng)的鄉(xiāng)土植物，結(jié)合漿砌石人字形骨架和方格形骨架進(jìn)行防護(hù)，在骨架內(nèi)配備植生袋，袋內(nèi)配有有機(jī)肥、保水劑、土壤改良劑等植物生長(zhǎng)基質(zhì)，并對(duì)中央分隔帶、護(hù)坡等進(jìn)行大面積的草籽噴播，栽植當(dāng)?shù)剡m生的喬灌木，這些措施使得廣吉高速路基工程區(qū)林草覆蓋率和林草植被恢復(fù)率分別達(dá)到46.1%和99.3%，高于昌栗高速路基工程區(qū)的45.7%、98.7%和宜豐聯(lián)絡(luò)線路基工程區(qū)的45.4%、98.8%。

取土場(chǎng)區(qū)、棄土場(chǎng)區(qū)前期立地條件差，植物生長(zhǎng)緩慢、存活率低，地表裸露時(shí)間長(zhǎng)，區(qū)域內(nèi)水土流失通常比較嚴(yán)重，因此這2個(gè)防治區(qū)的水土流失防治十分重要[13-14]。3個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的取土場(chǎng)區(qū)水土保持綜合效益評(píng)價(jià)得分接近，而棄土場(chǎng)區(qū)得分相差較大，其中宜豐聯(lián)絡(luò)線得分最高，昌栗高速得分最低。宜豐聯(lián)絡(luò)線建設(shè)規(guī)模較小，棄土（石、渣）量為92.5萬m3，棄土場(chǎng)占地面積為18.17 hm2，棄土場(chǎng)區(qū)水土保持投資為585.54萬元，約占項(xiàng)目水土保持投資的5%；而昌栗高速建設(shè)規(guī)模較大，棄土（石、渣）量為187.65萬m3，棄土場(chǎng)占地面積為32.22 hm2，但是棄土場(chǎng)區(qū)水土保持投資僅為632.7萬元，只占項(xiàng)目水土保持投資的0.51%。此外，宜豐聯(lián)絡(luò)線棄土場(chǎng)區(qū)通過噴播草灌，結(jié)合漿砌石人字形骨架護(hù)坡，有效控制了棄土場(chǎng)邊坡土壤侵蝕，植物長(zhǎng)勢(shì)和植被恢復(fù)效果較好，水土流失治理度達(dá)98.5%，林草覆蓋率和林草植被恢復(fù)率分別達(dá)96.1%和98.5%，高于昌栗高速棄土場(chǎng)區(qū)的83.5%和96.9%。

4 建議

高速公路項(xiàng)目建設(shè)過程中，應(yīng)加大對(duì)路基工程區(qū)、取土場(chǎng)區(qū)、棄土場(chǎng)區(qū)等水土流失嚴(yán)重區(qū)域的水土保持投資力度。注重水土保持工程、植物和臨時(shí)措施的有機(jī)結(jié)合[15]，通過場(chǎng)地整平以減少施工對(duì)高速公路建設(shè)項(xiàng)目區(qū)地表和土壤結(jié)構(gòu)的影響；對(duì)裸露地表進(jìn)行臨時(shí)苫蓋并修建截排水溝等防洪排水設(shè)施，以減輕降水沖刷造成的水力侵蝕；對(duì)開挖和填筑邊坡，應(yīng)及時(shí)實(shí)施護(hù)坡工程，并結(jié)合噴播植草，以快速恢復(fù)邊坡植被覆蓋；定期監(jiān)測(cè)各水土流失防治區(qū)植被的存活率、生長(zhǎng)情況，以及工程設(shè)施的運(yùn)行和質(zhì)量狀況，對(duì)枯死、病死的植物應(yīng)立即采取補(bǔ)植補(bǔ)種措施，更新草種，加強(qiáng)植被修復(fù)工作；及時(shí)維修受損的水土保持工程設(shè)施，加強(qiáng)工程設(shè)備的日常養(yǎng)護(hù)管理[16]。通過科學(xué)、合理、全面的水土保持措施布設(shè)及嚴(yán)格的后續(xù)管理，實(shí)現(xiàn)高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持綜合效益的最大化。

5 結(jié)論

針對(duì)南方丘陵區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)范圍大、水土流失嚴(yán)重的問題，以位于南方丘陵區(qū)的廣吉高速、昌栗高速、宜豐聯(lián)絡(luò)線為例，基于層次分析法構(gòu)建水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，指標(biāo)體系包含1個(gè)目標(biāo)層、2個(gè)準(zhǔn)則層和13個(gè)指標(biāo)層，在指標(biāo)體系中林草恢復(fù)率、水土保持投資、林草覆蓋率3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重較高。另外，基于主成分分析法評(píng)價(jià)了3個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的水土保持綜合效益，其中宜豐聯(lián)絡(luò)線水土保持綜合效益得分最高，為4.214，昌栗高速得分最低，為3.903。對(duì)于高速公路建設(shè)項(xiàng)目主體工程的重要組成部分——路基工程，廣吉高速路基工程區(qū)水土保持投資高，植物措施實(shí)施效果好，林草植被恢復(fù)率和林草覆蓋率較高，水土保持效益好。3個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目取土場(chǎng)區(qū)水土保持綜合效益得分比較接近，但宜豐聯(lián)絡(luò)線棄土場(chǎng)區(qū)通過噴播植草和護(hù)坡工程，植被恢復(fù)效果較好，水土保持效益好，而昌栗高速棄土場(chǎng)區(qū)棄土量大，水土保持投資較少，水土保持效益差。

對(duì)于高速公路建設(shè)項(xiàng)目，路基工程等主體工程規(guī)模較大，擾動(dòng)地表面積范圍大，產(chǎn)生的水土流失量多，在水土保持綜合效益評(píng)價(jià)中占比較大；取土場(chǎng)區(qū)和棄渣場(chǎng)區(qū)邊坡坡度大且土質(zhì)松散，地表裸露時(shí)間長(zhǎng)，土壤侵蝕嚴(yán)重。這些防治區(qū)是高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。應(yīng)科學(xué)合理布設(shè)水土保持工程、植物和臨時(shí)措施，加大水土流失防治重點(diǎn)區(qū)域的水土保持投資力度，做好定期水土保持設(shè)施質(zhì)量和植被生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)后續(xù)日常管理，提升高速公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持綜合效益。

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