公路建設(shè)中新增水土流失預(yù)測優(yōu)化＊

劉菊梅仝紀龍吳官勝陳振華袁九毅

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,甘肅蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)環(huán)境質(zhì)量評價研究中心,甘肅蘭州 730000)

公路建設(shè)中新增水土流失預(yù)測優(yōu)化＊

劉菊梅1仝紀龍2吳官勝2陳振華2袁九毅2

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,甘肅蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)環(huán)境質(zhì)量評價研究中心,甘肅蘭州 730000)

新增水土流失預(yù)測是開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案編制的依據(jù)。以某山區(qū)高速公路為例,主要從預(yù)測時段和土壤侵蝕模數(shù)的確定兩個方面與傳統(tǒng)方案進行對比分析,探討山區(qū)高速公路建設(shè)新增水土流失預(yù)測的優(yōu)化方案,結(jié)果表明:確定符合實際的預(yù)測時段和土壤侵蝕模數(shù)能提高新增水土流失預(yù)測結(jié)果的準確度,有利于水土保持措施及投資的優(yōu)化配置。

新增水土流失;優(yōu)化預(yù)測;山區(qū)高速公路

山區(qū)高速公路的建設(shè)除了受地質(zhì)條件復(fù)雜、地形地貌類型多變、水土流失、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的制約外,還會在建設(shè)過程對當?shù)刈匀画h(huán)境原生態(tài)系統(tǒng)和原有的人工生態(tài)系統(tǒng)帶來多方面的影響。其中因土石方作業(yè)所產(chǎn)生的水土流失問題影響較大,所以客觀而準確地對建設(shè)過程中的水土流失量進行預(yù)測,對于制定水土保持方案以及公路施工期和營運期防治水土流失均具有重要意義。通常新增水土流失是指除去原土地利用方式下水土流失量的凈新增量[1]。根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(SL204—1998)規(guī)定的公路建設(shè)項目土壤流失預(yù)測內(nèi)容,其中預(yù)測時段、土壤流失面積和土壤侵蝕模數(shù)等數(shù)值的確定直接影響到水土流失防治措施的制定和水土保持方案的合理性[2]。但由于中國目前高速公路建設(shè)項目水土流失定位觀測和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)十分缺乏,導(dǎo)致水保方案中水土流失的預(yù)測結(jié)果偏差較大[3]。因此,本文以某山區(qū)高速公路水保方案的制定為實例,主要從預(yù)測時段和土壤侵蝕模數(shù)的確定兩個方面進行分析,優(yōu)化傳統(tǒng)的預(yù)測方案,從而得出比較符合實際的預(yù)測結(jié)果,為水土保持措施的實施及投資的配置提供更準確的依據(jù)。

1 預(yù)測方案對比分析

1.1 預(yù)測時段的選擇

水土保持方案中的新增土壤流失預(yù)測時段傳統(tǒng)方案常以年計。雖然在計算新增土壤流失量時其他預(yù)測時段的計量單位最終也要換算為年,但以年為計量單位預(yù)測結(jié)果可能會偏大,不利于防治措施的選擇及措施的最優(yōu)配置,甚至?xí)斐煞雷o資金的浪費。優(yōu)化方案建議土壤流失預(yù)測時段用月計算,只預(yù)測可能會發(fā)生的程度最嚴重的新增土壤流失。楊劍峰等[4]認為,以月為預(yù)測時段的計量單位更加符合工程建設(shè)的實際,計算出的新增土壤流失結(jié)果的準確度更高。并且各項目區(qū)施工時段也不同,不能采取同樣的時間。

1.2 土壤侵蝕模數(shù)的確定

山區(qū)高速公路全線里程較長,且沿線各縣區(qū)的地質(zhì)狀況、土壤類型、氣候條件等自然環(huán)境因素差異較大,所以全線的土壤侵蝕模數(shù)背景值差異也較大,不能確定為大區(qū)域的相同侵蝕。項目建設(shè)擾動后,原地貌的地塊類型發(fā)生重大變化[5],根據(jù)黃委會天水水保站的研究成果:在干旱地區(qū),破壞地表后的土壤侵蝕模數(shù)是破壞前的1-4倍,各預(yù)測區(qū)的侵蝕模數(shù)是不相同的(見表1)。

2 實例分析

2.1 項目概況

項目境內(nèi)山高谷深,溝壑縱橫。工程施工區(qū)的海拔在800-1 600m范圍內(nèi),有近2/3的地區(qū)在海拔1 200m以下的低山丘陵區(qū)。公路路線總體走向由東北向西南,建設(shè)里程90.759km。根據(jù)工程設(shè)計文件統(tǒng)計,全線有7處路堤高度大于10m,10處路塹深度大于10m;隧道28座,其中典型特長隧道12座;橋梁74座,特大、大型橋梁61座;共設(shè)置互通立交7處、分離式立交9處、隧道管理站12處、服務(wù)區(qū)1處、停車區(qū)4處、匝道收費站5處;設(shè)棄渣場27個,自采料場4個,臨時堆土場7處。項目推薦方案路基總的挖方量為1 667.69萬m3;填方1 321.87萬m3;借方433.90m3;棄方779.72萬m3。

2.2 新增水土流失預(yù)測

2.2.1 預(yù)測時段

該山區(qū)高速公路項目所在區(qū)土壤侵蝕,主要以水蝕為主[7]。根據(jù)工程文件,工程建設(shè)總工期為48個月,考慮到加速水蝕在不同的防治范圍內(nèi)不可能整年都發(fā)生,所以在編制該段告訴公路水土保持方案中,新增水土流失的預(yù)測時段以月份計量單位,預(yù)測施工期的土壤侵蝕。

根據(jù)開發(fā)建設(shè)項目不同水土流失防治責任范圍的具體情況和預(yù)測的土壤流失類型及降雨等因素,在對區(qū)域氣象系列統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上,確定新增土壤流失的預(yù)測時段。項目全區(qū)氣候?qū)俦眮啛釢駶櫹蚺瘻匕霛駶欉^渡帶,為季風氣候的一部分,年內(nèi)氣候變化主要受西太平洋副高壓暖氣團和西伯利亞冷氣團的影響,往往形成冬季暖,春季冷的特殊情況,但由于境內(nèi)山高谷深,氣候懸殊。項目途徑三個縣區(qū),其中起點縣區(qū)年降水量在594.7-720mm之間,且最大降水量主要集中在6-9月,占全年的68.65%;中間縣區(qū)年降水量在570-830mm之間,且最大降水量主要集中在5-9月;終點縣區(qū)年降水量在350-650mm之間,且最大降水量主要集中在7-9月。根據(jù)三縣區(qū)降雨主要集中的月份,綜合考慮年際降雨時空分布的差異性,加速水蝕分別按每年5個月、6個月、4個月進行計算[4]。

2.2.2 土壤侵蝕模數(shù)確定

本項目采用土壤侵蝕分級法,三縣區(qū)土壤侵蝕分別為中度、輕度、強度,再根據(jù)黃委會推薦的土壤侵蝕模數(shù)取值范圍,結(jié)合實際現(xiàn)場調(diào)查,通過專家咨詢,確定各預(yù)測單元在不同預(yù)測時段土壤侵蝕模數(shù)。

2.2.3 預(yù)測方法及結(jié)果

土壤流失量的預(yù)測方法主要有數(shù)學(xué)模型法、實地測試法和類比法[8]。對已建、在建項目,可進行實地測試;對于新建項目,土壤流失量計算多采用類比法[2]。本項目采用類比法進行預(yù)測。

本文以終點縣區(qū)為例,采用傳統(tǒng)方案與優(yōu)化方案進行預(yù)測對比,結(jié)果見表2。

表1 山區(qū)高速公路建設(shè)新增水土流失優(yōu)化預(yù)測對比表

表2 終點縣區(qū)新增水土流失總量對比表

由上述案例對山區(qū)高速公路建設(shè)新增水土流失的分析可以看出取棄土渣場新增水土流失最嚴重,應(yīng)該加強防護、加大投資力度及監(jiān)測。

3 水土保持措施

3.1 控制施工期水土流失的產(chǎn)生

山區(qū)高速公路,由于沿線地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,工程艱巨,橋涵、通道、隧道等結(jié)構(gòu)物多,高填深挖路段較多,項目建設(shè)困難,水土流失嚴重,且主要集中在施工期的路基工程區(qū)的填挖路段與不良地質(zhì)段、橋隧工程區(qū)、取棄土渣場、沿線附屬設(shè)施區(qū)、施工營地及施工便道區(qū)。首先,邊坡防護時選擇合適的坡度和采取合理的支擋結(jié)構(gòu),調(diào)查降雨時坡面的徑流特點和構(gòu)造適當?shù)慕厮y及導(dǎo)流通道,確保人工邊坡不發(fā)生滑坡、崩塌、雨水沖刷。其次,采用生物工程恢復(fù),選擇鄉(xiāng)土植物封閉坡面,避免雨水侵蝕坡面而造成水土流失。再次,盡量作到填挖平衡,減少取棄土渣;取棄土渣場保留表土,用于植被恢復(fù)時的土壤。最后。對于臨時占地區(qū),工程結(jié)束后立即清理建筑、生活垃圾,平整土地,借助工程和生物措施恢復(fù)原地貌。

3.2 做好運營期水保工程的養(yǎng)護

高速公路主線及互通式立交匝道、收費站全部硬化,填挖段邊坡多采用漿砌片石及草皮護坡,隧道全部襯砌,因此公路營運期路面、邊坡及隧道等基本不會產(chǎn)生新的水土流失。但在營運初期,由于一些水保工程尚未完善,如植物處于扎根、幼苗階段,甚至枯死,仍會產(chǎn)生少量的水土流失。隨著植被與坡面微環(huán)境相互適應(yīng),加強養(yǎng)護,植被覆蓋度提高,水土流失將逐漸停止。定期檢查護坡的質(zhì)量,及時修補。另外,做好項目區(qū)水土流失監(jiān)測和水土保持監(jiān)測[9、10],運用科學(xué)的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)水保方案的落實。

3.3 加強沿線公眾的宣傳教育

利用公路沿線廣告標語、發(fā)放公路環(huán)保小冊子、組織放映環(huán)保電影等方式,倡導(dǎo)公眾保護公路生態(tài)環(huán)境,不破壞邊坡植被及其他工程措施。

4 結(jié) 論

采用本文提出的優(yōu)化方案,根據(jù)項目區(qū)土壤流失特點,對公路建設(shè)造成水土流失進行分區(qū)、分時段預(yù)測,確定合理的預(yù)測時段和土壤侵蝕模數(shù),可以較準確的預(yù)測山區(qū)高速公路建設(shè)中的新增水土流失,更有利于相關(guān)部門水保措施的實施及投資的優(yōu)化配置,從而更好的達到公路建設(shè)促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的根本目的。

(編輯:田 紅)

[1]王治國,李文銀,蔡繼清.開發(fā)建設(shè)項目水土保持與傳統(tǒng)水土保持比較[J].中國水土保持,1998,(10):16-17.

[2]張艷杰,師利明,葉劍.高速公路建設(shè)土壤流失預(yù)測研究[J].中國水土保持,2005,(9)36-38.

[3]蒲勇平.關(guān)于水保方案編制中幾個共性問題的探討[J].水土保持科技情報,2002,(4):25-26.

[4]楊劍峰,張瑞國,王昌高等.公路建設(shè)新增土壤流失預(yù)測時段探討[J].中國水土保持,2003,(6):32-33.

[5]郭銳.開發(fā)建設(shè)項目水土流失預(yù)測易出現(xiàn)的問題及其對策[J].中國水土保持,2000,(2):36-37.

[6]陳子平.編制公路建設(shè)項目水土保持方案的體會[J].中國水土保持,2003,(4):27-28.

[7]李并成.甘肅省生態(tài)環(huán)境重建和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的若干戰(zhàn)略思考[J].中國歷史地理論叢,2002,17(3):138-141.

[8]中華人民共和國水利部.開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,1998.

AbstractSoil erosion newly arising prediction was the basis for schemes compiling of soil and water conservation in development and construction projects.Taking amountain area’s expressway for example,analyzing from two aspectsof determination of prediction period and soil erosion modulus compared with traditional prediction,optimization schemes of soil erosion newly arising forecasting in mountain area’s expressway construction were studied.The result showed:determination of the actual prediction period and soil erosion modulus,could improve the accuracy of the results and were conducive to the optimal allocation of soil and water conservation measures and investment.

Key wordssoil erosion newly arising;opti mization prediction;mountain area’s expressway

The Opti m ization of Soil Erosion Newly Arising Prediction in Highway Construction

L IU Ju-m ei1TONG Ji-long2WU Guan-sheng2CHEN Zhen-hua2YUAN Jiu-yi2
(1.College of Earth and Environmental science Lanzhou University,Lanzhou Gansu 730000,China;
2.Lanzhou University EnvironmentQualityAssessment Research Center,Lanzhou Gansu 730000,China)

S157;U412.366

A

1002-2104(2010)03專-0128-03

2009-10-19

劉菊梅,碩士生,主要研究方向為環(huán)境影響評價與規(guī)劃。

＊蘭州大學(xué)環(huán)境質(zhì)量評價研究中心贊助。