高速公路項目水土流失影響指數的應用研究

張 崢，陳吉虎，姜德文，趙廷寧

（1.北京林業大學 水土保持學院，北京100083；2.水利部綜合事業局，北京100053；3.水利部水土保持監測中心，北京100055）

“十一五”計劃末期，我國高速公路通車里程由“十五”末期的4.1×104km2發展到7.4×104km2，5a新增了3.3×104km2，增長0.83倍，居世界第二位。目前，各省《國民經濟和社會發展“十二五”規劃綱要》已陸續出臺。通過對各省高速公路規劃目標進行統計后得出以下數據：“十二五”期間全國將新增5.92×104km2高速公路通車里程，2015年全國高速公路通車里程將超過1.30×105km2［1］。從高速公路總量上看，我國高速公路建設已經得到了飛躍式發展，基本能夠滿足經濟和生活的需求。然而，高速公路項目在建設過程中必然會占用土地、破壞植被、產生水土流失，作為線性工程，高速公路對項目建設所在區域的生態環境會產生重大影響。因此，開展高速公路項目水土流失影響指數應用研究，通過對項目實施后可能帶來的水土流失影響進行評價，及時發現問題，指導設計與施工，對實現公路建設與社會、經濟、環境效益相互協調，促進公路交通事業的可持續發展具有重要意義。

1 研究方法

1.1 水土流失影響指數計算方法

水土流失影響影響指數（SWII）是將水土保持損益分析中的關鍵影響指標進行加權后求和，得到用于反映建設項目水土流失影響程度大小的水土流失潛值，為無量綱值，是定量評價、評判開發建設項目水土保持得失的結論性指標［2］。SWII計算公式為：

式中：αi——第i個水土流失影響指數關鍵指標的權重；χ1——擾動地表面積歸一化后的值；χ2——單位擾動面積損壞植被面積歸一化后的值；χ3——單位擾動面積土石方挖填總量歸一化后的值；χ4——單位擾動面積永久棄渣量歸一化后的值；χ5——項目建設總工期歸一化后的值；χ6——單位擾動面積預測新增水土流失量歸一化后的值；χ7——水土保持投資強度歸一化后的值；χ8——對區域生態環境及水土資源影響程度賦值；χ9——對地貌類型賦值。

1.2 水土流失影響關鍵指標權重的確定

為了科學合理地研究和確定各個水土流失影響指標對高速公路項目水土流失的貢獻率，采用專家咨詢法，對9個指標的權重做了系統的專家調查，收集到88份專家意見，對其中有效的76份意見反饋進行匯總，運用層次分析法［3］，計算得出9個水土流失影響指標的權重（表1）。

表1 水土流失影響指標權重

1.3 水土流失主要影響因子的確定

采用SPSS主成分分析法［4－6］，對不同侵蝕類型區高速公路項目進行分析，找出影響該區域最主要的影響指標，有針對性地對水土保持方案在提高標準、施工工藝等方面提出修改意見。根據國標［7］的規定，水土保持方案中要有對采取水土保持措施后的效果進行評估的內容。通過SPSS主成分分析，得出影響不同的土壤侵蝕類型區水土流失的主要因子，有針對性地對相應區域高速公路水土保持方案進行評價。

2 研究結果

2.1 水土流失影響指數計算結果

通過研究計算選取的106個高速公路項目，按照水土流失影響指數計算方法，得出高速公路項目的水土流失影響指數的平均值為0.296，最大值為0.560，最小值為0.129。水土流失影響指數的頻數分布直方圖如圖1所示。

圖1 水土流失影響指數（SWII）的頻數分布直方圖

從影響指數的頻度分布來看，大多數高速公路項目的影響指數為0.215～0.387。從高速公路水土流失分析來看，工程建設過程中的水土流失主要發生在路基工程區、立交工程區和橋梁工程區，其次是棄渣場和取土場區，從不同侵蝕類型區水土流失影響指數來看，由大到小依次為：西南巖溶區（均值0.345）＞西南紫色土區（均值0.338）＞南方紅壤區（均值0.328）＞西北黃土高原區（均值0.298）＞東北黑土區（均值0.265）＞北方土石山區（均值0.232）和北方風沙區（均值0.228），與可能產生的水土流失影響情況基本符合。

2.2 不同侵蝕類型區水土流失主要影響因子分析

2.2.1 西南巖溶區 在西南巖溶區，高速公路項目水土流失影響指數為0.350，遠超過該區平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子有單位擾動面積土石方挖填總量、工期以及地貌類型。西南巖溶區單位擾動面積土石方挖填總量平均值為3.733×104m3／hm2，遠高于全國平均值2.567×104m3／hm2；工期平均值為43個月，高于全國平均值38個月。由于西南巖溶區的地貌類型多山區、丘陵，也是造成水土流失嚴重的原因之一。

2.2.2 西南紫色土區 在西南紫色土區，高速公路項目水土流失影響指數為0.338，遠超過該區平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子有單位擾動面積棄渣量、單位擾動面積新增水土流失量以及單位擾動面積土石方挖填總量。西南紫色土區單位擾動面積棄渣量平均值為4.190×103m3／hm2，高于全國平均值3.940×103m3／hm2；單位擾動面積新增水土流失量平均值468.93t／hm2，遠遠高于全國平均值265.994t／hm2；單位擾動面積土石方挖填總量平均值為3.733×104m3／hm2，遠高于全國平均值2.567×104m3／hm2。

2.2.3 南方紅壤區 在南方紅壤區，高速公路項目水土流失影響指數為0.333，遠超過該區平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子有單位擾動面積損壞植被面積、水土保持投資強度以及對區域生態環境及水土資源影響程度。南方紅壤區單位擾動面積損壞植被面積平均值為0.417，遠高于全國平均值0.324；水土保持投資強度平均值為27.566萬元／hm2，高于全國平均值18.865萬元／hm2；此外，對區域生態環境及水土資源影響程度主要體現在項目區多集中在國家級、省級重點預防保護區內，生態環境脆弱，水土流失影響嚴重。

2.2.4 西北黃土高原區 在西北黃土高原區，高速公路項目水土流失影響指數為0.298，接近該區平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子有單位擾動面積棄渣量、工期、單位擾動面積新增水土流失量以及投資強度。西北黃土高原區單位擾動面積棄渣量平均值為7.650×103m3／hm2，遠遠高于全國平均值3.940×103m3／hm2；工期平均值為40.6個月，高于全國平均值37.7個月；單位擾動面積新增水土流失量平均值為288.104t／hm2，較高于全國平均值265.994t／hm2；水土保持投資強度平均值為21.246萬元／hm2，較高于全國平均值18.865萬元／hm2。

2.2.5 東北黑土區 在東北黑土區，高速公路項目水土流失影響指數為0.265，低于該區平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子有擾動地表面積、單位擾動面積植被損壞面積以及對區域生態環境及水土資源影響程度。東北黑土區擾動地表面積平均值為1 218.928hm2，遠高于全國平均值1 088.42 hm2；單位擾動面積植被損壞面積平均值為0.396，高于全國平均值0.324；此外，對區域生態環境及水土資源影響程度主要體現在項目區多集中在國家級、省級重點預防保護區內，生態環境脆弱，水土流失影響嚴重。

2.2.6 北方土石山區 在北方土石山區，高速公路項目水土流失影響指數為0.230，低于該區平均值（0.296）。在該區地貌類型大多屬于山區和丘陵區，理論上對水土流失應造成較大影響，但是由于所選項目具有一定的局限性，高速公路穿越平原區的項目較多，因此計算所得水土流失影響較小。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子為擾動地表面積。北方土石山區擾動地表面積平均值為1 179.863hm2，高于全國平均值1 088.42hm2。

2.2.7 北方風沙區 在北方風沙區，高速公路項目水土流失影響指數為0.228，低于平均值（0.296）。通過對9項水土流失影響指標進行分析，在此范圍內，影響水土流失最主要的因子為擾動地表面積。北方風沙區擾動地表面積平均值為1 620.303hm2，遠高于全國平均值1 088.42hm2。

3 結果與分析

3.1 水土流失影響程度等級分類

SWII是對水土流失影響的定量分析、評價方法，可對不同區域的高速公路項目進行定量比較。以公路項目SWII值為評判標準，優先審批影響指數小的項目，對影響指數較大的項目不應審批，以水土保持要素評價和許可開發建設項目，對公路項目實行同一標準尺度的評價、評判，使水土保持審查、審批更加科學合理。

本研究以SWII值為參照將高速公路項目水土流失影響程度分為3類：重度影響類、中度影響類和輕度影響類。當SWII值較高時，說明項目造成的水土流失影響嚴重，項目水土流失影響程度為重度影響；當SWII值較小時，說明項目造成的水土流失影響較小，項目水土流失影響程度為輕度影響；其余項目水土流失影響程度為中度影響。

水土流失影響程度分類閾值的選取主要參考SWII的均值以及全國高速公路項目水土流失影響指數的頻數分布直方圖，分類結果為：水土流失影響指數大于0.387的高速公路水土保持方案屬于重度影響類；水土流失影響指數在0.258～0.387之間屬于中度影響類；水土流失影響指數小于0.258為輕度影響類。

3.2 水土保持技術要求

根據高速公路項目水土流失影響程度提出相應技術要求，主要從水土流失防治標準［6］，水土保持工程等級［8］，水土保持措施配置要求，施工工藝要求［9］等方面提出不同的技術要求。

3.2.1 水土流失防治標準 按照《開發建設項目水土流失防治標準（GB50434—2008）》［6］，結合正在修訂的《生產建設項目水土流失防治標準（討論稿）》，生產建設項目水土流失防治標準劃分為一級、二級、三級共3個標準執行等級，包括水土流失治理度、渣土擋護率、林草覆蓋率、表土剝離利用率、降水集蓄量、排水含沙量等6個水土流失防治目標值。

水土流失影響程度為重度影響類的高速公路項目，水土流失防治標準等級為一級，同時提高部分防治目標值，包括渣土擋護率、排水含沙量、降水集蓄量及林草覆蓋率；水土流失影響程度為中度影響類及輕度影響類的高速公路項目，水土流失防治標準等級為一級，但不提高防治目標值。

3.2.2 水土保持工程等級 水土流失影響程度為重度影響類的高速公路項目，特別是西南巖溶地區，攔渣工程、防洪排導工程等水土保持工程措施設計標準（包括水土保持工程等級、防洪標準）分別提高一級；水土流失影響程度為中度影響類及輕度影響類的高速公路項目，水土保持工程等級不予提高。

3.2.3 水土保持措施配置要求 水土流失影響程度為重度影響類的高速公路項目，強化重點部位或區域防護的技術措施配置要求，建設期重點加強路基下邊坡、施工道路及棄渣場的臨時攔擋及排水措施；注重生態恢復的技術措施配置要求，項目采用生態溝道防護長度不小于項目溝道防護總長度的30%，生態護坡面積不小于項目邊坡防護總面積的50%；規定臨時措施、水土保持措施比例，特別是在南方紅壤區，臨時措施投資不少于水保投資的25%，水保措施投資不少于工程總投資的6%。水土流失影響程度為中度影響類及輕度影響類的高速公路項目，規定臨時措施、水土保持措施比例，臨時措施投資不少于水保投資的15%，水保措施投資不少于工程總投資的4%。重點部位或區域防護，生態防護措施不作特殊要求。

3.2.4 施工工藝要求 高速公路項目不僅需要滿足技術規范關于施工工藝要求的相關規定，還需滿足一些特殊施工工藝要求，以減輕水土流失影響。水土流失影響程度為重度影響類的高速公路項目，避開大風降雨天氣施工，分區分段施工，控制施工作業面；水土流失影響程度為中度影響類及輕度影響類的高速公路項目，避開大風暴雨天氣施工。

3.2.5 其它要求 除從水土流失防治標準，水土保持工程等級，水土保持措施配置要求，施工工藝要求等方面對高速公路項目提出不同的技術要求外，還需從征占地面積、取（棄）土場選址、棄渣綜合利用等方面進行要求。

水土流失影響程度為重度影響類的高速公路項目，在北方風沙區，占地指標執行行業規定的最低值，臨時占地面積不大于永久占地面積的30%；取、棄土場設置在視線外；在西南巖溶區，填高大于20m路段設置為橋梁、挖深大于30m路段設置為隧道；在西南紫色土區，隧道洞口外移，減少棄渣量，移挖作填，綜合利用棄渣，永久棄渣量不大于開挖總量的15%。水土流失影響程度為中度影響類及輕度影響類的高速公路項目，占地指標執行行業規定的較低值，臨時占地面積不大于永久占地面積的50%；取、棄土場設置在視線外；填高大于20m、挖深大于30m路段應有橋隧比選方案；移挖作填，綜合利用棄渣，永久棄渣量不大于開挖總量的30%。

4 結論

以國家級、省級106個高速公路項目為例，通過計算水土流失影響指數，分析得出不同侵蝕類型區影響水土流失主要因子，依照水土流失影響程度，參考水土流失影響指數，將高速公路項目分為重度影響類、中度影響類和輕度影響類。針對不同影響程度等級的項目，提出了不同的技術要求。

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［6］水利部.GB50434—2008開發建設項目水土流失防治標準［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［7］水利部.GB5043—2008開發建設項目水土保持技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

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