高速公路建設中的水土流失及其防治措施探討

劉安民

（和榆高速公路建設管理處，山西 左權 032600）

近年來，山西省公路建設迅速發展，特別是高速公路建設和發展尤為突出，截止2014年底，全省公路總里程突破14萬km，其中高速公路總里程達4 821 km。高速公路作為重要的基礎設施建設，它的快速發展對于區域經濟社會發展具有十分重要的推動作用[1]。但是，在高速公路建設的過程中，由于嚴重擾動了原地貌、地表植被，改變了微地形和土地利用類型，產生了大量的棄土、棄渣，對于高速公路沿線的生態環境造成了不同程度的破壞，促進了項目建設區域內的水土流失，引起了社會各界的廣泛關注[2-4]。高速公路建設中的水土流失通常呈線性分區，且影響范圍較廣，根據工程建設特點及項目區自然條件，應采取相應的水土流失防治措施減少或避免因高速公路建設而帶來的水土流失[5]。本文以汾陽至邢臺高速公路榆社—和順康家樓段（以下簡稱和榆高速公路）為例，對高速公路建設過程中造成的水土流失量進行預測分析，并依據水土流失防治分區提出了相應的水土流失防治措施，為同類型高速公路水土流失防治措施的合理布設提供經驗借鑒。

1 高速公路概況

和榆高速公路是山西省高速公路網“九橫九環”中是第六橫汾陽至邢臺高速公路的東段。路線起自平遙—榆社高速公路終點，經榆社立交樞紐與太長高速公路相連，終于和順縣康家樓（省界），與河北省規劃的“五縱六橫七條線”高速公路網中的第五橫臨清（冀魯界）—和順（晉冀界）高速公路西段相連，全長91.835 km，采用四車道高速公路標準，設計速度80 km/h。全線設立交15處，隧道19座，橋梁62座，涵洞124道。項目全線挖填方總量為2 246.47萬m3，棄方335.82萬m3，永久占地472.59 hm2，臨時占地104.52 hm2。本項目由路基、橋梁、隧道、路面工程、取土場、棄渣場、施工營地和施工便道等部分組成。

2 項目區自然概況

項目區位于太行山中段山區，受地質構造和長期的侵蝕、剝蝕作用，地形起伏、溝壑縱橫，地形條件復雜，地貌類型主要有黃土丘陵區、土石低山區及石質中山區；年平均氣溫6.3℃～8.8℃；年平均降水量537.5～592.8 mm，多集中于6—8月份，24小時最大降雨量136.3 mm；最大凍土深度約110 cm；年平均風速1.4～2.4 m/s，最大風速22.8 m/s；土壤類型主要分為褐土和草甸土兩大類，其中褐土包括淡褐土、粗骨性山地褐土、山地褐土和碳酸鹽褐土性土，草甸土只包括草甸土類中的淺色草甸土亞類；自然植被類型屬暖溫帶落葉闊葉林和針闊混交林，以人工針葉林、闊葉林和次生落葉灌木林為主。

3 水土流失量預測

3.1 預測單元

水土流失預測的目的是為了確定行之有效的水土保持措施總體布局，預測項目建設及運營帶來的水土流失總量及分布，分析可能造成的水土流失危害，明確重點防治區。因此根據項目建設的不同情況，依據以下原則進行水土流失預測單元的劃分：同一預測單元的地貌、地表的物質組成相同；同一預測單元擾動方式相同；同一預測單元土地利用現狀基本一致；同一預測單元主要土壤侵蝕因子基本一致。

根據高速公路建設項目的特點，按不同的分部分項工程占地，可將項目區水土流失預測單元劃分為路基工程、橋梁工程、隧道工程、路面工程、取土場、棄渣場、施工營地和施工便道等8個預測單元。

3.2 預測方法

本項目水土流失量采用數學模型方法進行預測，根據各個時段新增的土壤侵蝕量，計算項目建設期和運營初期的土壤侵蝕總量。

擾動地表新增土壤流失量采用式（1）進行預測：

式中：Ws1為擾動地表新增水土流失量，t；n為預測單元，1，2，3，……n；Fi為第 i個預測單元的面積，km2；Ms1為不同預測單元擾動后的土壤侵蝕模數，t/km2·a；Ms0為不同預測單元土壤侵蝕模數背景值，t/km2·a；Ti為預測時段，a。

3.3 預測結果

項目區主體工程在建設期內水土流失涉及的面積較廣，路基路面、橋梁、隧道、取土場、棄渣場等在建設期損壞原地貌植被，造成地表裸露，土壤侵蝕加劇。建設期土壤侵蝕主要發生在路基土方開挖期，此后隨著路面工程及附屬設施的陸續建成，路面得到硬化，排水設施也逐步完善，可能造成水土流失的面積開始減少。在建設期結束后，路基路面、附屬設施及排水設施已建成完工，維護管理措施逐步到位，水土流失逐步減少。經預測分析，項目建設期和植被恢復期內原地貌土壤侵蝕量為6.90萬t，擾動原地貌可能造成的土壤侵蝕量為16.29萬t，其中施工期14.54萬t、植被恢復期1.75萬t；新增土壤侵蝕量為9.39 萬 t。

4 水土流失防治措施

4.1 水土流失防治目標

項目區屬《全國水土保持規劃國家級水土流失重點預防區和重點治理區復核劃分成果》中的太行山重點治理區，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，屬水力侵蝕一級類型區中的北方土石山區，土壤允許侵蝕量為200 t/km2·a，沿線黃土丘陵區水土流失達到中度侵蝕，土石低山區和石質中山區處于輕度侵蝕。按照《開發建設項目水土流失防治標準》（GB50434—2008）要求，水土流失防治目標執行一級標準，目標值分別為擾動土地治理率95%，水土流失總治理度95%，土壤流失控制比0.8，攔渣率95%，林草植被恢復率97%，植被覆蓋率30%。

4.2 水土流失防治分區

依據項目區在山西省水土流失類型區劃分中屬黃土丘陵階地中度侵蝕區和土石山地較輕微侵蝕區的結果，將水土流失防治分區劃分為黃土丘陵區、土石低山區和石質中山區等3個一級防治分區，主體工程區防治區、取土場防治區、棄渣場防治區和臨時工程防治區等4個二級防治分區。

4.3 水土流失防治措施

本項目根據水土流失防治分區，結合工程特點、當地自然條件及水土流失特征，從實際出發，布設水土流失防治體系。防治措施主要有工程措施、土地整治措施和植物措施，此外還有一些臨時防護措施，工程措施主要布設在取土場、棄渣場；土地整治措施主要布設在項目建設過程中擾動后未進行硬化處理需布設植物措施或復墾還田的部位；植物措施主要布設在取土場、棄渣場、施工便道、填方邊坡、坡腳、挖方邊坡、碎落臺、服務區、收費站、互通立交等部位。各二級防治分區具體防治措施布設如下：

a）主線工程防治區（Ⅰ區） 該區主要包括路基工程、橋梁工程、隧道工程及路面工程等。通過設置擋墻、護坡、排水溝等工程措施及植物護坡，掛網植草、微地形整治、植物覆蓋等植物措施和路基路面的臨時攔擋、覆蓋，防護措施來實現對區內水土流失的有效防治。

b）取土場防治區（Ⅱ區） 該區主要通過設置截水溝、排水溝、急流槽、沉砂池等工程措施，對取土場地進行場地整治、復墾、灌草綠化與防護等植物措施，對取土場剝離的表層熟土及建設期的開挖面實行的臨時攔擋和覆蓋的臨時措施來實現對區內水土流失的有效防治。

c）棄渣場防治區（Ⅲ區） 該區主要通過設置擋渣墻、截水溝、排水溝、削力池等工程措施，對棄土場進行土地整治，喬灌草綠化等植物措施，對建設期的渣面實行臨時攔擋及覆蓋的臨時措施來實現對區內水土流失的有效防治。

d）臨時工程防治區（Ⅳ區） 該區主要通過對施工營地、施工便道設置排水溝，沉砂池等工程措施，對施工營地、施工便道進行土地整治、復墾、喬灌草綠化等植物措施，和一些臨時攔擋覆蓋等防護措施來實現對區內水土流失的有效防治。

5 結論

高速公路建設過程中會伴有大量的土石方開挖和回填，再加上大量的取土和棄渣，擾動了原地貌，破壞了原有水土保持設施，加劇了人為水土流失，對高速公路周邊區域生態環境造成了嚴重影響。根據不同高速公路建設項目特點和區域水土流失特點，進行施工期和運行初期水土流失量預測分析，提出以工程措施、植物措施和臨時措施等3項措施相結合的，合理有效的水土流失防治措施體系布局，對于高速公路自身的建設和運營安全及沿線周邊區域生態環境恢復和保護均具有十分重要的意義[6]。

The Discussion on Water and Soil Loss and Its Prevention and Control Measures in the Highway Construction

[1]江玉林，杜娟.高等級公路生態環境保護問題與對策[J].公路，2000（8）：68-72.

[2] 高鵬，劉作新，于素榮.高速公路建設區的水土流失與防治技術[J].遼寧工程技術大學學報，2005，24（4）：543-545.

[3] 馬少杰，劉國東.高速公路建設水土流失分析及水土保持研究[J].公路，2006（10）：128-134.

[4]李文軍.山西省高速公路建設項目水土流失防治措施探討[J].山西交通科技，2014（6）：91-93.

[5] 陳晏，史東梅，劉益軍，等.重慶奉云段高速公路水土流失預測[J].水土保持研究，2007，14（3）：166-168，172.

[6] 陳宗偉，江玉林，張洪江，等.高速公路施工期水土流失影響因素及其防治措施[J].水土保持研究，2006，13（5）：120-123.