新疆景區公路水土保持監測研究與實踐

李 偉，劉 濤，蔡萬鵬，霍 靚

(交通運輸部科學研究院，北京 100029)

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新疆景區公路水土保持監測研究與實踐

李 偉，劉 濤，蔡萬鵬，霍 靚

(交通運輸部科學研究院，北京 100029)

為了有效掌握新疆景區公路建設過程中的水土流失規律，綜合考慮該區自然條件和項目工程特性，結合當地水土保持監測實踐經驗，通過采用地面觀測和調查監測相結合的方法，設置水蝕徑流小區、簡易測釬小區等地面觀測設施，進行了新疆景區公路水土保持監測研究與實踐，旨在為新疆景區公路工程科學、有序地開展水土保持監測工作提供借鑒。

水土保持監測；水土保持效益；景區公路；新疆

公路是國民經濟的重要基礎設施和社會全面發展的助推器，公路建設在為人類的生產生活帶來便利的同時，也對公路沿線的生態環境造成嚴重的破壞。新疆維吾爾自治區作為我國西部大開發的主戰場，對公路建設需求較大。自治區“十二五”交通運輸發展規劃概要中強調，要突出“57712”工程并實現五大突破。同時，新疆景區資源豐富、種類齊全，景區公路基礎設施也在緊張有序地進行中。為了有效掌握公路建設對景區自然環境的破壞和影響，筆者以G045線賽里木湖至果子溝口段高速公路改建工程(簡稱“賽果高速公路”)為例，探討新疆景區公路水土保持監測技術方法，可為今后同類條件公路工程水土保持監測工作開展提供科學的理論和技術指導。

1 工程建設及自然概況

賽果高速公路位于新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州霍城縣境內和博爾塔拉蒙古自治州境內，處于連霍國家高速公路主干線的終點位置，是國家“五橫七縱”公路運輸網主骨架、連霍國道主干線和國家“7918”高速公路網規劃的組成路段之一，也是新疆維吾爾自治區“三橫兩縱兩環八通道”高速公路網規劃的重要組成部分。項目起點位于賽里木湖三岔口附近，終點位于果子口，全線長56.2 km。根據公路沿線地形地貌，由東北向西南依次可分為沿湖(賽里木湖)段15.68 km、越嶺段15.53 km、沿溪(果子溝)段24.99 km。建設單位將賽果高速公路確定為“保護環境、珍惜資源、建設環保水保示范路”工程，于2006年7月開工，于2012年10月完工移交。

作為生態環保示范工程，賽果高速公路緊鄰賽里木湖國家級自然保護區，并穿越果子溝風景區，其保護環境、與自然和諧的建設理念尤為重要。建設主管部門將公路線形、橋隧工程、交通設施及沿線綠化區與公路自身路容、路貌融入沿線“湖水-草原-山川-森林-溪水”等自然景觀，把果子溝大橋建設成果子溝風景區一道“彩虹橋”。果子溝大橋是國內第一座公路鋼桁梁斜拉橋，長700 m，跨徑170 m+360 m+170 m，兩主塔高209.5和215.5 m，采用三跨雙塔雙索面的鋼桁梁斜拉，橋面距溝底路面約118.8 m，達到路景交融，自然神怡[1]。

該項目位于北天山的西段，地貌上屬科古琴山脈中、高山區，線路西南緣為伊犁盆地邊緣，東北隅為賽里木湖灃地。氣候類型屬于溫帶大陸性氣候，區域極端最高氣溫40.2 ℃，極端最低氣溫-36.6 ℃，年降水量為200～300 mm，最高年降雨量600 mm，最大凍深為1.18 m，最大積雪深度1.79 m。區內地表水包括賽里木湖、山溝水、泉水，水源主要來自山區冰雪融化水和降雨徑流水。土壤主要為山地草甸土。植被按海拔分化明顯，海拔在2 150 m以下為山地草原，植被主要由狐茅、苔草、針茅、冰草、鳳毛菊等組成；海拔2 150～2 500 m為山地草原，草與針葉林和中生灌叢混生，草種類型有斗篷草、早熟禾、苔草等；海拔2 500～2 900 m為高山草場，以苔草和雜草為主，植被覆蓋率為40%～90%。

2 監測點布局

根據項目區土壤侵蝕類型和地形地貌特點的不同，在現場考察和內業分析勘測資料的基礎上，布設31處固定監測點，其中沿湖段布設4處，越嶺段布設9處，沿溪段布設18處。監測點位置確定后定期開展監測工作，這些監測點中完好保存至工程完工的有10處(表格里標記黑底部分)。各監測點位記錄見表1。

3 監測方法

主要采用地面觀測和調查監測兩種形式和方法[2-4]。地面觀測法包括標準徑流小區、簡易插釬小區及簡易侵蝕溝小區，調查監測法包括典型擾動地表進行定點定期調查記錄和巡查記錄。

3.1 地面觀測法

3.1.1標準徑流小區。在該項目棄土(渣)場，選取坡度為5～15°的試驗區，小區投影面積5 m×20 m，采用水泥預制板圍成矩形，預制板圍埂埋入土中30 cm，露出試驗區地表20 cm，小區外圍距圍埂2 m處設置截水溝；集流槽寬30 cm，兩端向導流槽傾斜。導流槽采用直徑20 cm的PUC管連接至集水池；集流池規格1.5 m×1 m×1 m，池頂設置擋雨遮蓋板，降雨前將集流池和集流槽清理干凈，降雨后攪勻集水池的泥水，并取3份1 L水樣，帶回室內烘干測量計算(圖1)。

3.1.2簡易插釬小區。在項目區路堤邊坡和路塹基邊坡，選取56～81 m2的裸露邊坡，選用直徑1～2 cm、長30～50 cm類似釘子形狀的鋼釬，根據坡面面積，按上中下、左中右縱橫各3排共9根(相距2 m×2 m分布)沿鉛垂方向打入坡面，并在釘帽上涂抹紅漆，編號登記入冊(圖2)。坡面面積較大時，為提高精度，鋼釬密度可加大。每次暴雨后、汛期終了觀測釘帽出露地面高度，記錄備案。

表1 試驗小區各監測點位記錄

3.1.3簡易侵蝕溝小區。在項目區暫不擾動的臨時開挖面或填筑坡面，能夠代表同類侵蝕坡面水土流失狀況的區域，選取5～10 m寬坡面，侵蝕溝按大(溝寬>30 cm)、中(溝寬10～20 cm)、小(溝寬﹤10 cm)分三類統計，每條侵蝕溝測定溝長度和上、中上、中、中下、下一定部位的多邊形面積，通過計算侵蝕溝體積推算流失量。

3.2 調查監測法主要采用GPS儀器、測距儀、照相機、標桿、尺子等工具，結合項目區地形圖，對項目區擾動面積、地理位置、擾動強度、水土保持措施位置尺寸等進行典型定點調查記錄和全線巡查記錄。

3.3 觀測指標與分析方法

3.3.1徑流小區。通過計算徑流小區土壤流失量，推算其試驗小區土壤侵蝕模數。根據土壤侵蝕模數，計算項目區同類型土壤侵蝕坡面的水土流失量。

W=shR

式中，W為蓄水池容納的徑流量，m3；s為蓄水池底面積，m2；hR為蓄水池平均水深，m；ST為小區侵蝕泥沙總量，kg；rs為侵蝕泥沙密度，kg/m3；hs為沉積泥沙的平均厚度，m；wω為沉積泥沙含水量，%。

∑n=rn

式中，ST為小區土壤侵蝕總量，m3；rs為平均土壤侵蝕厚度，mm；S為簡易插釬小區水平面投影面積，m2；θ為簡易插釬小區土壤流失觀測場坡度，°。

3.3.3簡易侵蝕溝小區。通過計算樣方小區每一斷面侵蝕溝斷面面積之和，然后計算出侵蝕溝總體積V溝和溝蝕量ST，最終根據侵蝕溝小區土壤侵蝕模數，推算項目區同類侵蝕坡面土壤侵蝕量。計算樣方內侵蝕溝總體積時乘以0.7的修正系數[5]。

式中，∑S1，∑S2，…,∑Sn為1，2，…，n斷面侵蝕溝斷面面積

求和，m2；B為觀測點坡面寬，m；L為觀測點坡面長，m；N為量測斷面數；ST為小區土壤侵蝕總量,kg；rs為樣方內侵蝕土壤密度，kg/m3；V溝為樣方內侵蝕溝總體積，m3。

4 結果與分析

4.1 擾動面積統計通過監測，項目區擾動土地面積288.24 hm2，其中路基工程區229.84 hm2，取土(料)場區36.28 hm2，棄土(渣)場區9.55 hm2，施工便道區2.76 hm2，施工場地區9.81 hm2。總擾動面積比方案設計減少24.04 hm2。項目區擾動土地面積變化分析見圖3。

4.2 水土保持措施量統計賽果高速公路工程水土保持措施有截水溝、排水溝、撒播草籽、客土噴播和裝土編織袋攔擋、灑水降塵等，關于工程量不在此羅列。

4.3 土壤流失量計算現場監測過程中，由于插釬小區和侵蝕溝小區布設比較便利，因此在公路沿線不同擾動區域進行廣泛布設。但徑流小區布設則需特定的環境和占地面積，因此只在該工程棄土(渣)場布設兩處，2008年度布設的小區由于施工棄渣原因遭破壞，2011年9月補設一處，通過養護一直使用至設計水平年結束。項目區各試驗小區土壤侵蝕模數計算分析見表2。

表2 試驗小區土壤侵蝕模數計算分析

由表2可知，項目區平均土壤侵蝕模數強弱順序為路堤邊坡>路塹邊坡>棄土(渣)場>取土(料)場。施工期取土施工造成的土壤侵蝕最強烈，但取土產生的>45°的陡坡，土壤侵蝕模數最小；該項目棄土(渣)場采取集中堆棄，并進行土地平整、撒播草籽措施，因此土壤侵蝕模數次之；路堤、路塹邊坡若不采取適當的防護措施，則長期裸露的表面受到綜合侵蝕因子侵蝕，土壤侵蝕模數最大。項目區各年度土壤侵蝕量變化情況見表3。

由表3可知，該項目于2008、2009年水土流失量最大，從而體現這兩年份施工擾動強度和擾動面積等達到頂峰；隨著工程逐步完工，項目區年度水土流失量逐年遞減。水土流失量變化情況能形象反映工程施工強度，從水土流失量的變化情況能判斷主體工程施工強度變化狀態。各地貌單元土壤侵蝕量分析見圖4。

從圖4可知，由于沿湖段和沿溪段地形較緩，匯水面積大，因而產生的徑流對項目區地擾動地表侵蝕強烈，因此土壤侵蝕量大。越嶺段工程主要以橋梁和隧道組成，施工期擾動區域裸露時間短、面積小，因此土壤流失量較小。從項目區各地貌單元土壤流失量情況可以直觀地判斷建設期水土流失敏感區域為沿湖段和沿溪段，并為今后同類工程確定重點防治區提供參考。

表3 各年度土壤侵蝕量計算分析

4.4 水土流失防治效益分析該項目通過實施各項水土流失防治措施后，項目擾動土地整治率達到96%，水土流失總治理度達到92%，土壤流失控制比達到1.3，攔渣率達到99%，林草植被恢復率達到94%，林草覆蓋率達到32%。水土流失防治6項指標均達到設計要求，水土流失得到有效控制。

4.4.1生態效益。通過實施水土保持各項措施，有效控制建設期人為水土流失。對擾動區域采取客土噴播植草和撒播草籽后，大面積綠化了公路沿線裸露表面，與已有自然地貌巧妙銜接，對保持和改善項目區生態環境，改善擾動地表土質理化性質，對固土保水具有良好的作用。

4.4.2經濟效益。通過實施擋渣墻、排水溝等工程措施和撒播草籽等植物措施，對取土(料)場、棄土(渣)場及松散路基邊坡具有加固其穩定性，防止沖刷滑坡對路基及周邊設施破壞的作用，間接節約成本和維修費用，為公路安全運行起到良好的經濟效益。

4.4.3示范效益。賽果高速公路作為新疆第一條開展水土保持監測的項目，為今后該地區同類工程開展水土保持監測工作起到示范作用，監測成果及經驗可供同類項目借鑒。

5 結語

賽果高速公路作為新疆較早開展水土保持監測的項目，通過采用多種監測方法綜合運用、監測點全面覆蓋突出重點等技術手段，及時掌握了項目建設過程中的水土流失動態變化情況，針對水土保持方案和主體設計中存在的不足，制定了適用有效的水土流失防治方案，可為今后新疆景區公路工程開展水土保持監測提供參考。

[1] 陳宗偉，張翔.關于景觀功能的山區旅游公路水土保持設計思路[J].水土保持科學，2009，7(6)：46-50.

[2] 李智廣.開發建設項目水土保持監測[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[3] 中華人民共和國水利部.水土保持試驗規程.SL277-2002[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[4] 中華人民共和國.水利部.水土保持監測技術規程.SL419-2007[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[5] 何凡，陳宗偉，王金娟.鄂西南路基邊坡影響土壤侵蝕量因素分析[J].水土保持通報，2009(6)：168-181.

李偉(1983- )，男，蒙古族，內蒙古通遼人，助理工程師，從事水土保持研究。

2014-11-20

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-200-04