山東省濰坊市公路建設(shè)項目水土保持損益分析

潘星慧, 李連勝, 張 萍

(1.濰坊市水文局, 山東 濰坊 261061; 2.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 寧夏 銀川 750021)

?

山東省濰坊市公路建設(shè)項目水土保持損益分析

潘星慧1, 李連勝1, 張 萍2

(1.濰坊市水文局, 山東 濰坊 261061; 2.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 寧夏 銀川 750021)

摘要：[目的] 通過山東省濰坊市公路建設(shè)項目的水土保持損益分析,評價當(dāng)?shù)毓方ㄔO(shè)項目的水土保持影響程度。[方法] 以濰坊地區(qū)S220,S221,S321和S327這4個公路建設(shè)項目為例,應(yīng)用水土流失影響指數(shù)評價模型定量計算其水土流失影響指數(shù)(SWII)。[結(jié)果] S220,S221,S321和S327的水土流失影響指數(shù)(SWII)分別為0.194 2,0.158 8,0.175 8,0.167 1,全部低于全國公路項目SWII的平均值,表明濰坊地區(qū)公路項目建設(shè)造成的水土流失影響程度要低于全國平均水平。其主要原因是:平均項目占地面積(4.82 hm2/km)和影響范圍(0.91 hm2/km)較小，土石方挖填量(5.06×104 m3/km)和棄渣量(400 m3/km)較少，影響時間(21個月)短，水土流失總量(437 t/km)不大。[結(jié)論] 針對不同的公路建設(shè)項目,可通過減少項目的占地面積和影響范圍，減少工程的土石方挖填量,特別是增加水土流失治理面積,來進(jìn)一步減弱工程建設(shè)帶來的水土流失影響。

關(guān)鍵詞：公路建設(shè)項目; 水土保持損益分析; 水土流失影響指數(shù); 山東省濰坊市

文獻(xiàn)參數(shù)： 潘星慧, 李連勝, 張萍.山東省濰坊市公路建設(shè)項目水土保持損益分析[J].水土保持通報，2016,36(3)：245-248.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.042

國家發(fā)展和改革委員會頒布的《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013—2030年)》中提到，到2030年形成“布局合理、功能完善、覆蓋廣泛、安全可靠”的國家干線公路網(wǎng)絡(luò)[1]。公路項目在建設(shè)過程中必然會占用土地、破壞植被、產(chǎn)生水土流失，作為線性工程，公路對項目建設(shè)所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生重大影響[2]。公路工程的水土流失屬典型人為加速侵蝕類型，水土流失程度和強(qiáng)度與主體工程施工工藝密切相關(guān)；在空間上呈現(xiàn)為隨高速公路離散型點、線狀分布，在時間上與主體工程施工進(jìn)度具有高度同一性[3]。公路建設(shè)必然涉及大量的土石方工程，深挖高填一方面使得原有的植被被砍伐破壞；另一方面表土徹底損失，大面積的巖石裸露，植被難以恢復(fù)，施工時裸露的土壤邊坡將引發(fā)嚴(yán)重的水土流失[4]。因此，本文擬開展公路項目水土流失影響指數(shù)應(yīng)用研究，通過對項目實施后可能帶來的水土流失影響進(jìn)行評價，及時發(fā)現(xiàn)問題，指導(dǎo)設(shè)計與施工，對實現(xiàn)公路建設(shè)與社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)公路交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

1項目概況

S220平日線高密律家村至諸城道口段改建工程(簡寫為S220)位于高密市和諸城市，全長35.63 km。沿線地貌為山前平原，地面高程22.97～26.83 m，坡度0.01%。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道1級公路，一般路段路基寬24.5 m，設(shè)計行車速度80 km/h。全線重建橋梁14座(中橋4座、小橋10座)、加寬加固橋梁4座(中橋2座、小橋2座)，養(yǎng)護(hù)工區(qū)2處。項目總投資5.24億元，其中土建投資4.38億元。于2012年11月開工，2014年4月竣工，建設(shè)工期18個月。

S221下小線安丘賀戈莊至四海官莊段改建工程(簡寫為S221)位于安丘市，全長20.933 km。沿線地貌為平原微丘，地面高程44.71～105.40 m，坡度0.29%。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道1級公路，一般路段路基寬24.5 m，設(shè)計行車速度80 km/h。全線新建橋梁7座(中橋3座、小橋4座)，養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處。項目總投資4.34億元，其中土建投資3.61億元。于2012年7月開工，2014年6月竣工，建設(shè)工期24個月。

S321壽濟(jì)線濰坊段工程建設(shè)項目(簡寫為S321)位于壽光市和青州市，全長41.602 km。沿線地貌為微斜平原，地面高程9.64～24.15 m，坡度0.03%。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道1級公路，一般路段路基寬24.5 m，設(shè)計行車速度80 km/h。全線新建橋梁18座(大橋1座、中橋6座、小橋11座)。項目總投資4.79億元，其中土建投資3.91億元。于2012年10月開工，2014年4月竣工，建設(shè)工期19個月。

S327臨仲線北李家臺子至小店段改建工程(簡寫為S327)位于臨朐縣，全長24.37 km。沿線地貌為平原，地面高程90.00～203.30 m，坡度0.64%。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道一級公路，設(shè)計行車速度80 km/h。整個路線分為改建路段和外環(huán)路利用段。改建路段長17.65 km，一般路段路基寬24.5 m，該段新建橋梁8座(大橋3座、中小橋5座)。外環(huán)路利用段長6.72 km，僅規(guī)劃入24.37 km之內(nèi)，保持現(xiàn)狀。項目總投資5.17億元，其中土建投資3.21億元。于2013年1月開工，2014年12月底竣工，建設(shè)工期24個月。

2計算方法

水土流失影響指數(shù)(impact index of soil erosion and water loss by construction projects，SWII)，是將水土保持損益分析中的水土流失關(guān)鍵影響指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)后求和，得到的用于反映建設(shè)項目水土流失影響程度大小的水土流失影響潛值，為一無量綱值。SWII是分析、計算和評價開發(fā)建設(shè)項目水土保持損益的核心，是定量評價、評判開發(fā)建設(shè)項目水土保持得失的結(jié)論性指標(biāo)[5]。

SWII計算公式為：

(1)

式中：αi——第i個水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)因子的權(quán)重(i=1,2,…,5)；xi——第i個水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)因子數(shù)據(jù)歸一后的值(i=1,2,…,5)。

根據(jù)關(guān)鍵績效指標(biāo)分析法(key performance indicator,KPI)的原理，選擇對水土流失影響最直接、最直觀、最有影響力的9個變量指標(biāo)，即項目建設(shè)區(qū)范圍(包括項目永久占地面積和項目臨時占地面積)、直接影響區(qū)范圍、土石方挖填總量(包括土石方挖方總量和項目土石方填方總量)、棄土棄渣量、水土流失影響時間、造成的水土流失總量和水土流失治理面積。經(jīng)計算確定占地面積與影響范圍、對地表的擾動強(qiáng)度、影響時間、造成的水土流失總量和可恢復(fù)程度5個水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)[2]。

(1) 占地面積與影響范圍(xi)。指開發(fā)建設(shè)項目產(chǎn)生水土流失影響的區(qū)域、范圍及相應(yīng)面積。一般包括項目建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū)的范圍，影響范圍愈大其水土流失影響指數(shù)也愈大。采用損益分析體系中3個變量的值可計算出參數(shù)值：

x1=αi(xd1+xd2)+αixd40

(2)

式中：xd1——項目永久占地面積(hm2)；xd2——項目臨時占地面積(hm2)；xd40——項目直接影響區(qū)面積(hm2)。

(2) 對地表的擾動強(qiáng)度(x2)。指開發(fā)建設(shè)項目在建設(shè)、生產(chǎn)過程中對地表開挖、占壓、堆置、毀損等影響的強(qiáng)度，擾動強(qiáng)度愈大水土流失愈嚴(yán)重。可用項目土石方挖填總量、棄渣量取其數(shù)量值。采用損益分析體系中3個變量的值可計算出參數(shù)值：

x2=αi(xd6+xd7)+αixd9

(3)

式中：xd6——項目土石方挖方總量(萬m3)；xd7——項目土石方填方總量(104m3)；xd9——項目棄土棄渣總量(104m3)。

(3) 影響時間(x3)。指開發(fā)建設(shè)項目對水土流失的影響時間長短。一般情況下影響時間愈長，其對水土流失的影響程度就愈大，可用項目的建設(shè)工期取其值。采用損益分析體系中的變量值可計算出參數(shù)值：

x3=xd32

(4)

式中：xd32——項目對水土保持的影響時間(月)。

(4) 造成的水土流失總量(x4)。指開發(fā)建設(shè)項目擾動地表后造成的水土流失總量。在不同地貌類型、不同建設(shè)項目內(nèi)，差別較大。可用預(yù)測的水土流失總量取其數(shù)量值。采用損益分析體系中的變量值可計算出參數(shù)值：

x4=xd35

(5)

式中：xd35——項目的水土流失預(yù)測總量(104t)。

(5) 未恢復(fù)程度比例(x5)。指原土地水土保持功能的可恢復(fù)程度。建設(shè)項目造成水土流失是必然的，重要的是要看這種影響能否控制，原有的水土保持功能能否恢復(fù)和恢復(fù)多少。可恢復(fù)程度愈小的其水土流失影響指數(shù)就愈小。

(6)

式中：xd38——項目的水土流失治理面積(hm2)。

專家咨詢調(diào)查給出了生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響指數(shù)因子的權(quán)重[5]。占地面積與影響范圍的權(quán)重為0.215(其中，占地面積分權(quán)重為0.69，影響面積分權(quán)重為0.31)，土石方挖填量與棄渣量權(quán)重為0.228(其中，挖填數(shù)量分權(quán)重為0.44，棄渣數(shù)量分權(quán)重為0.56)，影響時間權(quán)重為0.158，預(yù)測水土流失總量權(quán)重為0.194，所造成影響未恢復(fù)程度權(quán)重為0.205。

3結(jié)果與分析

3.1水土流失影響指數(shù)(SWII)統(tǒng)計

水土保持損益分析提出的水土流失影響指數(shù)屬于效益型評價指標(biāo)，當(dāng)指數(shù)值愈大對水土流失的影響也愈大，因此采用效益型標(biāo)準(zhǔn)化公式進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸一處理。4個公路項目水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵因子值見表1。

表1　濰坊地區(qū)4條公路水土流失影響指數(shù)關(guān)鍵因子數(shù)值

3.2水土流失影響指數(shù)(SWII)分析

姜德文[6-7]認(rèn)為，在12類開發(fā)建設(shè)項目對水土流失影響程度排序中，公路建設(shè)項目排第7。中國公路建設(shè)項目水土流失影響指數(shù)測評結(jié)果為：SWII=0.274 3，即平均的影響指數(shù)為0.274 3，最大值為0.566 4，最小值為0.086 5，眾值區(qū)在0.2～0.4之間。S220，S221，S321和S327 4條公路的SWII分別為0.194 2，0.158 8，0.175 8，0.167 1，SWII均較小，低于公路項目SWII眾值區(qū)，其平均值(0.174 0)僅為全國均值(0.274 3)的37%。4條公路水土流失影響指數(shù)的大小排序為：S220>S321>S327>S221，比全國均值(0.274 3)分別低29%，42%，36%和39%，這說明與全國公路建設(shè)工程相比，濰坊地區(qū)的公路建設(shè)工程造成的水土流失影響程度相對較小；并且4條公路項目間，水土流失影響程度S220>S321>S327>S221，說明S220水土保持效益相對較差，S221較好，S321，S327居中。

對計算SWII所用的7個參數(shù)數(shù)值進(jìn)行剖析和比較見圖1。S220，S221和S321的建設(shè)占地面積很小，分別為全國均值的54%，65%和54%，S327的建設(shè)占地面積最大，占全國均值的91%，4者的平均值為4.82 km2/km，為全國均值的66%；S220，S221和S321的工程影響范圍也較小，分別是全國均值的70%，78%和86%，S327的工程影響范圍最大，占全國均值的95%，4者的平均值為0.91 km2/km，為全國均值的83%；S220，S321的土石方挖填量很小，分別只有全國均值的16%，18%；S221，S327的土石方挖填量稍大，分別為全國均值的37%，48%，4者的平均值為5.06×104m3/km，為全國均值的30%；4個項目的棄渣量均很小，平均值不到全國均值的1%；4個項目的影響時間也都很小，S221，S327等于全國最小值，而S220，S321甚至低于全國最小值；4個項目的水土流失總量均很小，S220，S321不到全國均值的10%，S221為全國均值的12%；S327最大，亦不超過全國均值的20%，4者的平均值為437 t/km，僅為全國均值的11%；4個項目的未恢復(fù)比例都不低，均高于全國平均值，S220高達(dá)全國均值的2.7倍，S321次之，是全國均值的2.4倍，S221是全國均值的1.9倍；S327最低，但也高于全國平均值(0.26)，是全國均值的1.7倍，4者的平均值為0.56，為全國均值的2.2倍。

注：1項目占地面積； 2影響范圍； 3土石方挖填量； 4棄渣量；5影響時間； 6水土流失總量； 7未恢復(fù)比例。

圖14條公路各水土流失影響因子占全國平均值的百分比

通過上述比較可以看出：7項指標(biāo)中數(shù)值僅未恢復(fù)比例一項比全國平均值高，甚至是全國平均值的1.7～2.7倍，項目占地面積和影響范圍、土石方挖填量雖然較全國平均值都低，但個別公路項目亦有降低的空間。在施工過程中，宜通過優(yōu)化施工設(shè)計、進(jìn)一步減弱工程建設(shè)的水土流失影響，如：減少S327的項目占地面積和影響范圍，減少臨時占地；在主體設(shè)計中進(jìn)一步優(yōu)化施工工藝，盡量減少S221和S327的土石方挖填量，合理調(diào)度土石方，進(jìn)而減少臨時堆土造成的水土流失危害；進(jìn)一步加強(qiáng)4個項目，特別是S220和S321的水土流失防治措施，如土地整治和植物措施，提高水土流失治理面積和恢復(fù)植被面積，盡可能恢復(fù)地表的水土保持功能，降低未恢復(fù)比例。

4討論與結(jié)論

(1) S220，S221，S321和S327的SWII依次為0.194 2，0.158 8，0.175 8，0.167 1，平均值為0.174 0，低于全國公路項目平均水平(SWII=0.274 3)，說明與全國公路建設(shè)工程相比，濰坊地區(qū)的公路建設(shè)工程造成的水土流失影響程度相對較小，其主要原因是項目占地和影響范圍較小、土石方挖填量和棄渣量較少、影響時間較短、水土流失總量不大。

(2) 4條公路中，SWII數(shù)值由大到小依次為:S220>S321>S327>S221，水土流失影響程度S220>S321>S327>S221。計算SWII所用的7個參數(shù)數(shù)值中，僅未恢復(fù)比例1項比全國平均值高，項目占地面積和影響范圍、土石方挖填量雖然較全國平均值都低，但個別公路項目亦有降低的空間。針對不同的公路建設(shè)項目，可通過減少項目的占地面積和影響范圍、減少工程的土石方挖填量，特別是增加水土流失治理面積，來進(jìn)一步減弱工程建設(shè)的水土流失影響，更好地保護(hù)沿線的水土資源和生態(tài)環(huán)境。如減少S327的項目占地面積和影響范圍，減少S221和S327的土石方挖填量；加強(qiáng)4個項目，特別是S220和S321的水土流失防治措施，增加水土流失治理和恢復(fù)植被面積，降低未恢復(fù)比例。

(3) 針對公路建設(shè)項目來說，地形因素對公路工程建設(shè)路基高度的設(shè)計會有一系列影響，進(jìn)而影響到永久占地、臨時占地的設(shè)置，故地形因素對公路建設(shè)SWII影響較大[8]。此外，水土保持投資強(qiáng)度、損壞植被面積、對區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水土資源影響程度也對公路建設(shè)的水土流失評價有一定影響[2,9]。建議進(jìn)一步考慮地形因子、水土保持投資強(qiáng)度、損壞植被面積、對區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水土資源影響程度等因子之后，對該4條公路項目重新做水土保持損益分析，得到更為精確的SWII，達(dá)到對主體工程做出更為準(zhǔn)確評價和指導(dǎo)的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]國家發(fā)改委.國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013—2030年)[Z].2013.

[2]張崢,陳吉虎,姜德文,等.高速公路項目水土流失影響指數(shù)的應(yīng)用研究[J].水土保持通報,2014,34(2):116-119.

[3]史東梅.高速公路建設(shè)中侵蝕環(huán)境及水土流失特征的研究[J].水土保持學(xué)報,2006,20(2):5-9.

[4]劉貴濱,汪莉.高速公路建設(shè)中邊坡水土流失的監(jiān)測與防治[J].山東交通科技,2009(1):58-61.

[5]姜德文.開發(fā)建設(shè)項目水土保持損益分析研究[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[6]姜德文.以科學(xué)發(fā)展觀建立開發(fā)建設(shè)項目水土保持損益評價體系[J].中國水土保持,2005(6):5-7.

[7]姜德文.運用水土流失影響指數(shù)評價主體工程設(shè)計及水土保持方案[J].中國水土保持,2010(12):4-6.

[8]胡晉茹,李元,曹子龍.海南高速公路水土保持損益分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(28):11474-11476.

[9]何吉成,徐雨晴,劉蘭花.我國長大客運專線建設(shè)工程的水土流失影響指數(shù)比較[J].水土保持研究,2010,17(6):35-38.

收稿日期：2015-04-17修回日期：2015-06-23

通訊作者：張萍(1981—),女(漢族),寧夏回族自治區(qū)鹽池縣人,博士,講師,主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail:zp2009@mail.bnu.edu.cn。

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2016)03-0245-04

中圖分類號：S157.1

Benefit and Loss Analysis on Soil and Water Conservation for Roads Construction Projects in Weifang City of Shandong Province

PAN Xinghui1, LI Liansheng1, ZHANG Ping2

(1.HydrologyBureauofWeifangCity,Weifang,Shandong261061,China;2.SchoolofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan,Ningxia750021,China)

Abstract：[Objective] Based on the analysis on benefit and loss of soil and water conservation for provincial roads construction projects in Weifang City of Shandong Province to evaluate the influence degree of soil and water conservation of the local provincial roads construction projects. [Methods] Taking 4 different highways(S220, S221, S321 and S327) in Weifang area as an example, the soil and water loss impact indices(SWII) for four provincial roads construction projects were quantitatively analyzed and evaluated. [Results] The SWII of S220, S221, S321 and S327 was 0.194 2, 0.158 8, 0.175 8 and 0.167 1, respectively, which was lower than the average SWII value of national highway construction project in China. The results indicated that the impacts of soil and water loss caused by highway construction project in Weifang City were lower than the national average level. The main reason for the low SWII in Weifang was that the average occupation land area(4.82 hm2/km) and influence extent(0.91 hm2/km) was smaller and the earth excavation and filling volume(5.06×104 m3/km) and waste residue(400 m3/km) was less, the influence time was shorter (21 months) and the amount of soil and water loss(437 t/km) was less. [Conclusion] For different highway projects, to reduce their impacts on soil and water loss, the construction area and earthwork volume should be reduced. Specifically, by increasing the soil erosion conservation area can mitigate the impact of project construction on soil and water loss and can protect the eco-environment.

Keywords:roads construction projects; benefit and loss analysis on soil and water conservation; soil and water loss impact index(SWII); Weifang Cityof Shandong Province

資助項目：寧夏大學(xué)人才引進(jìn)科研啟動基金(BQ12-009)

第一作者：潘星慧(1982—),女(漢族),山東省昌樂縣人,碩士,工程師,主要從事水土保持監(jiān)測工作。E-mail:shuiyingbing@163.com。