昔榆高速水土流失預測研究

徐 紅

（山西省交通環境保護中心站（有限公司），山西 太原 030032）

公路建設期間，大量挖填方容易造成植被破壞，形成裸露地表，引發嚴峻的水土流失問題[1]。因此，公路施工期應采取相應的措施減少或避免因工程建設而帶來的水土流失[2]。本文結合昔榆高速工程影響區地形、地貌、植被、降雨等現狀調查，對項目建設期和自然恢復期可能造成的水土流失進行了預測和分析。

1 項目概況

昔陽（晉冀界）至榆次高速公路工程是《山西省高速公路網規劃調整方案（2009年—2020年）》中“三縱十二橫十二環”中第七橫的重要一段，是國家發改委支持山西省與京津冀加強協作實現聯動發展的重點基礎設施建設項目。路線起點位于晉中市昔陽縣太行山虎寨嶺孔氏鄉刀把口村東南晉冀省界處，終點設修文樞紐互通式立體交叉與S60榆祁高速十字交叉。路線全長127.058 km，采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為100 km/h，路基寬度26.0 m。其主要建設內容包括：橋梁29 478.5 m/72座，隧道35 564 m/18座，互通式立體交叉6處，服務區3處、匝道收費管理站5處、主線治超站1處、路段管理分中心2處、養護工區3處，隧道管理站3處。全線共占地1 337.86 hm2，其中永久占地763.92 hm2，臨時占地573.94 hm2。挖填方總量為5 697.65萬m3，挖方3 850.81萬m3，填方1 846.84萬m3，需借方83.27萬m3，共產生棄方2 087.24萬m3。

該項目工程組成主要包括：路基工程、橋涵工程、隧道工程、互通工程、沿線設施、施工生產生活區、施工便道、取土場、棄渣場和臨時堆土場。

2 項目區概況

項目區地貌類型主要為北方土石山區，屬暖溫帶大陸性季風氣候區。項目區年平均氣溫6.3℃～9.8℃，年平均降水量在424.9～581.3 mm之間，風向以WN居多；無霜期127.0～182.1 d；區內最大動土深度為75～111 cm。項目區主要土類有灰褐土、棕壤和草甸土。項目走廊帶地處海河流域和黃河流域接壤地帶。穿越的水系主要有屬黃河干流山西段汾河水系與海河流域滹沱河水系、漳衛河水系。其中跨越汾河水系的河流有瀟河、安豐河、木瓜河、里思河、涂河；跨越滹沱河水系的河流主要有松溪河及其支流城北河；跨越漳衛河水系經過的河流主要有漳溢河。項目區植被覆蓋率為42.53%，植被主要有針葉林、灌草叢和栽培植被。

該項目位于晉中市境內，沿線涉及昔陽縣、和順縣、壽陽縣和榆次區，按照全國土壤侵蝕類型區劃及《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007），項目區屬水力侵蝕區中的北方土石山區，區域內容許土壤流失量為200 t/km2·a。根據《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》（水利部，辦水保〔2013〕188號），該項目屬于太行山國家級水土流失重點治理區，水土流失防治標準執行北方土石山區一級防治標準，防治目標取值詳見表1。

表1 水土流失防治目標值 %

3 水土流失預測

3.1 預測方法

目前，常用于開發建設項目水土流失預測方法主要有通用土壤流失方程法、類比法、分類分級法、流失系數法等。由于項目區水土流失實驗觀測資料較為缺乏，因此本文采用分類分級法進行擾動地表的水土流失量計算。

3.2 預測模型

運用公式法預測擾動地表的水土流失量，其預測模型為：

式中：W為擾動地表土壤流失量，t；i為預測單元（1，2，3，…，n）；j為預測時段（1，2為施工期和自然恢復期）；Fji為第j預測時段、第i預測單元的面積，km2；Mji為第j預測時段、第i預測單元的土壤侵蝕模數，t/km2·a；Tji為第j預測時段、第i預測單元的預測時段，a。

3.3 預測單元和預測時段

根據《開發建設項目水土保持技術規范》（GB 50433—2008），以及工程布局和公路建設特點，本工程共劃分10個預測單元，分別為路基工程區、橋涵工程區、隧道工程區、互通工程區、沿線設施區、施工生產生活區、施工便道區、取土場區、棄渣場區、臨時堆土場區。本工程水土流失預測期為施工期和自然恢復期，施工期占地均存在不同程度的水土流失，自然恢復期應扣除建筑物占地、地面硬化和水面面積。根據《生產建設項目水土流失防治標準》（GB 50434—2018），項目區所屬氣候區為暖溫帶亞濕潤區，自然恢復期按3年確定。各預測單元預測范圍、預測時段見表2。

表2 各預測單元預測范圍和預測時段統計表

3.4 土壤侵蝕模數

根據各預測單元施工過程中的擾動特點，結合地形因素，采用專家咨詢法（Delphi法）得出各預測單元不同預測時段的土壤侵蝕模數，詳見表3。

表3 各預測單元土壤侵蝕模數 t/km2·a

3.5 預測結果

經計算，項目建設期水土流失總量為325 120 t，新增水土流失量為289 566 t；自然恢復期水土流失總量為79 218 t，新增水土流失量為55 822 t；工程項目造成的水土流失總量為404 338 t，新增水土流失總量為345 388 t，詳見表4。通過對比分析，確定該項目路基工程、棄渣場、施工便道和臨時堆土場為水土流失重點區。

表4 水土流失匯總統計表

3.6 建議措施

根據該項目水土流失的變化情況，水土保持排水工程要在施工初期完成。路基施工如等到填筑、開挖完成再行防護，其水土流失將無法得到有效控制，因此，在防護及永久性排水工程實施前要采取臨時防護措施。植物措施在路基土石方工程結束后應盡早實施。土建工程施工前應合理制定進度計劃，土石方開挖盡量避開雨季，并在雨季到來之前做好邊坡防護及排水設施，將水土流失降到最低。

4 結論

在公路建設項目實際施工中，一般主體工程施工能夠得到建設單位的高度重視，水土保持措施也能較好地得到落實，而臨時工程往往容易被忽視，其水土保持措施常常落實不到位，水土流失問題較多。本文通過對高速公路各防治分區水土流失量的預測分析，旨在為后期開展類似項目水土保持防治等工作提供參考，特別是要高度重視臨時工程水土流失防治措施的有效落實。