高速鐵路建設(shè)項目水土流失預(yù)測與保持對策研究

李 軍

(南昌水兌工程咨詢有限公司，南昌 330095)

0 引 言

自19世紀末，鐵路就已經(jīng)成為交通運輸體系中必不可少的一項內(nèi)容。經(jīng)過一百多年的建設(shè)和發(fā)展，中國的鐵路事業(yè)日益發(fā)達。截至2021年4月16日，中國鐵路營業(yè)總里程已經(jīng)達到了14.63萬km，高速鐵路運營里程達3.79萬km，鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)越發(fā)完善。在越來越多高速公路建設(shè)項目出現(xiàn)之后，由于大量土石方挖填吊運、破壞植被、擾動地表等，使得建設(shè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了較為嚴重的水土流失現(xiàn)象，開發(fā)更加高效的水土保持措施勢在必行[1]。

1 工程概況

本項目全稱為南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目——站城一體及綜合客運樞紐工程，該項目依托于京九高鐵的未來通車，將南昌在環(huán)鄱陽湖區(qū)經(jīng)濟區(qū)的中心城市地位進行更深層次的強化，同時還可以將環(huán)鄱陽湖城市群的經(jīng)濟聚集效應(yīng)進行進一步的提升，進而競合長江周游城市群的發(fā)展，在長江經(jīng)濟帶的發(fā)展進行積極地參與。在該項目建設(shè)完成并投入使用之后，南昌與京津冀的連通時間將縮短為5h，與粵港澳大灣區(qū)的連通時間將縮短為3h[2]。

南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目——站城一體及綜合客運樞紐工程屬于一個新建項目，位于江西省南昌市青山湖區(qū)羅家鎮(zhèn)秦坊村東站西路以東、祥豫路以南、南昌東站以西、東站南路以北，中心地理坐標E116°0′49″，N28°36′56″。南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目占地面積共12.74hm2，在此之中，永久性占地總面積為10.33hm2，臨時占地總面積為2.41hm2，包含YH1302-I05地塊(以下簡稱A地塊)和YH1302-I08地塊(以下簡稱B地塊)，總建筑面積 212538m2。

1)A地塊地上用地面積 7.38hm2，總建筑面積 66061m2，計容建筑面積 66061m2。建筑密度 55.6%，綠地率 11%，容積率 0.89。

2)B地塊地上用地面積 2.95hm2，總建筑面積 24348m2，計容建筑面積 24348m2。建筑密度 52.6%，綠地率 12%，容積率 0.83。

3)除A、B兩個地塊之外，工程項目中還存在著一塊臨時占地區(qū)，這一區(qū)域為該項目設(shè)計地下室及地下室頂部施工平臺的過程中，超出占地紅線范圍的一部分地塊，這一區(qū)域共占據(jù)了2.41hm2的面積，均為臨時占地。這一區(qū)域的地面上不展開任何施工建設(shè)內(nèi)容，待到建設(shè)后期場地平整之后，將會在臨時占地中撒播草籽以恢復(fù)這一區(qū)域的植被[3]。

2 水土流失現(xiàn)狀

2.1 青山湖區(qū)

通過查閱《江西省水土保持公報》(2019 年)可知，目前，南昌市青山湖區(qū)所擁有的土地面積共有213.87km2，水力侵蝕面積達到輕度以上的共有11.87km2，在青山湖區(qū)所擁有的土地面積中占有的比重為5.55%。在此之中，輕度侵蝕水土流失的土地面積共有8.89km2，在該地區(qū)水力侵蝕面積的74.90%；強烈侵蝕水土流失面積達到了0.62km2，占有的比重為5.22%；極強烈侵蝕水土流失的土地面積為0.53km2，占有的的比重為4.47%；達到劇烈侵蝕水土流失的土地面積為0.43km2，占有的比重為3.62%。青山湖區(qū)水土流失現(xiàn)狀表，見表1。

表1 青山湖區(qū)水土流失現(xiàn)狀表

2.2 項目建設(shè)所在地

按照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190-2007)中的相關(guān)內(nèi)容來看，該項目所處地區(qū)屬于南方紅壤區(qū)，水力侵蝕是土壤遭受侵蝕的最主要形式，容許土壤流失量為500t/(km2·a)。

在調(diào)查南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目所在區(qū)域的水土流失情況并分析背景資料等多項內(nèi)容之后，可以發(fā)現(xiàn)，項目建設(shè)區(qū)域的原始地貌為贛撫沖擊平原地貌，微度侵蝕是最主要的土壤侵蝕強度，同時有小部分地區(qū)呈現(xiàn)出輕度侵蝕的局面。項目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表，見表2。

表2 項目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表

續(xù)表2 項目建設(shè)區(qū)所在地背景水土流失現(xiàn)狀表

在針對南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目建設(shè)區(qū)所在地的平均土壤侵蝕量以及平均土壤侵蝕模數(shù)進行計算時，采用如下公式：

1)年均土壤侵蝕量：

(1)

2)平均土壤侵蝕模數(shù)：

(2)

3 相關(guān)結(jié)果預(yù)測

3.1 土壤流失量預(yù)測方法

能夠?qū)λ亮魇Я慨a(chǎn)生影響的因素包括臨時堆土產(chǎn)生的土壤流失量以及破壞植被或土地所造成的土壤流失量，因此，對土壤流失量進行計算是一項比較重要的內(nèi)容[4]。在計算本項目的土壤流失量時，需要采用如下的公式進行計算。值得一提的是，如果預(yù)測單元重新回歸到原地貌土壤侵蝕模數(shù)以下時，將無需進行計算：

(3)

式中：W為擾動地表土壤流失量；j為預(yù)測時段，j=1、2……n-1、n；Fji為當處于第j預(yù)測時段時，第i預(yù)測單元的面積，這項內(nèi)容的單位為km2；Mji為當處于第j預(yù)測時段時，第i預(yù)測單元的土壤侵蝕模數(shù)，這項內(nèi)容的單位為t/(km2·a)；Tji為當處于第j預(yù)測時段時，第i預(yù)測單元的預(yù)測時長，這項內(nèi)容的單位為a。

3.2 土流失量的預(yù)測

在南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目建設(shè)過程中，所生成的水土流失量基本涉及兩個方面的內(nèi)容：①由于項目建設(shè)對所在地區(qū)的植被和土壤造成了損壞，加之項目建設(shè)擾動地貌，使得建設(shè)場地及周邊地區(qū)現(xiàn)存的水土保持能力下降甚至是完全消失，在這種情況下，土壤侵蝕狀況不斷朝著更加嚴重的方向發(fā)展，進而致使水土流失量不斷增加；②由于地面裸露而導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象出現(xiàn)，在沒有進行任何水土保持措施的情況下，出現(xiàn)一部分全新增加的水土流失量，這一部分水土流失量主要為水力侵蝕。南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目水土流失量具體情況，見表3。

表3 南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目水土流失量具體情況

4 工程項目水土保持的具體措施

4.1 防治分區(qū)劃分

為了確保南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目的水土保持工作落實的高質(zhì)量，在工作開展的過程中，采用劃分防治分區(qū)的形式。在劃分的過程中，需要以項目本身的占地類型和方式、施工布置及施工時序、水土流失狀況及水土 流失防治指標作為依據(jù)，并在與周邊自然環(huán)境狀況相結(jié)合的前提下進行分區(qū)。在分區(qū)時，首先將整個項目劃分成了3個大區(qū)，即A地塊、B地塊以及臨時占地區(qū)。其中，A地塊拱北劃分成了4個二級防止分區(qū)，分別是2#臨時堆土放置區(qū)、綠化景觀防治區(qū)、道路廣場防治區(qū)以及建筑物防治區(qū)；B地塊共被劃分成5個二級分區(qū)，分別是1#臨時堆土放置區(qū)、施工生產(chǎn)生活防治區(qū)、綠化景觀防治區(qū)、道路廣場防治區(qū)以及建筑物防治區(qū)。

4.2 分區(qū)措施布設(shè)

在南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目建設(shè)期間，按照項目具體情況以及施工設(shè)計方案中的相關(guān)要求，該項目在進行水土保持時，所應(yīng)用的措施多種多樣，包括雨水花園、園林景觀綠化、屋頂綠化、撒播草籽、混凝土底板拆除、洗車槽、施工圍墻、透水鋪裝、植草溝、雨水口、雨水管、表土剝離、場地平整以及表土回填。其中，表土剝離進行的時間是在工程項目的施工前期，施工團隊針對建設(shè)區(qū)域內(nèi)能夠剝離表層土壤的區(qū)域進行了表土剝離工作，這些剝離的土壤可以被用于后期的綠化用土。以A地塊為例，在該地塊中剝離的表土體積為2.42萬m3。與此同時，該項目還在A地塊中進行了臨時措施的落實，在這一區(qū)域內(nèi)共覆蓋了面積為0.33hm2的苫布。另外，本工程中還應(yīng)用了相應(yīng)的植物措施用以實現(xiàn)水土保持的目的，在選擇植物種類的過程中，遵循的是因地制宜、適地適樹、符合地域的原則，基本選用本土的樹種進行植被的修復(fù)。在此期間，追求美化與綠化同時實現(xiàn)，并對落葉樹木與常綠樹木、慢生樹種與快生樹種進行了科學合理的搭配，確保樹種搭配的多品種化、多層次化，使植被呈現(xiàn)出高低有序、疏密有致的效果。舉例而言，本工程在選擇植物種類時，基本有單桿香樟、銀杏、無患子、黃山欒、鐵冬青、梓樹、樂昌含笑、雞爪槭、細葉紫薇、海桐、梔子花、金葉女貞、粉黛亂子草、鳶尾以及馬尼拉草等多種植物。值得一提的是，在向臨時占地區(qū)域撒播草籽的過程中，應(yīng)當待到場地平整之后，才可以將混合草籽撒播到裸露的地表上。

4.3 雨水管、雨水口施工

為了獲取良好的水土保持效果，實現(xiàn)積水的有效排出是一項必不可少的內(nèi)容，因此，排水工程施工至關(guān)重要，高質(zhì)量的排水工程可以減少強降雨天氣產(chǎn)生的消極影響，提升工程整體質(zhì)量[5]。而在排水工程施工中，雨水管、雨水口施工是其中最重要的環(huán)節(jié)，具體如下：

1)在本次工程主體建設(shè)過程中，進入后期施工階段時，施工單位在項目建設(shè)所處區(qū)域完成了健全的排水系統(tǒng)的施工，使用的排水方式為雨污分流制排水，在實際應(yīng)用期間，能夠?qū)Φ缆泛臀菝娴挠晁M行有效收集。雨水會通過雨水口流入到排水管中，在之后還會在廠區(qū)雨水管線的集中作用下流向周邊區(qū)域的市政雨水管網(wǎng)。在此次工程中，使用到的雨水管直徑為D200-D1000。

2)按照《城市室外排水設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容，在設(shè)計雨水管實際流量時，可以使用如下公式進行計算：

Qs=qΨF

(4)

式中：Qs所表示的具體含義為雨水設(shè)計流量，L/s；q的含義為設(shè)計暴雨強度，L/(s·hm2)；Ψ的具體含義為徑流系數(shù)，在本工程中，這項內(nèi)容取0.6；F的具體含義為匯水面積；其單位為hm2。

3)在計算暴雨強度Q時，可以使用如下公式：

q=1589(1+0.69logP)/(t+1.4)0.64

(5)

式中：q的具體含義如式(4)，即為設(shè)計暴雨強度，L/(s·hm2)；t表示的含義為降雨歷時，也可稱之為降雨時長，其單位通常為min，本工程在計算時取10min作為觀測時長；P表示的含義為設(shè)計重現(xiàn)期，其單位為a，在本工程中這項數(shù)值取3a。

4)在完成上述兩點計算之后，還需要對相應(yīng)的過流能力加以校核，此時需要使用到均勻流公式，具體如下：

(6)

式中：Q的含義為設(shè)計流量，m3/s；C的含義為謝才系數(shù)；A的含義為圓形斷面的面積；R的含義為水力半徑，R=A/X；X的含義為濕周，圓形斷面；i的含義為底坡；n表示的具體含義則為糙率。

在經(jīng)過相應(yīng)的復(fù)核之后，本工程中的總雨水出口斷面過流能力超出雨水設(shè)計流量，表明可以滿足相應(yīng)的排水要求。本次工程中共設(shè)置了34個雨水口和1050m的雨水管線。

5 總 結(jié)

綜上所述，文章在研究高速鐵路水土保持措施這一內(nèi)容時，以南昌高鐵東站新區(qū)建設(shè)項目作為研究案例。通過研究，可以得知，在鐵路項目建設(shè)期間，由于大面積擾動地表、土石方填挖和調(diào)運、破壞植被等，均會對建設(shè)區(qū)域的水土保持帶來不利影響，進而造成水土流失現(xiàn)象，產(chǎn)生多方面的危害。對于高速鐵路項目建設(shè)而言，水土保持是其中的一項重要環(huán)節(jié)，同時，這也是衡量高速公路建設(shè)項目實際建設(shè)效果的一項重要指標。基于此，在建設(shè)期間，應(yīng)當不斷致力于水土保持措施的貫徹落實，同時做好相應(yīng)的監(jiān)測工作，確保水土保持工作的開展質(zhì)量。