北方土石山區公路工程重點對象水土流失動態監測探討

逄 紅，王曦臣

(1.內蒙古自治區水利科學研究院，呼和浩特 010052；2.扎蘭屯市水利局，內蒙古 扎蘭屯 162650)

北方土石山區主要分布在松遼、海河、淮河、黃河等四大流域干流或支流的發源地，以石質多土少、石質厚土薄、地面土質疏松、夾雜石礫、土層薄、土壤相對流失量大、對土地生產力威脅大、水土保持治理難度大等為主要特征，是我國水土流失的重要類型地區之一，是我國水土流失較為集中的地區之一。對項目建設過程中的水土流失情況進行動態監測，及時發現建設過程中的水土流失危害問題，將水土流失控制在最小范圍內，有利于水土保持措施的落實和保護效果，對恢復水土流失工作具有十分重要的意義，對保護水土流失工作起到了重要的作用，有利于促進水土流失工作的深入開展，促進水土流失工作的順利進行。本文以內蒙古興安盟公路工程為例，來探討重點對象的水土流失動態監測。

1 項目概況

項目建設區位于大興安嶺南麓向松遼平原過渡地帶，路線總體走向呈西南至東北走向。在道路施工過程中產生大量的挖填土方，在線路挖填調用后，需要在新增取土場借用大量的土方填筑路基，并在路基有挖余方時首先考慮利用取土坑進行排棄，不能利用取土坑路段再考慮單獨設置棄土場，公路工程建設過程中會產生大量水土流失，對工程施工過程中的水土流失情況及時定量地進行水土流失動態監測。

呼和浩特至烏蘭浩特(101省道)霍林郭勒至阿力得爾段公路工程起點位于科右前旗白音華至霍林河一級公路K87+770.808處(起點樁號K0+326.41)，終點位于科右前旗(樁號K177+043)，路線全長177.391 km。工程由路基(含橋涵)，互通立交，附屬設施，取(棄)土場，施工道路，施工現場等部分組成。路基全長171.066 km，橋梁長6.325 km，共設置3個收費站，3個服務區和1個停車區，2個互通立交和5個分離式立交。沿線布設取土場17處，棄土場5處，修筑施工道路52.585 km，設施工場地12處。

2 監測重點對象

在公路建設過程中，監測重點對象是防治責任范圍、動用土石方、土壤流失量、水土流失防治措施、水土流失危害和水土流失防治效果等。

3 重點對象監測方法

3.1 防治責任范圍監測

委托監測單位后，監測單位按照批復的水土保持方案報告書，熟悉項目建設防治責任范圍，防治責任范圍主要是監測其變化情況，采用的監測方法是調查監測和實地量測結合的方法，并利用高分辨率遙感影像資料，分析防治責任范圍變化。

3.2 動用土石方監測

線性工程建設挖填土方量較大，并需要大量的取土方量、棄土方量，土石方量監測在查閱資料的基礎上，采用實地量測法，并結合遙感監測，分析土石方量變化情況。

3.3 土壤流失量監測

項目區水土流失類型以水力侵蝕為主，間有風力侵蝕。土壤流失量監測內容包括水土流失地段、水土流失面積、土壤侵蝕模數、流失量，以水力侵蝕為主，監測方法采用定點監測法，在監測點布設監測小區，定時觀測和采樣分析，獲取監測數據，同時與同類型區平均水土流失量進行對比來驗證水土保持措施布局及設計的合理性。

3.4 水土流失防治措施監測

水土流失防治措施包括工程措施、植物措施、臨時防護工程，監測內容主要包括水土保持措施類型、開工與完工日期、位置、規格、尺寸、數量、林草覆蓋度(郁閉度)、防治效果、運行狀況等，監測方法主要采用實地量測、調查監測相結合的方法。結合水土保持方案及收集的施工相關資料確定，并與水土保持方案確定的工程措施進行對比，分析變化原因。

3.5 水土流失危害監測

項目建設會造成對對主體工程的影響、對河流水系的影響、對周邊生態系統的影響，監測方法以調查監測為主。

4 重點對象水土流失動態監測

4.1 防治責任范圍監測

本工程建設實際防治責任范圍為1 003.77 hm2，于2014年4月開工建設，路基、互通、附屬設施、施工場地和取土場為主要擾動區，通過調查衛星影像及現場查閱資料，確定2014年、2015年和2016年各防治分區逐年擾動面積依次為622.39 hm2、895.06 hm2、1003.77 hm2，2016年防治責任范圍最大。

4.2 動用土石方量監測

工程共動用土方工程量2 036.76萬m3，其中挖方838.71萬m3(包括剝離表土32.45萬m3)，填方1 198.05萬m3(覆土方41.9萬m3)，外借方467.95萬m3(其中利用露天礦排土88.25萬m3，取土場取土370.25萬m3，外購土方9.45萬m3)，挖余土方108.61萬m3，棄往棄土場或取土坑。

根據現場調查并結合無人機技術對取土場的占地面積、數量和位置進行了核實，實際施工過程中產生取土場為17個，均布設在路基兩側150～2 000 m范圍內，全部為坡地取土場，取土總量為370.25萬m3，總占地面積為110.17 hm2，其中：K125+700取土場接納棄土15.6萬m3，平均堆高1.5m，低于取土坑外邊界。全線共設置棄土場5個，堆場面積為13.27 hm2。

4.3 水土保持措施監測

自2014年6月起開始實施水土保持措施，至2020年7月各防治區的水土保持措施全部完成。根據監測結果，從施工前、施工過程中和施工結束后針對每個防治分區分別布設水土流失防治措施，實施水土流失防治措施體系以工程措施和植物措施為主。水土流失防治措施體系見表1。

表1 水土流失防治措施體系

4.4 土壤流失量監測

工程區地貌類型為低山丘陵地貌，項目區為風水復合侵蝕類型區，以水蝕為主。項目區原地貌水蝕模數為1 000 t/(km2·a)，風蝕模數為600 t/(km2·a)。2014年7月—2018年12月，內蒙古水利科學研究院開展水土保持監測工作，水蝕采用簡易徑流小區法對棄土場堆土邊坡、路基邊坡、取土場固定邊坡的進行監測，風蝕采用測釬法對各防治分區進行監測，定位監測頻次，監測結果見表2。

表2 霍林郭勒至阿力得爾段土壤侵蝕監測成果(2014—2018)

根據表1監測獲取的土壤侵蝕模數，結合項目建設造成的擾動面積和建設時段，計算得出建設期工程建設區原地貌土壤流失量為70 120 t；工程建設期各擾動土地類型土壤流失量為255 572 t，建設期新增水土流失量為185 452 t，水土保持措施實施后3 a土壤流失量為7 173 t(見表3)。

表3 施工過程中土壤流失量情況分析 t

根據各階段土壤流失量動態監測結果，由于工程建設期主要在施工期間產生土壤流失，防治區地表植被遭到破壞后，土壤抗蝕能力和原有水土保持功能大大降低或喪失，致使防治區在施工期間主要進行建筑物基礎開挖和回填、場地平整等施工活動的強烈擾動下，土壤侵蝕強度加劇。隨著工程建設范圍的不斷擴大，工程區域內擾動土地面積和水土流失面積的不斷增加，土壤流失量劇增，施工高峰期每類擾動土地的土壤流失量高達202 209 t，比原地貌土壤流失量(44 638 t)增加了155 044 t，達到原地貌土壤流失量的4.5倍。

到工程建設后期，施工擾動范圍內的水土流失面積和擾動強度將隨著各類建筑物、場地、道路硬化等工程的完成而逐步降低，并通過分區域水土保持措施的綜合實施，有效降低各類擾動地型土壤流失量，經實施各類水土保持措施后，每年土壤流失量將降低到7 173 t，降低土壤污染程度。對工程建設中產生的水土流失問題進行了有效的治理，對項目區原有的水土流失問題也進行了有效的整治。

4.5 水土流失危害分析

公路工程的水土流失主要發生在施工期間，施工擾動破壞了大量的地表和植被，使原表土層剝離形成裸露地表，喪失了對原有植被的防沖固土能力，造成土層變薄、質地變粗、肥力下降、涵養水分能力下降，制約了經濟發展和生活水平的提高，同時也使施工區域的生態環境變差，同時也使施工區域內的生態環境植被覆蓋率降低的同時，也造成了生態土壤營養流失，施工區域土壤質量不佳等問題。為控制好水土流失、減小水土流失危害，施工期按照“水土保持方案報告書”要求實施了各項水土保持防治措施，加強表土資源保護的同時，進一步改善了擾動區域生態形象。

4.6 水土流失防治效果

根據工程建設情況、針對重點部位水土流失和水土流失防治措施調查結果，以及土壤流失量監測分析等，進行綜合評定項目區水土流失防治目標達標情況，對工程建設水土流失防治效果進行合理分析與評價。水土流失防治效果計算指標見表4。

表4 水土流失防治效果計算指標見

5 結語

公路工程的施工期一般比較長，會產生大量水土流失，且挖填土方持續時間相對較長，水土流失動態監測可及時發現重大水土流失危害隱患，為項目區有效保護和及時恢復生態環境提供水土保持監督管理技術依據和公眾監督信息，優化水土流失防治措施，減少人為水土流失。

在取得監測成果的同時，也對監測過程中存在的問題與不足進行了總結。隨著遙感和無人機應用技術的普及，水土保持監測的方法和手段還需要在工作中不斷探索和實踐，總結出更科學、更合理、更具操作性的新方法和新手段，我們在發展建設項目水土流失動態監測方面還有相當多的問題需要解決。