公路建设中新增水土流失预测优化＊

刘菊梅仝纪龙吴官胜陈振华袁九毅

(1.兰州大学资源环境学院,甘肃兰州 730000;2.兰州大学环境质量评价研究中心,甘肃兰州 730000)

公路建设中新增水土流失预测优化＊

刘菊梅1仝纪龙2吴官胜2陈振华2袁九毅2

(1.兰州大学资源环境学院,甘肃兰州 730000;2.兰州大学环境质量评价研究中心,甘肃兰州 730000)

新增水土流失预测是开发建设项目水土保持方案编制的依据。以某山区高速公路为例,主要从预测时段和土壤侵蚀模数的确定两个方面与传统方案进行对比分析,探讨山区高速公路建设新增水土流失预测的优化方案,结果表明:确定符合实际的预测时段和土壤侵蚀模数能提高新增水土流失预测结果的准确度,有利于水土保持措施及投资的优化配置。

新增水土流失;优化预测;山区高速公路

山区高速公路的建设除了受地质条件复杂、地形地貌类型多变、水土流失、滑坡、泥石流等地质灾害频发的制约外,还会在建设过程对当地自然环境原生态系统和原有的人工生态系统带来多方面的影响。其中因土石方作业所产生的水土流失问题影响较大,所以客观而准确地对建设过程中的水土流失量进行预测,对于制定水土保持方案以及公路施工期和营运期防治水土流失均具有重要意义。通常新增水土流失是指除去原土地利用方式下水土流失量的净新增量[1]。根据《开发建设项目水土保持方案技术规范》(SL204—1998)规定的公路建设项目土壤流失预测内容,其中预测时段、土壤流失面积和土壤侵蚀模数等数值的确定直接影响到水土流失防治措施的制定和水土保持方案的合理性[2]。但由于中国目前高速公路建设项目水土流失定位观测和动态监测数据十分缺乏,导致水保方案中水土流失的预测结果偏差较大[3]。因此,本文以某山区高速公路水保方案的制定为实例,主要从预测时段和土壤侵蚀模数的确定两个方面进行分析,优化传统的预测方案,从而得出比较符合实际的预测结果,为水土保持措施的实施及投资的配置提供更准确的依据。

1 预测方案对比分析

1.1 预测时段的选择

水土保持方案中的新增土壤流失预测时段传统方案常以年计。虽然在计算新增土壤流失量时其他预测时段的计量单位最终也要换算为年,但以年为计量单位预测结果可能会偏大,不利于防治措施的选择及措施的最优配置,甚至会造成防护资金的浪费。优化方案建议土壤流失预测时段用月计算,只预测可能会发生的程度最严重的新增土壤流失。杨剑峰等[4]认为,以月为预测时段的计量单位更加符合工程建设的实际,计算出的新增土壤流失结果的准确度更高。并且各项目区施工时段也不同,不能采取同样的时间。

1.2 土壤侵蚀模数的确定

山区高速公路全线里程较长,且沿线各县区的地质状况、土壤类型、气候条件等自然环境因素差异较大,所以全线的土壤侵蚀模数背景值差异也较大,不能确定为大区域的相同侵蚀。项目建设扰动后,原地貌的地块类型发生重大变化[5],根据黄委会天水水保站的研究成果:在干旱地区,破坏地表后的土壤侵蚀模数是破坏前的1-4倍,各预测区的侵蚀模数是不相同的(见表1)。

2 实例分析

2.1 项目概况

项目境内山高谷深,沟壑纵横。工程施工区的海拔在800-1 600m范围内,有近2/3的地区在海拔1 200m以下的低山丘陵区。公路路线总体走向由东北向西南,建设里程90.759km。根据工程设计文件统计,全线有7处路堤高度大于10m,10处路堑深度大于10m;隧道28座,其中典型特长隧道12座;桥梁74座,特大、大型桥梁61座;共设置互通立交7处、分离式立交9处、隧道管理站12处、服务区1处、停车区4处、匝道收费站5处;设弃渣场27个,自采料场4个,临时堆土场7处。项目推荐方案路基总的挖方量为1 667.69万m3;填方1 321.87万m3;借方433.90m3;弃方779.72万m3。

2.2 新增水土流失预测

2.2.1 预测时段

该山区高速公路项目所在区土壤侵蚀,主要以水蚀为主[7]。根据工程文件,工程建设总工期为48个月,考虑到加速水蚀在不同的防治范围内不可能整年都发生,所以在编制该段告诉公路水土保持方案中,新增水土流失的预测时段以月份计量单位,预测施工期的土壤侵蚀。

根据开发建设项目不同水土流失防治责任范围的具体情况和预测的土壤流失类型及降雨等因素,在对区域气象系列统计分析的基础上,确定新增土壤流失的预测时段。项目全区气候属北亚热湿润向暖温半湿润过渡带,为季风气候的一部分,年内气候变化主要受西太平洋副高压暖气团和西伯利亚冷气团的影响,往往形成冬季暖,春季冷的特殊情况,但由于境内山高谷深,气候悬殊。项目途径三个县区,其中起点县区年降水量在594.7-720mm之间,且最大降水量主要集中在6-9月,占全年的68.65%;中间县区年降水量在570-830mm之间,且最大降水量主要集中在5-9月;终点县区年降水量在350-650mm之间,且最大降水量主要集中在7-9月。根据三县区降雨主要集中的月份,综合考虑年际降雨时空分布的差异性,加速水蚀分别按每年5个月、6个月、4个月进行计算[4]。

2.2.2 土壤侵蚀模数确定

本项目采用土壤侵蚀分级法,三县区土壤侵蚀分别为中度、轻度、强度,再根据黄委会推荐的土壤侵蚀模数取值范围,结合实际现场调查,通过专家咨询,确定各预测单元在不同预测时段土壤侵蚀模数。

2.2.3 预测方法及结果

土壤流失量的预测方法主要有数学模型法、实地测试法和类比法[8]。对已建、在建项目,可进行实地测试;对于新建项目,土壤流失量计算多采用类比法[2]。本项目采用类比法进行预测。

本文以终点县区为例,采用传统方案与优化方案进行预测对比,结果见表2。

表1 山区高速公路建设新增水土流失优化预测对比表

表2 终点县区新增水土流失总量对比表

由上述案例对山区高速公路建设新增水土流失的分析可以看出取弃土渣场新增水土流失最严重,应该加强防护、加大投资力度及监测。

3 水土保持措施

3.1 控制施工期水土流失的产生

山区高速公路,由于沿线地形、地质条件复杂,工程艰巨,桥涵、通道、隧道等结构物多,高填深挖路段较多,项目建设困难,水土流失严重,且主要集中在施工期的路基工程区的填挖路段与不良地质段、桥隧工程区、取弃土渣场、沿线附属设施区、施工营地及施工便道区。首先,边坡防护时选择合适的坡度和采取合理的支挡结构,调查降雨时坡面的径流特点和构造适当的截水阀及导流通道,确保人工边坡不发生滑坡、崩塌、雨水冲刷。其次,采用生物工程恢复,选择乡土植物封闭坡面,避免雨水侵蚀坡面而造成水土流失。再次,尽量作到填挖平衡,减少取弃土渣;取弃土渣场保留表土,用于植被恢复时的土壤。最后。对于临时占地区,工程结束后立即清理建筑、生活垃圾,平整土地,借助工程和生物措施恢复原地貌。

3.2 做好运营期水保工程的养护

高速公路主线及互通式立交匝道、收费站全部硬化,填挖段边坡多采用浆砌片石及草皮护坡,隧道全部衬砌,因此公路营运期路面、边坡及隧道等基本不会产生新的水土流失。但在营运初期,由于一些水保工程尚未完善,如植物处于扎根、幼苗阶段,甚至枯死,仍会产生少量的水土流失。随着植被与坡面微环境相互适应,加强养护,植被覆盖度提高,水土流失将逐渐停止。定期检查护坡的质量,及时修补。另外,做好项目区水土流失监测和水土保持监测[9、10],运用科学的数据来指导水保方案的落实。

3.3 加强沿线公众的宣传教育

利用公路沿线广告标语、发放公路环保小册子、组织放映环保电影等方式,倡导公众保护公路生态环境,不破坏边坡植被及其他工程措施。

4 结 论

采用本文提出的优化方案,根据项目区土壤流失特点,对公路建设造成水土流失进行分区、分时段预测,确定合理的预测时段和土壤侵蚀模数,可以较准确的预测山区高速公路建设中的新增水土流失,更有利于相关部门水保措施的实施及投资的优化配置,从而更好的达到公路建设促进当地经济发展的根本目的。

(编辑:田 红)

[1]王治国,李文银,蔡继清.开发建设项目水土保持与传统水土保持比较[J].中国水土保持,1998,(10):16-17.

[2]张艳杰,师利明,叶剑.高速公路建设土壤流失预测研究[J].中国水土保持,2005,(9)36-38.

[3]蒲勇平.关于水保方案编制中几个共性问题的探讨[J].水土保持科技情报,2002,(4):25-26.

[4]杨剑峰,张瑞国,王昌高等.公路建设新增土壤流失预测时段探讨[J].中国水土保持,2003,(6):32-33.

[5]郭锐.开发建设项目水土流失预测易出现的问题及其对策[J].中国水土保持,2000,(2):36-37.

[6]陈子平.编制公路建设项目水土保持方案的体会[J].中国水土保持,2003,(4):27-28.

[7]李并成.甘肃省生态环境重建和经济社会可持续发展的若干战略思考[J].中国历史地理论丛,2002,17(3):138-141.

[8]中华人民共和国水利部.开发建设项目水土保持技术规范[S].北京:中国水利水电出版社,1998.

AbstractSoil erosion newly arising prediction was the basis for schemes compiling of soil and water conservation in development and construction projects.Taking amountain area’s expressway for example,analyzing from two aspectsof determination of prediction period and soil erosion modulus compared with traditional prediction,optimization schemes of soil erosion newly arising forecasting in mountain area’s expressway construction were studied.The result showed:determination of the actual prediction period and soil erosion modulus,could improve the accuracy of the results and were conducive to the optimal allocation of soil and water conservation measures and investment.

Key wordssoil erosion newly arising;opti mization prediction;mountain area’s expressway

The Opti m ization of Soil Erosion Newly Arising Prediction in Highway Construction

L IU Ju-m ei1TONG Ji-long2WU Guan-sheng2CHEN Zhen-hua2YUAN Jiu-yi2
(1.College of Earth and Environmental science Lanzhou University,Lanzhou Gansu 730000,China;
2.Lanzhou University EnvironmentQualityAssessment Research Center,Lanzhou Gansu 730000,China)

S157;U412.366

A

1002-2104(2010)03专-0128-03

2009-10-19

刘菊梅,硕士生,主要研究方向为环境影响评价与规划。

＊兰州大学环境质量评价研究中心赞助。