藏北冻融侵蚀及风蚀区公路建设水土流失防治探讨

李 杰，郑珉姣，罗 强，周 全

(1.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430064;2.武汉大学水利水电学院，湖北武汉 410007)

过去，交通不便是藏北地区经济发展相对缓慢的主要限制因素。近年来，公路建设的高速发展极大地改善了西藏高原地区的交通条件，有效解决了高原地区自然资源、劳动力、生产设施等生产要素相互分离的矛盾，为实现共同富裕和可持续发展发挥着重要的作用。2011年，西藏交通运输部门编制了“十二五”公路交通发展规划，计划在“十二五”期间开展总里程为2.7万km的公路工程建设，力争实现西藏自治区公路交通的跨越式发展。规划公路中有15.16%的路段分布在水力侵蚀区，有1%的路段穿越沙漠、高寒荒漠和各类荒地，有5.42%的路段分布在多年冻土区［1］。公路建设不可避免地会对公路通过地区的生态环境产生影响，极易加剧沿线土地沙化现象，并给沿线脆弱的生态环境带来不可逆转的破坏。

1 S203线雄梅—申扎段公路工程简介

拟改建的S203线雄梅—申扎段公路工程位于藏北那曲地区申扎县境内，该项目是S203线的重要路段，与S301线在申扎县城北部的雄梅镇相交，是西藏自治区“十二五”公路交通发展规划中重点建设的通县油路之一。目前，S203线雄梅—申扎段公路为四级砂石路，道路等级较低，现状路宽5.5～6.5 m，路况较差，不能满足经济社会发展的需要。

拟建线路全长88.81 km，按三级公路标准进行改建，设计行车速度40 km/h，路基设计宽度8.5 m。项目由路基工程、桥梁工程、附属设施、草甸表土堆放场、料场(砂砾料场、石料场)、施工生产生活区、施工便道、施工力能供应区组成。工程总占地273.21 hm2，其中永久占地188.06 hm2、临时占地85.15 hm2。工程开挖土石方83.38万m3，回填土石方195.27万m3，借方150.24万m3，取料来源于8处砂砾料场和3处片块石料场，产生弃方38.35万m3(含表土临时弃渣25.53万m3，不良地质换填、桥梁基础及硬化层清除产生的永久弃渣12.82万m3)，全线不另设弃渣场，施工期内把弃渣堆置于沿线布置的7处草甸表土堆放场，施工完毕后，将临时弃渣回覆至路基边坡及施工场地利用，永久弃渣回填料场。根据需要，沿线布设施工便道20 952 m、施工生产生活区16处。

2 项目区自然环境概况

项目区地处藏北羌塘高原中南部，冈底斯山和西藏第二大湖色林错之间，属典型高原湖盆地貌区。区内地势较缓，丘陵、高山与盆地相间，沿线平均海拔4 720 m，丘顶与山地的相对高差一般在300～500 m。项目区属典型的高原亚寒带半干旱气候区，气候寒冷，空气稀薄，长冬无夏，多风雪天气。多年平均气温-0.4℃，最高气温21.8℃、最低气温-36.8℃，年平均降水量298 mm，年均蒸发量2 181.1 mm，年均日照时数2 916 h，年均风速3.8 m/s，最大冻土深2.9 m，全年有霜。项目区土壤类型主要为高山草原土，由于区域内气候干旱、风大、土壤冻结期长，土壤腐殖质累积和冻融过程非常弱，出现钙化现象。生长有高寒草原植物，因草根少，故不能形成草毡层，腐殖质层较薄，呈灰棕或灰黄色，土体富含砾石，石砾背面有石灰膜，有机质含量低。局部丰水路段生长有高山草甸，草层较厚，生长土土壤为高山草甸土，腐殖质含量高。区内植物属高寒草甸、草原植被，由于项目区气候条件恶劣，生长的植被主要以耐寒中生莎草科植物高山嵩草为建群种，属藏北草场区，主要生长针茅、羊茅等天然牧草，但产量不高，植被覆盖率在35%以下。此外，项目起点位于色林错黑颈鹤国家级自然保护区实验区附近，项目区野生动物种类较丰富，主要有藏羚羊、藏原羚、高原野驴、黑颈鹤、赤麻鸭等。

3 项目特点及水土流失特点

3.1 项目特点

由于项目所处的地理位置特殊，海拔高，气候寒冷干旱，植被稀少，所以相比常见类型区公路工程，该区公路改建工程有以下特点：①项目区属藏北高原半干旱生态脆弱区，地表植被一旦被扰动破坏，则很难恢复;②项目沿线广泛分布有积雪、冻土层，分散分布有泥石流、水毁及软弱路基路段，不良地质灾害整治也是项目改建的主要任务之一;③对于填方路基，设计填高高于内地一般填方公路(取公路设计规范中的高值)，主要目的是为了防风吹积雪和冻土等不良地质灾害，导致借方相对增加，沿线料场布置较多;④可施工时间短，每年11月至次年3月初，项目区气温在冰点以下，不宜施工，可施工期集中在每年3月中下旬至10月。

3.2 项目区水土流失特点

项目区水土流失以轻度冻融侵蚀和风力侵蚀为主，伴有水力侵蚀。另外，根据调查，沿线生态极其脆弱，并且局部有过度放牧现象，导致植被稀少甚至完全裸露，且土壤主要为砂性土。项目区水土流失特点有：①主要侵蚀类型为冻融侵蚀及风力侵蚀，其中冻融侵蚀主要对土壤及下部岩层中饱含水分的部分起作用，受结冰过程以及冰夹层的作用体积增大，融化后体积又缩小，地表呈季节性升降，造成土层松动、崩解，一遇暴雨水蚀严重［2］。因此，冻融侵蚀往往与水力侵蚀叠加造成较严重的水土流失危害。②项目建设过程中的风蚀属工程型风蚀，由于项目建设对地表植被和土壤层的破坏，使得下覆风化壳裸露，在强风场的作用下，风蚀剧烈，地表细颗粒物质在短时间内被吹蚀殆尽，这种侵蚀的特点是土地表面的石砾化，而不是沙化［3］。③虽然项目区多年平均降水量较小，但瞬时降雨极易给沿线植被覆盖较低的砂性土造成严重的水力侵蚀。

3.3 工程建设对水土流失的影响

(1)冻融及水力侵蚀混合水土流失影响分析。在多年冻土区的公路两侧和路基部分，在局部地下水或地表水富集区域，容易形成冰锥和冻胀丘，从而产生崩塌和滑坡;公路路基和边坡由于热胀冷缩，常常形成垮塌，从而造成边坡水土流失。根据有关学者研究，在公路、河床两侧的斜坡上，当冻土融化和湿润软化后，可沿冻土层或地下水层顺坡滑塌，这种滑塌发育速度惊人，有时2～3年就可以从坡脚溯源发育至坡顶。这种混合型水土流失造成的影响在藏北地区的S203线及S301线沿线随处可见，特别是在道路利用桥梁或涵洞跨越地表水系时，桥涵与路基的连接处常常受冻融及水力侵蚀的交互作用而损毁严重。

(2)风力侵蚀的水土流失影响分析。藏北高原内陆湖密布，属于湖积平原区，风力侵蚀的结果就是形成石砾化土地。由于许多湖泊处于汇水型封闭系统，湖泊往往位于盆地的中心，所以来自四周的冲积和洪积物向湖盆迁移。离湖泊越近，沉积物颗粒越细，在靠近湖泊的滩地，沉积物在水流的分选作用下结构单一化，在强风场的作用下逐渐形成砂砾地。湖泊则伴随着气候波动而发生明显缩小和扩展变化，伴随着湖泊水位的下降，湖泊面积缩小，湖泊趋于封闭，原来的湖底暴露而发生石砾化或盐碱化。S203沿线的色林错、格仁错、错鄂错等湖泊受风力侵蚀影响正沿着该趋势演变。

4 防治思路及措施布局

4.1 水土流失防治思路

根据项目特点及水土流失特点，提出藏北高寒地区公路建设过程中的水土流失防治思路。

(1)保护为主，减少扰动。控制并减少对周边的扰动，就是对土地资源最大的保护，如将沿线产生的永久弃渣回填料场，不另设弃渣场，减少临时占地面积;在施工便道及生产生活区周边设置铁丝网防护栏，减少施工机械对周边的扰动。

(2)保草甸表土。对于藏北高原生态脆弱地区，表土一旦被破坏，生态也就没有恢复的可能。特别是对有机质含量相对较高的草甸表土，保护和利用好就显得尤为重要。因此，施工期对路基扩宽部分草甸表土进行剥离，存放于沿线的草甸表土堆放场，后期回覆到路基边坡或施工生产生活区，用于植被恢复。

(3)生态优先。一是对现有植被的保护，施工期保护沿线长势较好的高原草甸，草皮剥离后要专门存放并进行养护，等土方工程完成后覆盖到路基边坡坡脚丰水处，增加林草覆盖率。二是水保措施设计要考虑对野生动物的保护，如适当放缓取料场开挖边坡，控制开挖深度，保证野生动物掉入后能自行爬出;施工便道及生产生活区周边设置防护栏，防止野生动物误入施工区。

(4)有针对性地分区补充防冻融侵蚀、水蚀、风蚀措施。针对冻融侵蚀及水力侵蚀，主要措施为增加林草覆盖率，从而减少土壤冻结的深度，同时结合传统的排水、沉沙及拦挡措施实施综合防治;针对工程型风力侵蚀，以施工期临时苫盖措施及后期增加林草覆盖率措施为主;此外，在干旱缺水地区从事生产建设活动，应设置降水蓄渗设施，充分利用降水资源。

4.2 防治措施布局

(1)路基工程防治区。施工期剥离草甸表土，并在沿线表土堆放场集中堆放，对临时开挖堆土用防尘网苫盖，在路基两侧设边沟、截水沟及急流槽。施工结束后，将表土及草皮回覆至路基边坡，并撒播草籽恢复植被，城镇过境段要绿化美化。

(2)桥梁工程防治区。施工期间，桥台沿河侧布设临时拦挡措施;施工结束后，拆除临时拦挡措施，进行土地整治，撒播草籽恢复植被。

(3)附属设施防治区。施工期间，对临时堆土(料)采取防尘网苫盖;在养护工区周边设排水沟，场内设蓄水池，并布设顺接排水措施。施工结束后，在空地种植灌草恢复植被。

(4)草甸表土堆放防治区。施工期，对临时堆放的表土采取周边拦挡及防尘网苫盖措施，对草皮洒水养护。施工结束后，将表土及草皮回覆，对扰动迹地进行土地整治，撒播草籽恢复植被。

(5)料场(含弃渣场)防治区。施工前剥离表土，与工程产生的永久弃渣集中堆放在场地一侧，并采取临时拦挡和防尘网苫盖措施;在场区周边布设截排水沟、沉沙池。施工结束后，进行土地整治，回覆弃渣及表土，撒播草籽恢复植被。

(6)施工便道防治区。施工期间，在道路两侧设铁丝防护栏;施工结束后，疏松压实层，撒播草籽恢复植被。

(7)施工生产生活防治区。施工期间，在场区四周设铁丝防护栏;施工结束后，剥离硬化层，进行土地整治，撒播草籽恢复植被。

各防治分区措施体系见图1。

5 结语

藏北地区公路建设过程中的土壤侵蚀以冻融侵蚀及风力侵蚀为主，且冻融侵蚀往往与水力侵蚀叠加造成水土流失危害，风蚀属于工程型风蚀，易造成土地表面石砾化。笔者通过分析该类公路建设项目水土流失特点，提出了保护为主、保草甸表土、生态优先等有针对性布设防治措施的总体防治思路，如增加林草覆盖率以减少土壤冻结的深度，同时结合传统的排水、沉沙及拦挡措施综合防治冻融侵蚀及水蚀，补充苫盖、降水蓄渗措施及绿化措施防治风力侵蚀等，并分区进行了措施布置。此外，还应根据工程沿线土壤及乡土树草种等情况，充分听取施工单位和建设单位的意见，以进一步确定更合理、可操作性更强的防护措施。

图1 防治措施体系

［1］陈书雪，路瑞锁，刘宝双.西藏“十二五”公路规划水土流失影响分析［J］.交通建设与管理，2011(9)：102-103.

［2］景国臣.冻融侵蚀的类型及其特征研究［J］.中国水土保持，2003(10)：17-18.

［3］张国平，刘纪远，张增祥.西藏自治区土壤风力侵蚀与沙地变化研究［J］.水土保持学报，2003，17(1)：158-161.