山西省高速公路建设项目水土流失防治措施探讨

李文军

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

2013年8月，山西省高速公路网规划布局调整为“三纵十二横十二环”，总里程将达到7 258 km，截至2012年底，全省高速公路已建成5 011 km，完成规划的80%，为区域经济发展提供了必要的基础保障。然而，高速公路具有路线长、影响面广、建设周期长等特点，在其建设过程中，因路基、桥梁、隧道及取、弃土等施工活动扰动原地貌，破坏地表植被覆盖，形成裸露土壤面而造成水土资源和土地生产力破坏和损失[1-3]。如何通过科学合理的水土保持防护措施减少这种人为的水土流失，保护脆弱的生态环境就显得十分重要。

1 研究区域概况

1.1 自然概况

山西省地处我国华北平原西部，东以太行山与河北省为邻，西、南隔黄河与陕西省、河南省相望，北以外长城为界与内蒙古自治区毗连，地理坐标为北纬34°36′—40°44′，东经 110°15′—114°32′。省内地形较为复杂，地势东北高西南低，有山地、丘陵、阶地、平原等多种地貌类型。山西省属暖温带大陆性季风气候，多年平均气温3.7～13.8℃，无霜期120～220 d，年平均降水量 400～650 mm，降水年内分配极不均匀，基本集中于6—8月，全年总蒸发量为1 500～2 300 mm之间，年均风速1.4～4.5 m/s；土壤类型呈地带性分布，以褐土、栗钙土和草甸土为主；植被分布由东南向西北主要有暖温带夏绿阔绿林和温带草原两个植被带，森林覆盖率18.03%。

1.2 水土流失现状

山西省位于黄土高原东部，水土流失类型以水力侵蚀为主，全省可划分为黄土丘陵沟壑区、黄土残塬沟壑区、黄土丘陵缓坡风沙区、土石山区、黄土丘陵阶地区、冲积平原区等6个侵蚀类型区[4]，水土流失总面积达10.8万km2，占总土地面积的69%，沟壑密度 4～5 km/km2，每年流失泥沙 8 000～12 000 t/km2[5]。根据水利部办公厅关于印发《全国水土保持规划国家级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果》的通知，全省主要分布有永定河上游国家级水土流失重点治理区、太行山国家级水土流失重点治理区、黄河多沙粗沙国家级水土流失重点治理区和伏牛山中条山国家级水土流失重点治理区。

2 山西省高速公路建设项目水土流失特点

2.1 水土流失呈线状分布，土壤侵蚀量大

高速公路建设项目属线性工程，具有路线长、跨越地形地貌类型区多、主体工程土石方挖填量大和扰动地表强烈等特点，易形成线状大面积水土流失分布。此外，受山西省山区、丘陵地貌影响，高速公路建设项目沿线原地貌土壤侵蚀模数平均为3 000～5 000 t/（km2·a），在路基、桥梁、立交和隧道等主体工程建设的剧烈扰动下，地表植被受到严重破坏，加之区域湿陷性黄土抗蚀性差，施工期土壤侵蚀模数通常为原地貌土壤侵蚀模数的3～5倍，远远大于黄土高原地区允许土壤侵蚀模数1 000 t/（km2·a），因此，高速公路建设项目人为地加剧了区域水土流失，造成大量新增土壤侵蚀量。

2.2 高填深挖多，取土、弃渣量大，易产生水土流失

山西省地形地貌中山地丘陵多平原少，山地、丘陵和平原面积分别占总土地面积的40%、40.3%和19.7%，因此，大部分高速公路建设项目路线位于山区或丘陵区，高填深挖路段多、桥隧比例大，受地形、运输条件、施工时序及施工标段影响，土石方难以平衡，会产生大量取土或弃渣。高填深挖坡面遇强降雨冲刷会形成坡面水土流失甚至诱发垮塌、滑坡等水土流失灾害。取土将破坏原地表植被，使得土层全面裸露，土壤结构遭到破坏，遇强降雨会导致大量水土流失。弃渣占压地表，堆弃松散，若不采取相应的拦挡、排水和植被覆盖措施，遇强降雨会形成水土流失，甚至引发滑坡、泥石流等水土流失灾害。

2.3 侵蚀形式多样，阶段性特征明显

山西省高速公路施工中受山地、丘陵地貌影响，不可避免地会出现很多高陡边坡和松散堆土，在水力和重力等侵蚀外营力作用下容易出现溅蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、坡面侵蚀、滑坡、塌陷等多种水土流失形式，甚至引发崩塌、泥石流等水土流失灾害。此外，高速公路建设可划分为施工期和运行期，水土流失也随之具有明显的阶段性特征。在施工期，由于剧烈扰动原地貌，破坏地表植被和土壤，加快了土壤侵蚀速率，区域水土流失强度显著提高，而进入运行期，排水沟、边沟、浆砌石护坡、挡土墙以及路面硬化、中央分隔带和道路两侧绿化等工程、植被措施实施以后，减少了裸露地表，土壤侵蚀速率逐渐接近或恢复为原地貌土壤侵蚀速率。

3 山西省高速公路建设项目水土流失防治措施

针对山西省高速公路建设项目产生的水土流失，结合开发建设项目水土流失防治标准，本文将进行防治分区划分，并提出水土流失防治措施体系。

3.1 防治目标

根据开发建设项目水土流失防治标准（GB 50434—2008），公路建设项目水土流失防治标准应根据路线所在水土流失防治区划分和区域水土保持生态功能重要性进行分段确定。一般可划分为一级标准、二级标准和三级标准，各标准扰动土地整治率、水土流失总治理度、土壤流失控制比、拦渣率、林草植被恢复率和林草覆盖率等六项防治目标必须达到表1的规定。

表1 水土流失防治标准

3.2 水土流失防治分区

根据开发建设项目水土保持技术规范（GB 50433—2008），结合山西省区域特点，高速公路建设项目水土流失防治分区可按项目组成划分为主体工程防治区和临时工程防治区2个一级分区；按照施工工艺和工程特点可将主体工程防治区划分为路基工程防治区、桥梁工程防治区、交叉工程防治区、隧道工程防治区和附属设施防治区等5个二级分区；临时工程防治区可划分为施工生产生活区防治区、施工便道防治区、取土场防治区、弃渣场防治区、临时供电及通信线路防治区等5个二级分区；按路线途经地形地貌路基工程可划分为山地区路基工程防治区、丘陵区路基工程防治区和平原区路基工程防治区等3个三级分区（表2）。

表2 高速公路水土流失防治分区表

3.3 水土流失防治措施总体布局

根据山西省高速公路建设项目水土流失防治分区结果，结合不同分区水土流失特点，选择适宜的水土流失防治措施，在主体设计已有的具有水土保持功能措施基础上，进行补充设计，可形成科学有效的水土流失防治综合措施体系（图1）。

图1 高速公路建设项目水土流失防治措施体系框图

4 结语

山西省正处于转型跨越发展的关键时期，加快交通设施建设是其快速发展的重要保障。高速公路作为重要的交通基础设施，它的建设对于加强区域客货运输能力，扩大区域沟通与交流范围，加快区域发展速度有着极为重要的作用。但是，山西省地处生态—环境—资源矛盾问题突出的黄土高原地区，高速公路的建设在为区域发展带来巨大社会、经济效益的同时，也给沿线的生态环境造成了许多负面影响，水土流失问题尤为严重[6]。因此，开展高速公路建设水土流失治理相关研究，正确、合理布设水土流失防治措施，发挥水土流失防治效应，对于预防和治理水土流失，合理利用水土资源，保护高速公路沿线生态环境，促进资源、环境和经济可持续发展具有重要意义。