温州市区公路工程水土保持损益分析

郝玉梅，陈 挺

(1.温州市水利电力勘测设计院，浙江 温州 325009;2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)

生产建设项目水土保持损益分析是指对生产建设项目的水土保持损失与收益进行系统分析和综合评价，衡量其水土保持的得与失，在水、土资源和生态环境等方面的利与弊，特别是水土保持功能、作用的损益分析［1］。

公路工程为线型工程，城市市区的公路工程是水土流失影响较大的工程。本文采用水土流失影响指数评价模型，定量分析了温州市区32条公路项目的水土保持损益，为生产建设项目及水土保持实际施工提供理论指导。

1 基本情况

1.1 项目概况

温州市位于浙江省的东南部，东濒东海，南与福建省宁德地区的福鼎、柘荣、寿宁3县毗邻，西及西北部与丽水地区的缙云、青田、景宁3县相连，北和东北与台州地区的仙居、黄岩、温岭、玉环4县市接壤。全境介于北纬27°03'～ 28°36'、东经 119°37'～ 121°18'。主要地貌类型为河口海积平原区、潮间浅滩区，局部发育有风化剥蚀残丘。总体地势由西向东呈梯级下降。温州市区包括鹿城、瓯海、龙湾3个区，面积1187km2。

温州市为中亚热带季风气候区，年平均气温17.3～19.4℃，年降水量在1113～2494mm。主要水系有瓯江、飞云江、螯江，境内大小河流150余条。土壤主要有黄壤、红壤、潮土、水稻土和盐土。温州市属中亚热带常绿阔叶林亚地带的过渡带，全市森林覆盖率达59.6%。温州市属于水力侵蚀为主的类型区—南方红壤丘陵区，水土流失的类型主要是水力侵蚀。根据浙江省第五次应用遥感技术普查水土流失状况的成果显示:温州市共有水土流失面积2341.56km2，占全市土地总面积的20.39%，全市水土流失类型以水力侵蚀为主。

根据统计，温州市区中，瓯海区共有水土流失面积145.14km2，占该区总土地面积的31.13%;鹿城区有水土流失面积86.81km2，占该区总土地面积的29.89%;龙湾区有水土流失面积40.97km2，占该区总土地面积的10.75%。

本次选取的32条公路，长度范围为0.408～7.402km，项目占地面积为0.86～45.33hm2，影响范围为0.39～10.59hm2，挖填方总量为1.36万～163.28万m3，弃渣量为0.15万～86.44万m3，影响时间为4～48个月，预测流失量453～115040t，未恢复比例［1］为0.62～0.99。

1.2 公路项目水土流失特点及危害

1.2.1 公路项目水土流失特点

公路建设会引发强烈的土壤侵蚀，甚至导致滑坡、塌陷等严重后果。作为特殊的人为下垫面，公路还将改变流域排水系统的密度和分布，进而影响流域的一系列水文和地貌过程。若不加以防护，严重的公路水土流失不仅破坏公路本身，增加养护维修费用，还会改变河流的泥沙含量、恶化水质，进而改变排水网络、影响水陆生态系统［2］。与耕地、林地等其他用地相比，公路的水土流失具有人为扰动性强、时段性明显、空间线状分布和内部差异性显著等特点［3］。

1.2.1.1 人为扰动性

公路建设的扰动不仅表现在对地貌、地表植被的破坏，而且也会提供大量的松散物质，增加河流泥沙沉积。在建设期，路基开挖填筑、便道营地碾压、取土场开挖取土、弃土弃渣等建设活动使地形、植被、土壤等受到破坏扰动，形成路面、路堤、路堑、便道营地、取土场、弃土弃渣场等地貌部位。这些部位的土壤组成往往是表土和母质的混合物，土体结构松散，孔隙度大，渗透性强，细沟、浅沟侵蚀占较大比例。在公路建设过程中，路基、路面受到人工夯实，土壤较密实，入渗能力降低，抗侵蚀能力增强。

1.2.1.2 时段变化性

公路水土流失的时段可分为施工期 (含施工准备期)和自然恢复期。在施工期，施工活动破坏了原有的地貌、地表植被，改变了土壤结构，使土层松动，遇暴雨极易导致水土流失。工程完工后，随着路面硬化及各种防护工程的实施，水土流失程度将逐渐减小。因此，从施工期到各种水保措施发挥作用之间的时间段，水土流失最为严重［3］。

1.2.1.3 线状分布和内部差异性

公路作为线状工程，引起的水土流失空间上成线性分布，许多条线性公路纵横交错又形成网状分布，因此公路水土流失虽然为线状分布，但也具有面状的辐射能力［3］。公路建设产生路面、路堤、路堑、施工营地便道、取土场、弃土弃渣场等几个明显不同的地貌部位，各地貌部位内部差异性显著，土壤侵蚀条件具有明显的差别。

公路项目造成水土流失的区段可分为挖方段、填方段、桥梁段、隧道段、施工生产生活区、施工便道区、取土场区、弃渣场区等，各区段水土流失的施工环节如下:

(1)挖方段:可能造成水土流失的主要施工环节为路基开挖，可能存在的主要侵蚀区域为下部边坡以及开挖平台。上部边坡主要以面蚀和细沟侵蚀为主，下部边坡受上部边坡汇集的股流冲刷则以浅沟侵蚀为主。

(2)填方段:可能造成水土流失的主要施工环节为路基填筑。由于路面碾压密实，产流量大，路面径流将对路基边坡造成冲刷，以沟蚀为主，并伴随严重的雨滴击溅侵蚀和面蚀。

(3)桥梁段:可能造成水土流失的主要施工环节为桥墩基础施工。基础主要采用机械钻孔灌注桩和机械冲孔灌注桩，产生大量泥浆。

(4)隧道段:可能造成水土流失的主要施工环节为洞口开挖。

(5)施工生产生活区:主要包括施工营地、砂石料堆场、预制场和搅拌站等，扰动相对较轻，水土流失主要发生在场地平整和砂石料临时堆放期间。

(6)施工便道区:通常布置于道路两侧，地表裸露，但经过车辆等辗压，水土流失相对较少。

(7)取土场区:会破坏植被、产生高陡边坡，当受雨滴击溅、水流冲刷以及自身重力作用时，将产生严重水土流失。

(8)弃渣场区:弃土弃渣堆弃物，结构松散，若在堆弃过程缺乏拦挡及截排水措施，则可能造成渣场受冲刷，形成滑塌或坍塌，易于发生剧烈水力侵蚀和重力侵蚀。

1.2.2 公路项目水土流失的危害

1.2.2.1 对水利工程的危害

公路施工中弃渣若得不到及时有效的防护治理，在雨水作用下进入河道，会使河水含沙量增加，当挟带泥沙的河水流经中、下游河床、水库、河道，流速降低时，泥沙就逐渐沉降淤积，使得水库淤积而减小库容，河道阻塞而缩短通航里程，严重影响水利工程和航运。

1.2.2.2 对沿线水环境的危害

公路在施工中由于桥梁桩基产生的桩基泥、填方或挖方造成的弃土等，若防护不当流入河道，会使沿线的河流、沟渠等水体的悬浮物增加，混浊时间延长，对沿线水环境将有不良影响［4］。

1.2.2.3 对公路的影响

施工期间，路基填方边坡和开挖边坡在重力作用下松动散落严重，如不采取防护措施，易导致滑坡、塌陷等，危害公路安全。

1.2.2.4 对土地资源的危害

降雨侵蚀所产生的泥沙会直接流往工程区域外的农田，形成沙压农田。泥沙中细小的部分会随水流流往下游，以黄泥水的形式进入农田，对农田产生进一步的危害。

1.2.2.5 对生态环境的危害

水土流失会改变河流的泥沙含量、恶化水质，进而改变排水网络，影响水陆生态系统，从而直接影响到公路沿线周边生态环境。

1.3 公路项目水土保持对策

公路项目一般分为几个防治区:主体工程防治区 (包括挖方段防治区、填方段防治区、桥梁段防治区和隧道段防治区)、施工生产生活防治区、施工便道防治区、弃渣场防治区和取土场防治区［5］。

1.3.1 主体工程防治区

(1)挖方段防治区:挖方路段水土流失防治应以排水为主，路基开挖前在边坡线外开挖截水沟，边坡开挖后实施护坡，护坡方案在保证边坡稳定性的前提下尽量选择生物护坡，优先选用乡土植物。

(2)填方段防治区:填方路段水土流失防治重点应以围闭措施为主，即边沟围闭。路基填筑前在道路两侧开挖边沟，并在边沟接入附近水域前设置沉沙池。路基填筑期间，疏导路面雨水经急流槽排入道路边沟，路基成型后及时采取护坡措施。

(3)桥梁段防治区:桥梁段水土流失防治重点侧重泥浆处理、桥下施工面场地平整与植被恢复。桥墩基础施工前设置泥浆沉降池，存放、沉降泥浆;桥墩桩基施工完毕，平整桥下施工面及泥浆池，进行植被恢复。

(4)隧道段防治区:隧道区防治重点为洞门截水沟、洞脸防护以及洞口沉沙池布置。加强对洞门周边的植被的保护，可有效防止洞门坍塌，并加速洞门景观恢复;另外，须注重对隧道施工废水泥沙的处理，在隧道口设置多级沉沙池。

1.3.2 施工生产生活区

施工生产生活区防治重点为工程后期土地整治及恢复植被。工程后期，拆除工棚和地表硬化层并运至弃渣场，经土地整治后复耕或恢复植被。

1.3.3 施工便道区

施工便道水土流失防治重点以边坡防护和排水为主。挖方边坡可采用植草+栽植灌木相结合方案护坡;填方边坡土层深厚、松软，可选择种草+乔木方案或撒播草灌+乔木方案护坡;路面尽量保持内倾，并在道路内侧开挖排水沟，避免径流对填方边坡造成冲刷。

1.3.4 取土场区

取土场区水土流失防治重点为地表水疏导、边坡防护以及取土平台治理。取土前应适当清表，表土做为后期绿化覆土;坡面取土时应在上边坡开挖截水沟;取土高度大于10m、结构较松散的土坡应分级削坡，坡率应缓于1∶1.5;坡面可采用植草+栽植灌木相结合方案护坡，坡脚栽植耐掩埋的高大乔木或竹本;取土平台须进行平整并覆表土，改善立地条件;取土平台整地后复耕或挖穴栽植乔木+撒播草灌恢复植被［5］。

1.3.5 弃渣场区

弃渣场区水土流失防治重点为渣场排水、堆渣边坡及堆渣面植被恢复。堆渣前适当清表，表土做为后期植被恢复绿化覆土;渣场周边开挖截水沟，并在截水沟出口设置多级沉沙池;渣场周边设置拦渣坝或挡土墙;堆渣边坡高度大于8m时应分级削坡，边坡坡率应缓于1∶1.5，坡面栽植乔木+撒播草灌恢复植被，并做好后期养护;平整堆渣面并覆表土，挖穴栽植乔木+撒播草灌恢复植被或复耕，并好后期养护。

2 水土保持损益分析

2.1 水土流失影响指数概念

生产建设项目水土流失影响指数 (SWII)是将水土保持损益分析中的关键影响指标 (或变量)进行加权后求和，得到的用于反映建设项目水土流失影响程度大小的水土流失影响潜值，是定量评价、评判开发建设项目水土保持得失的结论性指标［1］。

当计算得出的SWII值愈小时，说明建设项目对水土流失的影响范围及面积愈小、对地表的扰动强度愈小、影响的时间愈短、造成的水土流失量愈小、不可恢复的面积愈小，这些都是对水土保持有利的;反之，当SWII值愈大时，造成的水土流失影响愈大，对水土保持愈不利［1］。

2.2 水土流失影响指数计算

2.1.1 评价指标及权重

水土流失影响指数是按照KPI的理论与原理，选择对水土流失影响最直接、最直观、最有影响力的变量，共选取了如下5个关键评价指标:

(1)占地面积与影响范围(x1)。指开发建设项目产生水土流失影响的区域、范围及相应面积，包括项目建设区和直接影响区。2个变量的权重αi分别为0.148、0.067。

(2)对地表的扰动强度(x2):指开发建设项目在建设、生产过程中对地表开挖、占压、堆置、毁损等影响的强度，可用项目土石方挖填总量、弃渣量取其数量值。2个变量的权重αi分别为 0.100、0.128。

(3)影响时间(x3):指开发建设项目对水土流失的影响时间长短，在项目中可调查取得。变量的权重αi为0.158。

(4)造成的水土流失总量(x4):指开发建设项目扰动地表后造成的水土流失总量，可用预测的水土流失总量取其数量值。变量的权重αi为0.194。

(5)可恢复程度(x5):指原土地水土保持功能的可恢复程度，可用(1-项目恢复比例)计算。变量的权重αi为0.205。

2.1.2 数据标准化(归一化)处理及SWII计算公式

因为选取的水土流失影响指数指标其数据的量纲不同，在进行分析时首先要对数据做标准化处理。采用效益型标准化公式进行数据的归一处理，计算公式如下:

SWII计算公式为:

式中:αi为第i个因子的权重，i=1，2，…，5。

2.1.3 水土流失影响指数计算

以广化南路 (瓯海段)道路建设工程为例，计算水土流失影响指数。广化南路 (瓯海段)道路建设工程各因子相关数据见表1，各因子值标准化计算见表2，SWII的加权计算见表3。

表1 水土流失影响指数关键因子表

表2 各因子值标准化计算表

表3 SWII的加权计算表

广化南路 (瓯海段)道路建设工程SWII值为0.3331。

经计算，32条公路工程的SWII值范围为0.1977～0.5238，平均值为0.3135。公路建设项目的平均水土流失影响指数为0.2743［1］。温州市区32条公路工程的SWII平均值大于公路建设项目的平均SWII值，说明温州市区公路工程造成的水土流失影响较大。

经分析，各项指标中SWII权值 (标准化值×权重，下同)占最大比例的为未恢复比例，32条公路的未恢复比例权值均占SWII值的最大比例。市区公路工程因用地面积有限，造成公路绿化面积较小，导致未恢复比例较高。未恢复比例值权重最大，因此，所得的SWII值中未恢复比例的权值最高。

3 结语

通过以上分析，建议今后市区公路工程在设计时尽量增加绿化面积，以利于水土保持。

除了绿化面积指标以外，占地面积、影响范围、挖填方总量、弃渣量、施工时间等均对SWII值有影响。在施工过程中，尽量减少占地面积和影响范围，挖方能利用的尽量利用，减少弃渣量，缩短施工时间等均能减小SWII值。

城区公路可能造成水土流失的主要施工环节为路基的开挖和填筑、桥梁基础施工、弃渣堆放、路基填料开采、施工生产生活区场地平整以及施工便道建设等，相应的水土保持措施包括表土剥离、弃渣处置、排水、临时堆土防护、绿化等方面。水土保持措施的实施，有利于从各方面降低上述各项指标，从而减小SWII值，对水土保持有利。

此外，水土保持工作涉及范围较广，单从水行政主管部门而言，不仅要做好自身范围内的河道工程、给水排水等各项水土保持的综合配套工作，也要完成业务范围内的监督管理工作。城市水土保持还需要来自城市规划、农业、园林、交通、市政市容等各行政主管部门的相互配合和监督管理。发挥好监督管理作用，将对各项措施的落实和城市水土保持的效果起到至关重要的作用。

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