陇东地区取土场水土资源利用体系构建探索

田晋华 ，高雅玉 ，张 峰 ，马 涛 ，袁立毅

（1.甘肃省水土保持科学研究所，730030，兰州；2.甘肃天源勘测设计工程有限公司，730000，兰州）

陇东主要指陕北狭地以西、六盘山以东的广袤区域，是甘肃省境内黄土高原区主要组成部分，分属陇中高原、陇东—陕北高原，以黄土塬、梁、峁地形为主，沟壑纵横，形态复杂，属黄土高原沟壑立地亚区，是黄土高原土壤侵蚀非常严重的地区之一。随着黄土高原地区综合经济实力的提升，相应的公路、铁路、民航设施等交通项目不断上马，产生一大批取土场。由于陇东地区特殊的地貌特征，交通设施的修建需要适应黄土高原复杂的地形地貌，主要手段有削峁、填沟、架桥、路基填筑等，与此同时产生大量的土方开挖、调运，原有地貌遭到开挖破坏后缺乏植被保护，受到降雨尤其是夏季降雨集中且多暴雨的影响，易造成剧烈的水土流失，引发水土流失灾害。

新建西平铁路线途经陕西省咸阳市和甘肃省庆阳市、平凉市，庆阳至平凉段途经庆阳市宁县及平凉市泾川县、崆峒区，在平凉南站与既有宝中线接轨。新建西平铁路甘肃段共涉及取土场65个，其中平凉市58个，庆阳市7个，取土量达941.82万m3。

一、取土场建设特征及水土流失特点分析

1.取土场建设特征分析

庆阳至平凉段取土场多设置在车站、路基附近荒地，部分距离较近的路基取土场与站场取土场合并使用，采取集中取土方式。取土场大部分设置在线路两侧植被稀疏、地形较平缓的缓坡地，最大限度地保留原有植被；为降低土方运输成本，取土场位置均在距离铁路及站场3.5 km范围内，运输方便且避免由于长距离运输造成的次生水土流失；约87%的取土场在铁路沿线视线外取土，基本满足自然景观协调的要求。

2.取土场水土流失特点

（1）裸露面较大且土体松散，防治措施难以持续跟进

由于铁路基础施工进度较为紧凑，连续性强，相应的取土过程较为连续，导致取土场由于连续取土造成临时防治措施不能及时跟进，造成施工过程水土流失强度增加。

（2）汇水面积大，形成有效径流时间短且流量大

取土场取土后形成弃土平台及弃土坡面，改变了地表下垫面条件，径流系数增加，由原来的0.1～0.2增加到0.25～0.35。雨水汇流造成弃土平台及弃土坡面以片状及细沟状水力侵蚀，进而产生水土资源流失。

（3）径流资源利用匮乏

径流资源形成后少部分入渗进入地下，大部分汇集进入截排水系统以后排入沟道内，未设置截排水系统的区域，径流形成以后产生冲沟，随冲沟进入沟道内，造成水土流失。

（4）水土资源保护性治理和利用模式单一

主要原因：①削坡开级坡度未达到设计规范要求，坡度太陡，马道太窄；②植物措施配置单一且配置不合理；③截排水系统设置过于简单，降雨资源汇集后顺沟道流走，造成水土资源流失；④取土后形成的土地和径流资源不能有效利用；⑤各类治理措施之间缺乏有效的连接性和互补性。

（5）植被选择存在问题

①植被种类单一，无法形成乔、灌、地被复层立体结构，林木垂直郁闭度低，不能充分发挥植物的生态效益，研究区常见的布设方式为刺槐+侧柏或者直接撒播单一草籽；②苗龄选择和栽植方式不合理，例如研究区常见的刺槐，选择苗龄过大（树径达到5 cm）时，由于取土场马道平台土壤水分匮乏很难成活，成活的少部分刺槐30 cm以上基本干枯；③很少选取景观效果好的植被，无法形成较好的四季景观；④取土后形成的顶部平台和底部平台很少栽植经济作物，无法有效利用土地资源并发挥经济效益。

二、取土场水土资源利用体系构建

研究区年平均降雨量在511～566 mm之间，降雨量相对丰富，由于黄土高原区取土场植被立地条件差，植被修复关键是要保证土壤水分充足。取土场在取土结束后形成大面积的顶部平台和坡面，属于有效的集雨面，有利于雨水收集，通过构建取土场水土资源高效利用系统来有效利用雨水径流资源，用于补充取土场植被建设及自然修复过程中的水分亏缺。

1.分级削坡型取土场边坡生态治理修复技术

分级削坡型边坡治理（构建三维植被防护技术体系，见图1）分为边坡和马道平台治理两部分，宽台陡坡型属于台阶型设计坡型的特例 （见图2），通过缩短坡长改变植被生长的立地条件，即增大单级边坡坡度 （60°～70°）和平台宽度（2.5～3.0 m），减小单级坡高（3.5～4.0 m），在坡面平台处种植适应当地气候条件的灌木或乔木，坡面斜坡则依靠生态自我修复进行防护。

将边坡表面刨毛撒播草籽后，覆盖一层土工膜对边坡土壤和草籽进行固定，后期通过植物生长进一步稳固边坡土体。每一级马道设置截渗水沟（内壁铺设半透水土工膜），对坡面来水进行拦蓄，使雨水均匀入渗土体，增加每一级边坡土壤含水量，补充坡面植物需水，同时可有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力，提升生态修复力度。

2.高陡边坡生态治理修复技术

高陡边坡生态治理修复技术（见图3）通过在取土场顶部平台修建生态集流场及雨水收集池，对降雨资源进行有效收集、过滤，坡面布设微润管网，通过微润管补充高陡坡面植被修复所需水分，为保证坡体稳定，在坡脚修筑浆砌石护脚。

①坡顶区：设置截水沟用于收集周围汇水，截水沟采用梯形断面，在截水沟上按照均匀间隔 （8～10 m，具体因坡面需水量、雨水收集池容积大小调整）设置1处雨水收集池，再通过微润管向坡面植物供水，进水口设置沉沙池，出水口设置过滤器（微润管对水质要求较高）。截水沟沟底及边坡、储水窖底板及窖壁、井口均采用C20混凝土砌筑，截水沟外围两侧1.0 m范围内土地整治后播种生长密度较高的草籽，同时施有机肥加速植被恢复，降低进入截水沟的泥沙含量。坡顶植被宜选择乔木和草类。

②坡面区：在坡面覆盖一层土工合成材料或挂柔性网，根据坡度及植被位置相应布设微润管，选择多种植物按一定组合与间距种植。坡面植被主要选择草和灌木；适当启闭微润管保持湿润的最佳状态。

③坡脚区：坡脚加固主要采取浆砌石挡墙或护坡，存在滑塌风险的高陡边坡可采取抗滑桩先行固定，在坡脚外围布设乔灌草结合的植物措施。

3.取土场治理辅助措施

（1）临时防治措施

①苫盖措施：对已经开挖形成的平台、坡面等裸露面，且后期仍需取土的区域采取防尘网苫盖，苫盖后每隔2～3 m设一装土编织袋压盖。

②洒水抑尘：对取土后形成的平面、坡面等施工作业面及松散土体进行洒水抑尘，降低尘土对周围环境的影响，施工期根据天气及施工作业情况每天洒水1次。

（2）工程治理措施

削坡开级的坡比控制在1∶1.5，开挖8～10 m高时设一道宽2～3 m的马道。在取土场顶部开挖边界以外布设坡顶截水沟，在马道布设截排（渗）水沟，取土场开挖边界两侧布设急流槽，下接消力池，由尾水排水沟将汇水引入下游自然沟道，对取土后的底部平台和边坡进行整治，以利绿化，平台修筑挡水埂。

①外围截水沟：为防止外围坡面汇水冲刷取土场，在取土场外围布设C20混凝土截水沟，下接急流槽，经消力池消力后，通过尾水排水沟将汇水排到下游的自然沟道。

②马道截排（渗）水沟：在马道内侧布设土质梯形截排（渗）水沟。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50299—99），按10年一遇1小时平均最大雨强设计。安全超高根据要求取10 m。马道截渗水沟为土质结构，开挖后基础处理原土夯实。

③急流槽：急流槽上接截水沟，采用C20混凝土现浇，为梯形断面。设计流量按截渗水沟流量加大30%计算；安全超高依据要求取20 cm。

④消力池：在急流槽尾部接消力池，采用C20混凝土现浇。

⑤尾水排水沟：在消力池尾部增加尾水排水沟，需与原有沟道衔接到位，每座消力池后设尾水排水沟5～10 m，梯形断面，采用C20混凝土现浇。尾水排水沟的设计标准和设计方法直接采用取土场外围截水沟，根据安全超高要求，安全超高取10 cm。

⑥土地整治：取土场取土过程中对边坡及时进行人工削坡整治，取土结束后，为保证取土场底部平台降水均匀入渗、增加土壤含水率，应用机械进行坑凹回填、碾压，并每间隔30 m布设一道挡水埂，防止取土后形成大量汇水面，对下游沟道及其他生产生活设施造成破坏。挡水埂为土质，压实排光，断面为顶宽50 cm，高60 cm，内外坡比1∶1。也可根据实际需要进行复垦、造林种草或作为宅基地等。

图1 边坡分级治理（构建三维植被防护技术体系）

图2 分级边坡治技术示意图

图3 高陡边坡治理技术示意图

三、结 语

本研究通过充分利用取土场取土结束后形成的特有地貌和研究区丰富的降水资源，采用分级削坡型取土场边坡生态治理修复技术与高陡边坡生态治理修复技术模式，构建陇东地区取土场水土资源利用体系，加速修复取土场建设对区域生态环境造成的破坏，有效抑制取土场建设造成水土流失。