深圳东部过境高速公路工程水土流失预测及防治措施评价

黄启红

(深圳市水保生态环境技术有限公司，广东 深圳 518000)

1 工程概况

东部过境高速公路工程位于广东省深圳市境内罗湖区、龙岗区、坪山区，项目路线长度32.2 km，设置特大桥(5812 m)4座，大桥(7933 m)21座，中桥(96 m)/1座，涵洞46道，隧道(单洞合计7257.644 m)4座，互通式立交8处。工程总占地面积330.88 hm2，其中永久占地323.54 hm2，临时占地7.34 hm2。

工程全线多已开工，现状开工段均存在不同程度的水土流失隐患，项目区水土流失面积主要存在于场地内裸露地表、还未绿化的裸露边坡、临时堆土等区域。根据工程水土保持监测报告，目前项目累计扰动地表面积330.88 hm2，损毁植被面积238.43 hm2，工程目前已完成挖方537.05万m3，填方537.05万m3。根据全国水土保持区划三级分区体系，项目区属于南方红壤区(南方山地丘陵区)—华南沿海丘陵台地区—华南沿海丘陵台地人居环境维护区，区内土壤侵蚀以轻度水力侵蚀为主，容许土壤流失量为500 t/(km2·a)。

罗湖区、龙岗区、坪山区土壤侵蚀类型为水力侵蚀区—南方红壤丘陵区，土壤侵蚀以轻度水力侵蚀为主。项目区以水力侵蚀为主，水土流失程度属于微度。

依据工程所处的地貌类型，主体工程建设时序、布局，新增水土流失的特点，以及防治责任范围的划分，并考虑与主体工程相衔接，便于水土保持方案的组织实施等主导因素，进行水土流失防治分区。本方案根据项目目前的施工进度情况，将项目区划分为东、西2 段，西段为起点至梧桐立交，东段为梧桐立交至终点，各段按照施工内容划分为主体工程区、施工营地区、施工便道区等3 个二级水土流失防治分区，其中西段主体工程区划分为路基工程区、桥涵工程区、隧道工程区、附属工程区及改迁工程区5个三级分区，东段主体工程区划分为路基工程区、桥涵工程区、附属工程区及改迁工程区4个三级分区。详见表1。

表1 水土流失防治分区划分

2 水土流失分析与预测

科学预测工程建设过程中造成的水土流失及其影响，可为重建和恢复区域生态防护体系提供依据，以保证项目建设的安全施工和运营以及生态环境的良性循环[1-4]。

2.1 预测单元及预测时段

根据水土流失防治分区(表1)，本项目土壤流失量按主体工程区、施工营地区、施工便道区等预测单元进行测算。工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建设期和自然恢复期，各预测单元预测时段根据施工所处时段占整个雨季时段的比例计算，超过雨季长度而不足一年的按1 a计算，自然恢复期按1 a计。

2.1.1 施工期

(1)西段(起点至梧桐立交)。 项目起点至梧桐立交段施工接近完成，区内裸露地表较少，后期主要进行路面交安、机电工程施工，水土流失轻微，存在水土流失面积主要为主体工程区。

(2)东段(梧桐立交至终点)。 目前均处于停工状态，区内存在大面积裸露地表，水土流失较严重，占地范围内均存在水流失。

2.1.2 自然恢复期

工程计划于 2021 年 12 月完工，本项目所在的罗湖区、龙岗区、坪山区多年平均降雨量为 1966.3 mm，属湿润区，根据《生产建设项目水土保持技术标准》(GB 50433—2018)自然恢复期按1 a计。

各分区预测时段划分见表2所示。

表2 各分区预测时段划分

2.2 扰动土壤侵蚀模数确定

本项目土壤侵蚀模数根据项目实际情况，通过收集项目区同期降雨量、地表径流系数、扰动地表类型面积以及参考附近同类建设项目地表径流泥沙含量(悬移质)的实测数据，分析确定扰动土壤侵蚀模数[5-6]。

根据原始地形地类并结合以往水土保持调查研究分析，确定项目区土壤侵蚀模数背景值为500 t/(km2·a)，施工期土壤侵蚀模数见表3。

表3 土壤侵蚀模数统计情况 t·(km2·a)-1

2.3 土壤流失预测

罗湖区、龙岗区、坪山区土壤侵蚀类型为水力侵蚀区—南方红壤丘陵区，土壤侵蚀以轻度水力侵蚀为主。采用以下公式计算土壤流失量[7-9]：

(1)土壤流失总量预测，见式(1)。

(1)

式中：W为扰动地表土壤流失量，t；i为预测单元;k为预测时段，指施工期和自然恢复期；Fi为第i个预测单元的面积，km2；Mi k为扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Ti k为预测时段，a。

(2)新增土壤流失量预测。

根据扰动原貌面积、扰动原地貌前后土壤侵蚀模数的变化，弃土(渣)堆放部位和数量，运用式(2)～式(3)计算新增土壤流失量。

(2)

(3)

式中：ΔW为扰动地表新增土壤流失量，t；Mi0为扰动前不同预测单元土壤侵蚀模数，t/(km2·a)。

通过预测，在不采取任何水土保持措施的情况下，本项目施工期和自然恢复期可能造成的土壤流失总量为55 603 t，新增土壤流失量52 440 t，其中施工期新增土壤流失量51 065 t，自然恢复期新增土壤流失量1375 t。分区预测结果见表4。

表4 土壤流失量预测

根据以上确定的预测时段、预测分区及预测方法，通过预测，在不采取任何水土保持措施的情况下，本项目施工期和自然恢复期可能造成的土壤流失总量为 55 603 t，新增土壤流失量52 440 t，其中施工期新增土壤流失量 51 065 t，自然恢复期新增土壤流失量1375 t。从预测结果来看，水土流失主要发生在施工期，其中路基工程区和桥涵工程区是水土流失防治的重点。

3 水土流失防治

3.1 水土流失防治体系

水土流失防治措施总体布局遵循“因地制宜、因害设防”的原则，结合工程特点，主要采用排水、沉沙、拦挡等措施相结合的防治方案，工程建设期以临时排水、沉沙、拦挡、苫盖等临时措施为主，以工程措施、植物措施与临时措施相结合，排水工程和绿地建设为主构建防治措施体系。

3.2 水土保持措施典型设计

按照上述水土流失防治体系，结合个防治分区水土流失特点，对排水设施、植物措施、临时防护措施等进行典型设计。

3.2.1 临时排水沟

本项目区外汇水面积较大，但单个汇水区均有多个排水出口，根据主体工程设计的排水沟尺寸，在区内布设临时排水沟，各独立汇水分区设置有多种类型的临时排水沟，临时排水沟尺寸可根据现场实际情况进行调整。

根据排水沟所处地形、土质、功能及排水要求，布设砖砌结构和土质结构两种形式排水沟。

砖砌排水沟，断面矩形，(0.4～0.6)m×(0.4～0.6)m，灰砂砖砌砖，表面为1∶2水泥砂浆抹面，底部为 C10 混凝土垫层，沿排水沟每 20 m 设置集水坑。

土质排水沟，断面梯形，底宽 0.3～0.6 m，顶宽 0.6～1.2 m，高 0.3～0.6 m，表面压实后采用土工布覆盖，沿排水沟每 20 m 设置集水井。

沉沙池规格为L×B×H=3.0 m×1.5 m×1.5 m，大型沉沙池规格为L×B×H=6.0 m×4.0 m×2.0 m，沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸压灰砂砖衬砌(厚24 cm)，并用1∶2水泥砂浆抹面，底部为10 cm厚现浇C15混凝土底板。为了维持沉沙池具有稳定的容积，根据本工程施工工期的安排，发现沉沙池淤积至影响其发挥作用时应及时清理。

3.2.2 临时拦挡

在施工过程中，为防止发生水土流失，对临时堆土的边坡坡脚处设置土袋挡墙， 采用编织袋装土进行临时拦挡，采用梯形断面，顶宽为0.5 m，底宽 0.8 m，高为0.5 m。

3.2.3 临时覆盖

在土方临时堆放过程中，如遇暴雨、大暴雨等恶劣天气， 在降雨来临前对场地内堆放土方及还未夯实的松散裸露地表采取土工布临时覆盖， 防止施工期间松散泥沙直接随雨水冲刷进入周边排水通道，对雨水管道造成淤积或堵塞，影响周边现状雨水的排放。

3.2.4 挡水埂

为了使路基地表径流能够集中到坡面截排水沟，在路基与边坡交接处设置一道土质挡水埂挡水。挡水梗就地采用筑路土方填筑，每隔 200 m 预留缺口与坡面急流槽连接。挡水埂断面为梯形，顶宽20 cm，底宽40 cm，高20 cm。

3.2.5 表土剥离

项目占地为耕地、林草地的，需进行表土剥离保留，用于后期绿化覆土。表土采用机械配合人工剥离的方式，剥离厚度 20～30 cm。

3.2.6 植物措施布设

本项目所在地土壤类型主要为赤红壤，赤红壤往往侵蚀严重，土体薄，林木立地条件差，生物积累量较少，肥力较低。因此，在布设植物措施时，应选择耐瘠薄耐干旱、固土能力强、适应性强的植物。

按照“适地适树、适地适草”的原则选择狗牙草、百喜草等为主要草种，草籽撒播量为60 kg/hm2。种草采用撒播的方法，即将草籽均匀撒在平整好的土地上，然后用耙或耱等方法覆土埋压，覆土厚度一般为0.5～1.0 cm，草籽撒播一般在雨季或墒情较好时进行。

3.3 水土保持监测

水土保持监测是从保护水土资源和维护生态环境的角度出发，运用多种手段和方法，及时掌握主体工程建设引发水土流失的影响因子、扰动范围和土壤侵蚀强度及其动态变化，对水土保持措施的防治效果作出科学的评价。

本项目监测内容主要为扰动地表情况，水土流失情况和水土保持措施实施情况及效果等。监测方法主要采用调查监测、沉沙池法和巡查的监测方法。本工程共布设30个监测点，其中西段路基工程区共布设4个监测点、桥涵工程区2个监测点、隧道工程区3个监测点、附属工程区1个监测点及改迁工程区2个监测点， 东段路基工程区8个监测点、桥涵工程区5个监测点、附属工程区2个监测点及改迁工程区3个监测点。

3.4 监测分析

本项目总占地面积 330.88 hm2，项目建设将扰动地表、破坏土地，扰动地表类型主 要为其他土地、草地、林地和交通运输用地。通过对防止责任范围、扰动地表、水土流失量、水土保持措施及效果等的监测，结果表明各项水土保持措施发挥了较好的作用，达到了有效预防和控制水土流失的目的。

(1)水土流失治理度。本项目施工造成水土流失的总面积为 330.88 hm2，水土流失治理达标面积 330.88 hm2，其中，水土保持措施面积为 191.64 hm2，硬化面积136.46 hm2，水土流失治理度达到99%。

(2)土壤流失控制比。施工结束后，全部的开挖、裸露面积得到有效的防护。监测分析表明，水土保持措施实施后，防治责任范围内土壤流失量减少52 440 t，土壤侵蚀模数降低到500 t/(km2·a)，水土流失控制比达1.0。

(3)渣土防护率。本工程建设过程无弃方，区内不设临时堆土，工程施工过程中路基及立交范围回填形成松散的裸露坡面，不可避免地造成水土流失，方案在上述区域均布设了拦挡、苫盖等防护措施，但土石方内部运输(需经过外部道路)、回填过程中造成的零星流失，经分析计算渣土防护率可达到 97%。

(4)表土保护率。根据工程征占地情况，防治责任范围内表土总量约 10.96万m3，剥离表土全部用于东段填方路基边坡回填绿化，通过监测数据分析计算，表土保护率可达到 95%。

(5)林草植被恢复率。项目建设区可绿化面积 193.56 hm2，工程实施植物措施面积191.64 hm2，空闲、林草植被恢复率达 98%。

(6)林草覆盖率。本工程建设区面积为 330.88 hm2，植被恢复面积为191.64 hm2，林草覆盖率为58%。

通过以上的定量分析，项目建设区内水土保持基础效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防护率、林草植被恢复率、林草覆盖率等各项防治指标均可达到或超过区域水土流失防治的目标值。

4 结 论

本文以东部过境高速公路施工期和植被恢复期造成水土流失破坏为研究背景，从水土流失分析与预测、水土保持措施体系以及水土流失防治效益评价多方面进行分析论证，结果显示：

(1)在不采取任何水土保持措施的情况下，本项目施工期和自然恢复期可能造成的土壤流失总量为55 603 t，新增土壤流失量52 440 t。

(2)工程以东西两段为基础，共划分3级水土流失防治分区，结合工程特点，构建了以工程措施、植物措施和临时措施为主的水土流失防治体系，采用排水、沉沙、拦挡、苫盖、绿地建设等措施相结合的防治方案预防和控制水土流失，取得了较好的防治效果。

(3)通过监测分析，项目防治责任范围内水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防护率、林草植被恢复率、林草覆盖率等各项防治指标均可达到或超过区域水土流失防治的目标值。