淮南上窯至曹庵公路改建水土流失預測與防治

林 晶 陳永春

(1.淮南市水利規劃設計院，安徽淮南 232001;2.煤礦生態環境保護國家工程實驗室，安徽淮南 232001)

上窯至曹庵公路工程是典型的線形工程，線路途經地貌多為平原區，局部為微丘區，路基的填方地段較多，施工期間因施工機械的使用及大量的開挖堆填，破壞了土體原有的自然結構和水體循環路徑，路基邊坡和路塹邊坡在暴雨沖刷下容易造成水土流失。

本文通過對工程影響區域水土保持現狀的調查，根據工程建設的特點，對本工程防治責任范圍內可能造成的水土流失及危害進行預測、分析，并提出切實可行的防治措施，使新增的水土流失得到有效控制，減少泥沙進入河道和淤埋水田，保證道路行車安全，改善項目區及其周邊的生態環境［1，2］，同時，明確建設單位所應承擔的水土流失防治責任和范圍，為水土保持監督管理部門實施監督、收費、處罰提供科學和技術依據。

1 項目概況

項目建于安徽省淮南市大通區、田家庵區，為G206繞城公路、淮南市東南部南北交通的主要干線，公路等級為二級，設計車速80 km/h，路基寬度15 m～26 m。全線共占用土地88.40 hm2，其中永久占地78.05 hm2，臨時占地10.35 hm2。2008年1月開始施工準備，2008年3月正式開工建設，2009年12月完工，施工總工期24個月(含施工準備期2個月)。

項目位于淮南市東部，地處淮河水系，地表水系較為發育，路線走廊帶內主要河流有窯河及高塘湖，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，光照充足，四季分明，春暖秋爽，夏炎冬寒，多年平均降水量為932 mm，路線起于淮南與蚌埠交界處上窯鎮李家洼，終點位于曹庵鎮姚巷。地貌以平原為主，局部丘陵，土地構成以耕地為主，占總土地面積的60%以上，林草覆蓋率為16.7%，土壤侵蝕強度為輕度，主要為水力侵蝕，年平均侵蝕模數微丘地貌單元為500 t/(km2·年);平原地貌單元為300 t/(km2·年)。

2 水土流失預測

2.1 預測方法

采用類比預測法［3］，根據項目區自然條件、施工擾動特點預測工程建設過程可能產生的新增土壤流失量。

因開挖擾動地表產生的水土流失量采用下列公式計算:

其中，W為水土流失量，t;Fi為第i預測單元擾動區域的面積，km2;Mi為第i預測單元土壤侵蝕模數，t/(km2·年);Ti為第i預測單元預測時段，年;i為預測單元，i=1，2，3，…，n。

通過上式可以計算出各個單元預測時段內原生的水土流失量及擾動后的水土流失總量，兩者的差值即為新增的水土流失量。

2.2 預測結果

水土流失預測結果見表1～表3。

表1 施工準備期可能造成水土流失量預測成果

由表1～表3可知，本工程建設期共可能造成水土流失總量為 15 697.7 t，其中原生水土流失量 943.1 t，新增水土流失量14 754.6 t。工程建設擾動原地貌面積88.40 hm2;損壞現有的水土保持設施面積86.71 hm2;建設期產生棄土(渣)16.49萬 m3。本方案采用類比法對水土流失進行預測，從各個工區施工期土壤侵蝕模數類比預測結果來看，各工區的水土流失量大大超過了該區容許土壤流失量200 t/(km2·年)。施工期(包括施工準備期)可能造成的新增水土流失量14 162.6 t，占新增流失量的96.0%;自然恢復期新增水土流失量為575.2 t，占新增流失量的3.9%，因此，水土流失主要發生在施工期。

表2 施工期可能造成水土流失量預測成果

表3 自然恢復期可能造成水土流失量預測成果

3 水土流失防治

3.1 防治目標

本項目區屬水土流失重點監督區，根據建設類項目水土流失防治標準適用條件和工程的建設特點，確定本項目水土流失防治責任范圍內的水土流失防治目標應達到6項指標，并作為本項目水土保持設施竣工驗收的依據，具體見表4。

表4 工程水土流失防治目標

3.2 防治分區

根據公路沿線的氣候特點、地形地貌類型、新增水土流失的特點及項目主體工程布局及建設時序，將水土流失防治分區分為Ⅰ區(主體工程防治區)、Ⅱ區(取土場防治區)、Ⅲ區(棄土場防治區)、Ⅳ區(施工場地防治區)、Ⅴ區(施工便道防治區)、Ⅵ區(拆遷安置區)等6個防治分區［4］。

3.3 新增水土保持措施設計

3.3.1 主體工程防治區措施

1)施工期路基臨時排水措施。a.路肩擋水土埂。在路基施工中，在路肩邊緣兩側順路肩先筑土坎(土坎斷面尺寸為:高0.3 m、頂寬 0.3 m、底寬 0.75 m、邊坡 1∶0.75)，防止匯流下泄沖毀路基。b.臨時排水及沉砂。沿線路路基兩側開挖臨時性邊坡排水溝，用以排泄路面上的集中匯流，邊坡排水溝按一定間距設置砂池兼消力池。沉砂池為矩形斷面，塊石砌筑并抹面，內控尺寸長×寬×深為3.0 m×1.0 m×1.5 m，以阻留從坡面沖蝕的土壤，沉砂池要有足夠的容量以沉淀土(石)渣。2)臨時覆蓋措施。填方路基施工結束后，如不能及時進行邊坡防護工程的施工，遇汛期可使用草墊臨時遮蓋防護，按200 m為一個施工段，草墊按使用3次(段)作廢估算。主體工程區新增水土保持措施工程量見表5。

表5 主體工程區新增水土保持措施工程量

3.3.2 取土場防治區措施設計

為便于集中取土，取土坑原則上不小于1.33 hm2，四周各留100 cm寬的用地界;若大于2.0 hm2，中間應留有300 cm寬的土埂，供取土運輸及養殖發展用道路。取土場取土前清除地表30 cm的耕植土。

1)取土施工要求及組織管理建議。a.公路施工過程中，應嚴格按照主體工程施工圖設計劃定的取土場進行取土，禁止隨處亂挖亂棄。b.工程設計的取土場若不能滿足施工填料要求需另行開辟土場時，設計方應根據環保要求會同各方進行變更設計，不得隨意指定。c.取土場施工結束后應對坡面夯實，以免造成塌方，取土深度控制在一定范圍之內，以便將來恢復為魚塘或藕塘。d.公路施工承發包合同中，應明確料場管理規定，施工責任落實到人。2)工程措施:取土坑分層開挖取土，為減少土的含水量，每層取土前先在坑區內設置縱橫向排水溝，將水引入低洼處或及時用小型機械抽排。取土坑內排水溝間距30 m～40 m。施工應嚴格按照取土場邊坡設計坡率進行開挖，挖深小于3 m(包括表層土)。3)臨時措施:施工前先將場地的表土剝離，厚度30 cm，堆放于場地一角，堆高不大于3 m，邊坡比為1∶1.5，其周圍設臨時截排水溝。4)植物措施:根據平原地區公路施工的特點，按照主體工程設計，全線共設取土場3處，占地面積18.0 hm2(均為耕地)。為保持取土場岸坡穩定，在其四周種植兩行意楊，株距3.0 m，行距2.0 m。取土場防治區新增水土保持措施工程量見表6。

3.3.3 棄土場防治區措施設計

棄土場臨時堆放的耕植土堆放邊坡控制在1∶1左右，堆高控制在3.0 m左右，臨時堆土斷面為梯形，在土堆的四周用彩鋼板防護，彩鋼板高2.0 m;并在土堆表面用草墊進行臨時覆蓋。土堆外側設計斷面為梯形的簡易排水渠，排入附近現有排水溝渠。簡易排水渠排水標準為5年一遇24 h暴雨，排水流量采用“安徽省山丘區中、小面積設計洪水計算辦法(84年修訂稿)”計算，結果為0.40 m3/(s·km2)。排水渠設計斷面為底寬20 cm，內坡1∶1，深20 cm。施工結束后，棄土場堆置的剩余表土運至取土場，進行土地平整后恢復原有的地貌［5］。棄土場新增水土保持措施工程量見表7。

表6 取土場防治區新增水土保持措施工程量

表7 棄土場新增水土保持措施工程量

3.3.4 施工場地防治區措施設計

1)工程措施。a.排水溝工程:在施工場地周圍開挖排水溝，采用50 cm×50 cm梯形斷面土質排水溝，邊坡1∶1，內壁夯實;b.土地整治:施工完畢后清除施工場地硬化層10 cm，并返還表土，進行土地整治后歸還當地進行復耕。

2)臨時措施:施工前先將場地的表土剝離，厚度30 cm，堆放于場地一角，堆高不大于3 m，邊坡比為1∶1.5，其周圍設裝土編織袋臨時攔擋，梯形斷面，高50 cm，上底寬50 cm，下底寬150 cm。

3)植物措施:對施工前場地堆放的表土表面撒播紫花苜蓿草籽。施工場地防治區新增水土保持措施工程量見表8。

表8 施工場地防治區新增水土保持措施工程量

3.3.5 施工便道防治區措施設計

本工程施工便道均采用泥結碎石路面，路基寬7.0 m，路面寬5.0 m，泥結碎石路面厚20 cm。1)施工期防護及管理措施。對于開辟施工便道過程中新產生的廢渣必須及時清除，運至附近取土場統一進行處置，與取土場表層土一起堆放，禁止隨處亂棄。施工期間做好施工便道的防、排水措施，如臨時土質邊溝(必要時需鋪砌石塊以減少溝底和溝岸土壤的沖刷)等。除此以外，為防止施工期間施工車輛隨意碾壓，破壞原地表植被，增加水土流失，在施工過程中嚴格規定行車通道，避免破壞施工便道沿線的植被和生態，施工結束后進行恢復［6］。2)工程措施。為防止坡面徑流對路面的沖刷，擬設置簡易排水溝。排水溝斷面采用梯形，尺寸為底寬50 cm，深50 cm，邊坡1∶1，土方開挖566 m3。施工便道區水土保持措施典型設計圖見圖1。

圖1 施工便道區水土保持措施典型設計圖

3.3.6 拆遷安置區水土保持要求

1)拆遷安置建房占地應統一規劃，集中布置，嚴禁亂占耕地，保護土地資源;

2)拆遷安置工程區應合理布設排水系統，以免徑流沖刷，引起水土流失;

3)拆遷工程完工后，在拆遷安置區搞好村鎮綠化，積極開展“四旁”植樹和道路綠化，以美化環境，保護村莊，發展庭院經濟。綠化時應采用安置地適生樹種，做到適地適樹，應種植一些常綠喬、灌木以及布置花卉、草坪等，以達到保持水土、恢復和改善景觀的目的［7］。

4 結語

本工程的建設具有良好的環境、經濟和社會效益，對促進當地社會經濟發展具有顯著作用。雖然工程建設存在著損壞原有地貌，產生棄土棄渣等可能造成水土流失的不利因素，但通過水土防治分區，對可能造成的新增水土保持提出相應措施，形成一個完整的以工程措施為先導、以土地整治與植物措施相結合的水土流失防治體系，減少工程建設所引起的水土流失，從水土保持角度來看，不存在制約工程建設的關鍵因素。

［1］楊成永，王美芝.秦沈客運專線路堤邊坡土壤侵蝕預報研究［J］.水土保持學報，2001(3):14-16，29.

［2］曾大林.對水土保持方案編制有關問題的研究［J］.中國水土保持，2001(2):34-35.

［3］李春鳳，吳利東.淺談水土流失預測及其水土流失防治［J］.內蒙古水利，2013(3):88-89.

［4］楊 易，劉國東.電廠建設運行中的水土流失預測與水土保持設計［J］.電力科技與環保，2013，29(6):56-59.

［5］鄭世清，鄭 科.延安黃土區植物路植物根系與水保功能評價研究［J］.水土保持學報，2003，17(2):174-176.

［6］鄭 科，鄭世清，楊崗民，等.延安黃土丘陵溝壑區山坡防蝕道路技術體系及指標［J］.干旱地區農業研究，2001，19(3):134-150.

［7］魏義長，康玲玲，王云璋，等.水土保持措施對土壤物理性狀的影響——以黃土高原水土保持世界銀行貸款項目區為例［J］.水土保持學報，2003，17(5):114-116.