深圳東部過境高速公路工程水土流失預測及防治措施評價

黃啟紅

(深圳市水保生態環境技術有限公司，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

東部過境高速公路工程位于廣東省深圳市境內羅湖區、龍崗區、坪山區，項目路線長度32.2 km，設置特大橋(5812 m)4座，大橋(7933 m)21座，中橋(96 m)/1座，涵洞46道，隧道(單洞合計7257.644 m)4座，互通式立交8處。工程總占地面積330.88 hm2，其中永久占地323.54 hm2，臨時占地7.34 hm2。

工程全線多已開工，現狀開工段均存在不同程度的水土流失隱患，項目區水土流失面積主要存在于場地內裸露地表、還未綠化的裸露邊坡、臨時堆土等區域。根據工程水土保持監測報告，目前項目累計擾動地表面積330.88 hm2，損毀植被面積238.43 hm2，工程目前已完成挖方537.05萬m3，填方537.05萬m3。根據全國水土保持區劃三級分區體系，項目區屬于南方紅壤區(南方山地丘陵區)—華南沿海丘陵臺地區—華南沿海丘陵臺地人居環境維護區，區內土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/(km2·a)。

羅湖區、龍崗區、坪山區土壤侵蝕類型為水力侵蝕區—南方紅壤丘陵區，土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主。項目區以水力侵蝕為主，水土流失程度屬于微度。

依據工程所處的地貌類型，主體工程建設時序、布局，新增水土流失的特點，以及防治責任范圍的劃分，并考慮與主體工程相銜接，便于水土保持方案的組織實施等主導因素，進行水土流失防治分區。本方案根據項目目前的施工進度情況，將項目區劃分為東、西2 段，西段為起點至梧桐立交，東段為梧桐立交至終點，各段按照施工內容劃分為主體工程區、施工營地區、施工便道區等3 個二級水土流失防治分區，其中西段主體工程區劃分為路基工程區、橋涵工程區、隧道工程區、附屬工程區及改遷工程區5個三級分區，東段主體工程區劃分為路基工程區、橋涵工程區、附屬工程區及改遷工程區4個三級分區。詳見表1。

表1 水土流失防治分區劃分

2 水土流失分析與預測

科學預測工程建設過程中造成的水土流失及其影響，可為重建和恢復區域生態防護體系提供依據，以保證項目建設的安全施工和運營以及生態環境的良性循環[1-4]。

2.1 預測單元及預測時段

根據水土流失防治分區(表1)，本項目土壤流失量按主體工程區、施工營地區、施工便道區等預測單元進行測算。工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建設期和自然恢復期，各預測單元預測時段根據施工所處時段占整個雨季時段的比例計算，超過雨季長度而不足一年的按1 a計算，自然恢復期按1 a計。

2.1.1 施工期

(1)西段(起點至梧桐立交)。 項目起點至梧桐立交段施工接近完成，區內裸露地表較少，后期主要進行路面交安、機電工程施工，水土流失輕微，存在水土流失面積主要為主體工程區。

(2)東段(梧桐立交至終點)。 目前均處于停工狀態，區內存在大面積裸露地表，水土流失較嚴重，占地范圍內均存在水流失。

2.1.2 自然恢復期

工程計劃于 2021 年 12 月完工，本項目所在的羅湖區、龍崗區、坪山區多年平均降雨量為 1966.3 mm，屬濕潤區，根據《生產建設項目水土保持技術標準》(GB 50433—2018)自然恢復期按1 a計。

各分區預測時段劃分見表2所示。

表2 各分區預測時段劃分

2.2 擾動土壤侵蝕模數確定

本項目土壤侵蝕模數根據項目實際情況，通過收集項目區同期降雨量、地表徑流系數、擾動地表類型面積以及參考附近同類建設項目地表徑流泥沙含量(懸移質)的實測數據，分析確定擾動土壤侵蝕模數[5-6]。

根據原始地形地類并結合以往水土保持調查研究分析，確定項目區土壤侵蝕模數背景值為500 t/(km2·a)，施工期土壤侵蝕模數見表3。

表3 土壤侵蝕模數統計情況 t·(km2·a)-1

2.3 土壤流失預測

羅湖區、龍崗區、坪山區土壤侵蝕類型為水力侵蝕區—南方紅壤丘陵區，土壤侵蝕以輕度水力侵蝕為主。采用以下公式計算土壤流失量[7-9]：

(1)土壤流失總量預測，見式(1)。

(1)

式中：W為擾動地表土壤流失量，t；i為預測單元;k為預測時段，指施工期和自然恢復期；Fi為第i個預測單元的面積，km2；Mi k為擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Ti k為預測時段，a。

(2)新增土壤流失量預測。

根據擾動原貌面積、擾動原地貌前后土壤侵蝕模數的變化，棄土(渣)堆放部位和數量，運用式(2)～式(3)計算新增土壤流失量。

(2)

(3)

式中：ΔW為擾動地表新增土壤流失量，t；Mi0為擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數，t/(km2·a)。

通過預測，在不采取任何水土保持措施的情況下，本項目施工期和自然恢復期可能造成的土壤流失總量為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，自然恢復期新增土壤流失量1375 t。分區預測結果見表4。

表4 土壤流失量預測

根據以上確定的預測時段、預測分區及預測方法，通過預測，在不采取任何水土保持措施的情況下，本項目施工期和自然恢復期可能造成的土壤流失總量為 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，自然恢復期新增土壤流失量1375 t。從預測結果來看，水土流失主要發生在施工期，其中路基工程區和橋涵工程區是水土流失防治的重點。

3 水土流失防治

3.1 水土流失防治體系

水土流失防治措施總體布局遵循“因地制宜、因害設防”的原則，結合工程特點，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結合的防治方案，工程建設期以臨時排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時措施為主，以工程措施、植物措施與臨時措施相結合，排水工程和綠地建設為主構建防治措施體系。

3.2 水土保持措施典型設計

按照上述水土流失防治體系，結合個防治分區水土流失特點，對排水設施、植物措施、臨時防護措施等進行典型設計。

3.2.1 臨時排水溝

本項目區外匯水面積較大，但單個匯水區均有多個排水出口，根據主體工程設計的排水溝尺寸，在區內布設臨時排水溝，各獨立匯水分區設置有多種類型的臨時排水溝，臨時排水溝尺寸可根據現場實際情況進行調整。

根據排水溝所處地形、土質、功能及排水要求，布設磚砌結構和土質結構兩種形式排水溝。

磚砌排水溝，斷面矩形，(0.4～0.6)m×(0.4～0.6)m，灰砂磚砌磚，表面為1∶2水泥砂漿抹面，底部為 C10 混凝土墊層，沿排水溝每 20 m 設置集水坑。

土質排水溝，斷面梯形，底寬 0.3～0.6 m，頂寬 0.6～1.2 m，高 0.3～0.6 m，表面壓實后采用土工布覆蓋，沿排水溝每 20 m 設置集水井。

沉沙池規格為L×B×H=3.0 m×1.5 m×1.5 m，大型沉沙池規格為L×B×H=6.0 m×4.0 m×2.0 m，沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸壓灰砂磚襯砌(厚24 cm)，并用1∶2水泥砂漿抹面，底部為10 cm厚現澆C15混凝土底板。為了維持沉沙池具有穩定的容積，根據本工程施工工期的安排，發現沉沙池淤積至影響其發揮作用時應及時清理。

3.2.2 臨時攔擋

在施工過程中，為防止發生水土流失，對臨時堆土的邊坡坡腳處設置土袋擋墻， 采用編織袋裝土進行臨時攔擋，采用梯形斷面，頂寬為0.5 m，底寬 0.8 m，高為0.5 m。

3.2.3 臨時覆蓋

在土方臨時堆放過程中，如遇暴雨、大暴雨等惡劣天氣， 在降雨來臨前對場地內堆放土方及還未夯實的松散裸露地表采取土工布臨時覆蓋， 防止施工期間松散泥沙直接隨雨水沖刷進入周邊排水通道，對雨水管道造成淤積或堵塞，影響周邊現狀雨水的排放。

3.2.4 擋水埂

為了使路基地表徑流能夠集中到坡面截排水溝，在路基與邊坡交接處設置一道土質擋水埂擋水。擋水梗就地采用筑路土方填筑，每隔 200 m 預留缺口與坡面急流槽連接。擋水埂斷面為梯形，頂寬20 cm，底寬40 cm，高20 cm。

3.2.5 表土剝離

項目占地為耕地、林草地的，需進行表土剝離保留，用于后期綠化覆土。表土采用機械配合人工剝離的方式，剝離厚度 20～30 cm。

3.2.6 植物措施布設

本項目所在地土壤類型主要為赤紅壤，赤紅壤往往侵蝕嚴重，土體薄，林木立地條件差，生物積累量較少，肥力較低。因此，在布設植物措施時，應選擇耐瘠薄耐干旱、固土能力強、適應性強的植物。

按照“適地適樹、適地適草”的原則選擇狗牙草、百喜草等為主要草種，草籽撒播量為60 kg/hm2。種草采用撒播的方法，即將草籽均勻撒在平整好的土地上，然后用耙或耱等方法覆土埋壓，覆土厚度一般為0.5～1.0 cm，草籽撒播一般在雨季或墑情較好時進行。

3.3 水土保持監測

水土保持監測是從保護水土資源和維護生態環境的角度出發，運用多種手段和方法，及時掌握主體工程建設引發水土流失的影響因子、擾動范圍和土壤侵蝕強度及其動態變化，對水土保持措施的防治效果作出科學的評價。

本項目監測內容主要為擾動地表情況，水土流失情況和水土保持措施實施情況及效果等。監測方法主要采用調查監測、沉沙池法和巡查的監測方法。本工程共布設30個監測點，其中西段路基工程區共布設4個監測點、橋涵工程區2個監測點、隧道工程區3個監測點、附屬工程區1個監測點及改遷工程區2個監測點， 東段路基工程區8個監測點、橋涵工程區5個監測點、附屬工程區2個監測點及改遷工程區3個監測點。

3.4 監測分析

本項目總占地面積 330.88 hm2，項目建設將擾動地表、破壞土地，擾動地表類型主 要為其他土地、草地、林地和交通運輸用地。通過對防止責任范圍、擾動地表、水土流失量、水土保持措施及效果等的監測，結果表明各項水土保持措施發揮了較好的作用，達到了有效預防和控制水土流失的目的。

(1)水土流失治理度。本項目施工造成水土流失的總面積為 330.88 hm2，水土流失治理達標面積 330.88 hm2，其中，水土保持措施面積為 191.64 hm2，硬化面積136.46 hm2，水土流失治理度達到99%。

(2)土壤流失控制比。施工結束后，全部的開挖、裸露面積得到有效的防護。監測分析表明，水土保持措施實施后，防治責任范圍內土壤流失量減少52 440 t，土壤侵蝕模數降低到500 t/(km2·a)，水土流失控制比達1.0。

(3)渣土防護率。本工程建設過程無棄方，區內不設臨時堆土，工程施工過程中路基及立交范圍回填形成松散的裸露坡面，不可避免地造成水土流失，方案在上述區域均布設了攔擋、苫蓋等防護措施，但土石方內部運輸(需經過外部道路)、回填過程中造成的零星流失，經分析計算渣土防護率可達到 97%。

(4)表土保護率。根據工程征占地情況，防治責任范圍內表土總量約 10.96萬m3，剝離表土全部用于東段填方路基邊坡回填綠化，通過監測數據分析計算，表土保護率可達到 95%。

(5)林草植被恢復率。項目建設區可綠化面積 193.56 hm2，工程實施植物措施面積191.64 hm2，空閑、林草植被恢復率達 98%。

(6)林草覆蓋率。本工程建設區面積為 330.88 hm2，植被恢復面積為191.64 hm2，林草覆蓋率為58%。

通過以上的定量分析，項目建設區內水土保持基礎效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護率、林草植被恢復率、林草覆蓋率等各項防治指標均可達到或超過區域水土流失防治的目標值。

4 結 論

本文以東部過境高速公路施工期和植被恢復期造成水土流失破壞為研究背景，從水土流失分析與預測、水土保持措施體系以及水土流失防治效益評價多方面進行分析論證，結果顯示：

(1)在不采取任何水土保持措施的情況下，本項目施工期和自然恢復期可能造成的土壤流失總量為55 603 t，新增土壤流失量52 440 t。

(2)工程以東西兩段為基礎，共劃分3級水土流失防治分區，結合工程特點，構建了以工程措施、植物措施和臨時措施為主的水土流失防治體系，采用排水、沉沙、攔擋、苫蓋、綠地建設等措施相結合的防治方案預防和控制水土流失，取得了較好的防治效果。

(3)通過監測分析，項目防治責任范圍內水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護率、林草植被恢復率、林草覆蓋率等各項防治指標均可達到或超過區域水土流失防治的目標值。