基于上跨高速公路項目水土流失特點及水土保持方案技術要點研究

鐘 杰

（浙江海濱生態(tài)環(huán)境工程有限公司,浙江 溫州 325000）

上跨公路由于功能的特殊性,存在水土流失高發(fā)位置,通常情況下主要集中在路基挖掘部位、取土場、采石場,由此導致上跨公路沿線存在嚴重的水土流失。上跨公路建成以后將成為主要的交通要塞且擁有大量的車流,倘若上跨公路發(fā)生泥石流會造成重大安全事故,同時對下方的高速公路造成影響,因此在上跨公路修建過程中高度重視周圍生態(tài)建設,高質量的生態(tài)工程會增強上跨公路的水土保持效果,進而達到防止水土流失的效果。

1 上跨公路水土流失

1.1 上跨公路水土流失特點

上跨公路建設過程中為了打造牢固的地基,需要對自然土層進行破壞,隨后構成各種坡面,而人為改造的土層會因為坡面存在水土流失風險,表1為常見的上跨公路邊坡類型。

表1 上跨公路人工邊坡類型

上跨公路修建過程中存在大量的人為干預因素,因此通常情況下上跨公路的水土流失都不是因為自然因素引起的,主要原因是上跨公路修建過程中對土層破壞過度造成周圍生態(tài)抵御能力下降,進而使上跨公路水土流失風險提升。

由于上跨公路建設過程中會產(chǎn)生大量土渣、人造邊坡,由此無形中增加了上跨公路水土流失的量,且所占比重高達50%～85%,因此在現(xiàn)階段上跨公路水土保持工作中,土渣控制是一項重點內(nèi)容。

1.2 上跨公路水土流失預測

上跨公路建設過程中,結合以往的作業(yè)經(jīng)驗、施工現(xiàn)場的實際情況,在預設的高速公路的上跨公路建設布局基礎上進行全面調查與綜合分析,并對上跨公路水土流失展開預估與推測。

上跨公路水土流失預測工作建立在高速公路項目開發(fā)基礎上,由此為上跨公路水土保持施工布局提供重要依據(jù)。在開展上跨公路水土保持工作的過程中需要結合施工現(xiàn)場的實際情況明確上跨公路水土保持基礎設施,隨后進一步明確基礎設施建設面積、工程量,進而為上跨公路水土流失后期補償提供重要依據(jù)。

上跨公路水土流失外延工作是針對上跨公路水土保持工作的流量定性、定量分析,對于上跨公路水土保持項目建設提供一定的參考。對上跨公路建設項目的現(xiàn)場自然環(huán)境的結構、形式等進行分析,在此基礎上開展上跨公路水土流失預測[1]。預測過程中需要充分考慮建設項目水土流失的特點、頻發(fā)時段。通常會結合施工區(qū)域的工藝特點、場地特點、環(huán)節(jié)數(shù)量、規(guī)模大小、工期長短等因素,對水土流失范圍進行初步劃分,具體化為N個較小的水土流失區(qū),如式（1）所示：

式中：Q為總計水土流失預測量；Si為分區(qū)對應的水土流失面積；Ei為分區(qū)對應的土壤土壤侵蝕模數(shù)；Ti為預測分區(qū)水土流失時間；分區(qū)編號。

以上參數(shù)均可在工程實踐、資料參考當中獲得,將具體數(shù)值代入（1）中,可以獲得Q,進而對上跨公路新增水土流失Qz進行計算：

式中：Q為可能會出現(xiàn)的水土流失總量；Qz為上跨公路水土流失背景值。

1.3 上跨公路土壤侵蝕預測

現(xiàn)階段上跨公路土壤侵蝕防治工作中,常見的方式主要包括經(jīng)驗預測、實地測試、類比、數(shù)學模型。其中類比、數(shù)學模型是上跨公路土壤侵蝕預測工作中常見的方式。

（1）類比。基于施工區(qū)域現(xiàn)有調查資料、文獻的基礎上,與實際勘察資料進行對比分析,在此基礎上實現(xiàn)對上跨公路水土流失量的實際預測,可以使預測結果的精度得到提升。

（2）數(shù)學模型。建立數(shù)學模型要求建立在實際的地址觀測基礎上,由此進一步開展對應的水土流失量預測。截至目前為止的上跨公路建設水土流失預測常用數(shù)學模型有：

①基礎模型：

式中：Q為特定時間內(nèi)的水土流失總量；E為特定時期內(nèi)對應的水土流失模數(shù)與強度,t/（km2·a）；A為水土流失面積,km2。

②美國ULSE模型：

式中：Q為每單位土壤對應的流失量,t/（km2·a）；R為降水、徑流侵蝕因子,J/m2；K為土壤可侵蝕因子,t/（km2·a）；L為在其他因子條件一致的情況下,固定坡長對應的土壤流失量與標準坡土壤流失比值,被稱為坡長因子；S為固定坡度對標準坡對應的土壤流失比值,即地形因子；C為在其他因素固定不變的情況下,特定區(qū)域內(nèi)土壤流失與標準坡土壤流失對應的比值；P為采取特定措施后的區(qū)域土壤流失與標準坡土壤流失對應的比值,即水土措施保持因子。

③加速侵蝕系數(shù)模型：

預測區(qū)域可能出現(xiàn)的水土流失面積與總量：

式中：Q1為可能會出現(xiàn)的水土流失面積與總量,t；Ei為原始地貌對應的侵蝕模數(shù),t/（km2·a）；Si為可能會出現(xiàn)的水土流失面積,km2；Ai為加速侵蝕系數(shù)；T為預計時間,a。

2 水土保持方案設計

以泰順縣南外環(huán)至羅陽生態(tài)工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展基地連接線工程為例。

2.1 項目水土流失影響因素

（1）降水。該地區(qū)處于亞熱帶海洋型季風氣候,常年溫和多雨,并且每年4月～10月臺風頻發(fā),因此持續(xù)性降水導致高地區(qū)水土流失較為嚴重。

（2）施工作業(yè)。上跨公路施工會對土層表面原有結構造成破壞,由此出現(xiàn)裸露開挖、回填面,進而加速降水沖刷,導致水土流失嚴重。同時大量的降水還會沖走施工作業(yè)使用的堆料、堆土。

（3）綠化恢復土層結構。上跨公路施工后期,為了防止上跨公路在使用過程中由于水土流失造成的安全事故,通常會選擇增加綠植來穩(wěn)固上跨公路周圍土層,力求將土層恢復到原始狀態(tài),但是在綠化恢復期依然容易受到持續(xù)性降水沖刷導致水土流失[2]。

2.2 已發(fā)生水土流失調查分析

已發(fā)生的水土流失。本工程啟動時間為2021年11月,直至2022 年2 月為止已經(jīng)持續(xù)施工4個月。鑒于政策情況,上跨公路部分路段進行適當挖填。據(jù)參建單位介紹,4個月施工期內(nèi)在工程需要范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的水土流失面積在0.9 hm2左右。按照《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》（SL 773-2018）,對已動土區(qū)域進行劃分并在此基礎上對水土流失情況進行調查對比分析。尚未動土的區(qū)域可以對其區(qū)域背景流量進行計算。據(jù)調查結果顯示,在4個月施工期內(nèi)水土流失不間斷發(fā)生,泰順雨量觀測站顯示該上跨公路施工期間共計降水量為351.3 mm。表2所示為該上跨公路施工期間已產(chǎn)生土壤流失量計算結果匯總。

表2 已產(chǎn)生土壤流失量計算結果匯總表

經(jīng)過最終調查結果顯示,施工期間動土區(qū)域內(nèi)共計水土流失面積約為40 t,未動土區(qū)域背景水土流失量約24 t,累積新增水土流失量約為17 t。

2.3 水土保持措施

（1）劃分防治區(qū)：為了確保水土保持措施的有效性,實際工作中需要對防治區(qū)進行劃分,防治劃分過程中需要遵循一系列原則,包括注意防治區(qū)之間的差異性、結合水土流失因子進行針對性劃分、以繁簡程度與自然環(huán)境實際情況對防治區(qū)進行多級劃分、各防治區(qū)層次分明且具有系統(tǒng)性與關聯(lián)性[3]。

（2）責任落實：結合上跨公路施工現(xiàn)場及水土流失實際情況,將防治區(qū)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級,各級防治區(qū)需要落實責任,見表3。

2.4 水土保持監(jiān)測點位

點位布設情況直接關系到水土保持監(jiān)測的最終效果,見表4。

表4 水土保持監(jiān)測情況

續(xù)表4

3 結論

以泰順縣南外環(huán)上跨公路建設為例,對其水土流失因素進行分析,最終發(fā)現(xiàn)土層結構變化、持續(xù)降水、強風是導致水土流失的主要因素,并且對施工期上跨公路出現(xiàn)的水土流失總量進行統(tǒng)計分析。水土保持措施基于放置區(qū)劃分防治區(qū)分級劃分的基礎上,制定針對性措施、布置監(jiān)測點,以求達到相對理想的水土保持效果。