穿过不同地貌类型公路水土保持方案编制应注意的几个问题

王 莎，杨海龙，高甲荣，王伟伟，刘鹏刚

(北京林业大学水土保持学院，北京 100083)

1 研究背景

高速公路是我国交通建设的基础设施，是国家交通的大动脉之一，对推动国民经济和社会发展具有重大意义，并且在我们的生活和生产中发挥着越来越重要的作用［1］。但其对生态环境的影响和破坏又是不容忽视的。公路建设大量占地、大量取土，再加上大规模地扰动地表，破坏了原地表的植被，并导致水土流失，使得沿线的生态环境受到严重影响［2］。然而，生态环境一旦遭受破坏，若要再进行生态修复，将会是一项漫长而艰苦的工程。

本文结合京新高速公路集宁—呼和浩特段的水土保持方案，根据集呼高速公路所处的自然地理特点，提出了对干旱半干旱地区穿越不同地貌类型区高速公路水土保持方案编制应该注意的一些问题。

2 工程概况及自然环境

集宁—呼和浩特段高速公路工程属新建项目，起点为韩家营(蒙晋界)—集宁段高速公路，终点为呼和浩特绕城高速公路与京新高速公路互通处——保合少互通立交。途经乌市察右前旗、乌市察右中旗、乌市卓资县、呼市赛罕区、呼市新城区5个旗县区。公路全长约143.643km。工程总占地面积约1 317.42 hm2，永久占地925.18hm2，临时占地392.24 hm2。项目地理位置见图1。

项目所经地区(内蒙古乌兰察布市和呼和浩特市)地貌类型以低中山丘陵为主，局部地段山前冲洪积平原。气候类型为典型的大陆性季风气候，多年平均气温4.5℃，多年平均降水量394mm，雨量多集中在6－8月份，多年平均蒸发量2 072mm，多年平均日照时数2 994 h，最大冻土深度2.49 m。全年大部分盛行西北风，平均风速3.5m/s，最大风速28.3m/s。区域土壤类型主要为栗钙土、灰褐土、森林土、草甸土4类，植被类型属典型干旱草原类型，林草覆盖率49.6%。项目区以水力侵蚀为主，兼有季节性风力侵蚀，侵蚀强度为中度。容许土壤流失量为1 000t/(km2·a)。

3 水土保持方案编制中需要注意的几个问题

3.1 水土流失防治区的划分

根据《开发建设项目水土保持技术规范》(GB50433－2008)的要求，水土流失防治分区的一级分区应以地貌为基准进行划分。本项目属线性工程，穿过不同的地貌类型。因此，将线路一级分区分为山前冲洪积平原区和低中山丘陵区。

冲洪积平原区占地面积为383.32 hm2，主要分布于呼和浩特市。地面高度变化小，有时有轻微的起伏和倾斜，除泥沼、盐渍土、河谷漫滩、草原、戈壁、沙漠等外，一般多为耕地和农田，且分布有重要建筑设施，居民点较密［3］。土壤类型为栗钙土、灰褐土。从空间上讲，这一地带正是典型的半干旱气候带，以水力侵蚀为主，兼有风水复合侵蚀［4］。土壤侵蚀模数背景值为1 400 t/(km2·a)。

低中山丘陵区占地面积934.1 hm2。山丘连绵，山形迂回曲折，岭低脊宽，山坡较缓，丘谷相对高差不大［5］。水土流失主要发生在坡耕地、荒山荒坡、疏幼林地、灌木林地等地类上。侵蚀类型以水力侵蚀为主。土壤侵蚀模数背景值为1 750 t/(km2·a)。

水土流失防治分区的二级分区依据项目区所处土壤侵蚀类型、地形地貌、主体工程布局、施工扰动特点、建设时序、自然属性、土壤侵蚀强度等因素，在确定的防治责任范围内划分［5］。因此，根据以上要求，本项目二级分区分为9个区:路基防治区、桥梁防治区、互通防治区、隧道防治区、管理服务设施防治区、取土场防治区、弃渣场防治区、施工生产生活区和施工便道防治区。

图1 项目地理位置图Fig.1 Map of the project location

3.2 工程节点的控制作用

高速公路建设过程中，由于公路线型的要求，隧道、桥梁是公路的主要工程节点。公路工程一般穿越平原区、丘陵区和山岭区，跨过河流、山谷时架设桥梁，穿越山岭时设置隧道贯通［6］。隧道、桥梁的开凿和架设由于其施工组织、工艺、工期等因素，形成“工程瓶颈”，影响到整个工程进度。

工程节点的作用主要是进行土石方平衡的计算。目前，在公路建设项目的主体设计中缺乏统筹性，土石方平衡往往只包含主线路基的工程量，没有考虑路基与隧道、桥梁等其它各项目之间的土石方的相互利用问题［7］。

集宁—呼和浩特段高速公路工程根据项目工程可行性报告给出的路基每公里土石方工程量估算表，计算隧道开挖土石方数量，将公路全线以金盆隧道和旗下营隧道为2个工程节点，将整条线路分为3段，进行土石方平衡计算。土石方平衡流向图见图2。

以隧道作为工程节点，将线路分段进行土石方平衡，不仅保证了每段土石方的调运畅通，而且减少了工程借方和弃方的数量，对于降低生态环境的破坏程度起着重要的作用。

3.3 隧道工程防治区措施设计

桥梁、隧道是公路建设不可回避的工程结构。随着高等级铁路、公路在山区的快速发展，桥梁、隧道建设规模也日益增大［8］，公路的桥隧比也逐渐加大。提高公路的桥隧比虽然增大了工程的难度，但是可以减少地表扰动和植被破坏，而且可以克服地形或高程的障碍，减少用地，节省运费。然而，人们在公路隧道设计中，一直以来强调的通常只是隧道的安全性，往往忽略了隧道洞口的景观设计。公路隧道洞口的景观设计应综合考虑隧道洞口附近的自然环境、人文历史及其他构造物等因素，应根据每一个洞口的实态，按不同层次的要求进行景观设计［9］。

集宁—呼和浩特段高速公路工程的水土保持方案编制中，不仅补充了排水、消能及护坦设计，还对主体工程未设计的隧道洞顶两侧、边仰坡及洞口施工场地的种草防护进行了补充设计。在符合隧道工程的安全、稳定要求的同时，还充分注重隧道洞口的景观效果。

洞顶两侧及边仰坡人工种草面积0.66 hm2，洞口施工场地种草面积1.2 hm2，种草技术指标如表1。

图2 土石方流向框图Fig.2 Allocation of earth and stone

表1 洞顶两侧及边仰坡人工种草技术指标Table 1 Indexes of grass planted on both sides of the tunnel roof and the side slope

3.4 山区公路排水工程的顺接工程设计补充

修建山区、丘陵区的公路，常受到洪水的威胁，如不妥善地将山区洪水排走，将会影响公路行车安全。当遇到沟道或河道时，往往不能沿公路走向设计排水工程，此时需要沿山体修筑截排水设施。丘陵区地形起伏较大，洪水排泄过程中势能转化为动能，流速增大，对下游河道或沟道进行严重的冲刷。因此，丘陵区公路需要特别注意对排水工程补充顺接工程。顺接工程能够在控制的局部沟段内，增加水流的紊乱，以消减下泄水流的能量，降低沟道中水流的流速，防止下游沟道的冲刷［10］。

本项目主要通过补充设计的顺接工程消力池进行消能，消力池末端采用护坦连接，防止水流冲刷消力池下游，将水流安全排入下游沟道。本方案共设计消力池109座。其中，路基工程防治区急流槽末端设计20座，桥涵工程防治区截水沟末端设计63座，隧道工程防治区截水沟末端设计4座，取土场防治区马道排水沟末端设计17座，弃渣场截水沟末端设计5座。

消力池典型设计:消力池长度为16 m，深度为1.5 m。采用浆砌片石砌筑，边墙为混凝土重力式挡墙，顶宽0.5 m，内侧为垂直坡，外侧坡度为1∶0.4。消力池下游设护坦与原有沟道连接，长度为20 m，采用浆砌片石砌筑。消力池典型设计见图3。

图3 消力池典型设计图Fig.3 Typical design of stilling pool

3.5 关于投资预算中种苗补植费的计算

高速公路在穿越半干旱地区时，由于当地气候干旱、寒冷、土层稀薄、地形多变及人为破坏等因素，导致水土保持林草植被措施建设受到很大影响。因此，在半干旱区布设植物防护时，需要考虑种苗补植。水土保持方案编制单位进行投资预算中时，需要注意植物措施费的组成，除了苗木种子费、栽植栽种费以外，还需另加种苗补植费。种苗补植费按苗木种子费与种植费之和的15%～20%计列，具体取值还需结合半干旱区的土壤类型、植被状况、气候条件等来确定［11］。本项目地处北方干旱半干旱区，项目的植物措施费需由苗木种子费、栽植栽种费和种苗补植费3项组成。种苗补植费按苗木种子费与栽植栽种费之和的20%计列。植物措施估算表详见表2。

水土保持投资概算是水保方案编制的重要内容之一，是方案编制报告书的重要组成部分，它作为附件同报告书一样，须经单独审查，以确定方案实施的详细投资额［12］。投资概算可为单位建设项目成本管理、成本控制及水行政主管部门依法监督提供依据。

表2 植物措施估算表Table 2 Estimates of plant cost 万元

4 结语

本文结合集宁—呼和浩特高速公路水土保持方案编制的工作实践，总结了高速公路水土保持方案容易为人们所忽视的几个问题:

(1)当高速公路穿越不同的地貌类型时，应根据项目区的地形地貌及水土流失特点进行水土流失防治分区。

(2)隧道、桥梁作为高速公路的工程节点，进行土石方平衡计算，可以使土石方得到充分的调用，减少因取料和弃土弃渣而造成的环境破坏。同时，隧道洞口的景观设计也是人们在进行水土保持方案编制时，经常忽视的重要内容。

(3)在急流槽、截水沟等排水工程的末端设置顺接消能设施，降低洪水的动能，保护下游河道和沟道的安全。

(4)对于北方干旱半干旱地区的水土保持方案编制的投资预算，要注意结合当地的自然环境条件等各项因素，进行种苗补植费的估算。

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