基于类比法的河南高速公路建设水土流失预测

陈南祥，宋 宵

（华北水利水电学院，河南郑州 450045）

改革开放以来，随着工业化和城市化进程的加快，特别是近几年随着河南省基础设施建设力度的加大，开发建设项目在施工过程中造成的水土流失量在逐渐增加．虽然随着水保法的实施，加大了水保监督执法力度，水土流失现象得到了有效的抑制，但是有些局部的水土流失量却在急剧增加［1］．河南省黄土高原地区是全省水土流失最严重的区域，全区水土流失面积为1．68万km2，占总土地面积的62%，其中年侵蚀模数大于5 000 t/（km2·a）的多沙区面积达6 049．81 km2．因此黄土高原水土流失治理显得极其重要．水土流失量预测作为编制水保方案的依据，采用何种方法进行准确预测具有重大意义．

开发建设项目水土流失量预测方法一般有地方经验公式法、试验观测法、专家估判法、类比分析法等［2］．地方经验公式法的各种参数因子选取较为困难，且工作量大;试验观测法对水土流失量监测要求颇高，且费时耗资;专家估判法在资料短缺，无法采用其他预测方法时采用;类比分析法简单易行，节省时间和费用．目前国内越来越多的开发建设项目均使用类比法进行水土流失量预测［3－6］．

笔者以郑卢高速公路为例，运用类比分析法进行水土流失量预测研究．

1 类比分析法预测原理

类比分析法是利用与预测工程类似的工程对应预测单元的扰动地表土壤侵蚀模数实测研究成果，通过相关对应性分析预测工程与类比工程在地形地貌、气象、植被类型、土壤、扰动地表组成物质及形态、侵蚀类型等水土流失主要因子的相似性、可比性，得出预测工程与类比工程之间的修正系数，类比出同预测工程相对应的各预测单元土壤侵蚀模数，然后，根据预测单元面积、侵蚀时间得出水土流失量的预测结果［7－9］．

运用类比分析法预测土壤流失量，须分别计算扰动原地表及植被面积、损坏水土保持设施面积、弃土弃渣量及可能造成的土壤流失量．

1）扰动原地貌、土地及植被面积预测．根据工程设计文件，结合实地勘察，对工程建设开挖扰动、压占地表和损坏植被面积进行量测．

2）损坏水土保持设施面积预测．以水利部《关于对水土保持设施解释问题的批复》和河南省地方规定，根据项目主体设计文件，结合实地测量，进行分析预测．

3）弃土、弃渣量预测．通过对沿线土地资源的勘察，按照取土场、弃渣场选址的水土保持限制性规定，经过现场踏勘和咨询、图表量算、资料查询等方法进行分析预测．

4）可能造成的土壤流失量预测．地表扰动后土壤侵蚀强度运用类比分析法预测，选用与拟建工程区属同一类型的类比工程，保证其施工程序、规模、地面扰动程度等尽可能相近或相似．若选择较相似的某些工程区，在引用资料时必须对其中一些因子进行修正后才能使用．经预测可得到可能造成的土壤流失总量、新增土壤流失总量．建立预测模型为

式中：W为土壤流失量，t;ΔW为新增土壤流失量，t;Fji为第i单元、第j时段预测面积，km2;Mji为第i单元、第j时段土壤侵蚀模数，t/（km2·a）;ΔMji为第i单元、第j时段的新增土壤侵蚀模数，t/（km2·a）;Tji为第i单元、第j时段的预测时间，a．

2 河南高速公路建设水土流失预测

2．1 工程概况

以郑卢高速公路洛阳至洛宁段工程为例，线路全长68．56 km．项目建设总占地面积647．95 hm2，永久占地面积452．93 hm2，工程总投资33．18亿元．项目地处黄土丘陵沟壑区第三幅区，为暖温带大陆性季风型气候，多年平均气温14．45℃;主要有黄褐土、棕壤土、红黏土等三大类土壤，林草覆盖率为26%左右．水土流失强度为中度侵蚀，侵蚀类型以水蚀为主，土壤侵蚀模数背景值为3 600 t/（km2·a）．现有水土流失面积51．84 km2．

2．2 水土流失预测

根据不同预测单元的土壤侵蚀模数、水土流失面积、预测时段等因子，运用类比分析法类比出该工程的扰动侵蚀模数，最终得出其新增水土流失量．

该工程选用连霍国道主干线郑州至洛阳段高速公路改建工程作为类比工程，类比分析见表1．由于两项工程的地理位置相近，经实地考察，对两个项目区内的土壤、降水、植被、水土流失形式等水土流失主要影响因子进行对比，发现其影响因素极为相近，具有可比性．因此，该工程可以利用连霍国道主干线郑州至洛阳段高速公路的土壤侵蚀模数成果进行类比，以其为基准进行修正，修正系数为1．07．土壤流失量计算结果详见表2．

表1 类比工程分析结果

表2 公路建设可能造成土壤流失量汇总分析表

2．3 综合分析

1）水土流失重点时段与部位：水土流失重点防治时段为施工期;重点防治部位为路基防治区，其次是弃渣场防治区、互通立交防治区．

2）水土流失防治措施：路基、桥涵、互通立交、附属设施属永久占地，采取工程、植物和临时防治措施;取土场区、弃渣场区、施工道路区、施工生产生活区属临时用地，主要采取临时防护措施、竣工后进行土地整治恢复原地貌．

3）施工进度安排：施工时序应紧凑安排，土建施工要避开雨季，尽量减少地表裸露面积和裸露时间，表土临时堆置要先拦后堆放．

4）水土保持监测：根据预测结果，工程施工期新增水土流失较为突出，因此，监测的重点时段为施工期，重点区域为路基、弃渣场、取土场防治区，监测点位在预测单元均应布设，但重点放在深挖路堑、表土临时堆放区．

3 结语

通过对郑卢高速公路洛阳至洛宁段工程施工现场的调查，发现预测结果与实际状况相吻合，说明类比法对此类项目建设中水土流失量的预测结果是有效的．这对郑卢高速公路洛阳至洛宁段工程周边乃至全河南省的线形工程建设都有一定的参考意义．

因类比法简单、实用，所以成为目前开发建设项目水土保持方案编制时经常使用的方法．在选用类比工程时还应注意：不一定只选一个，也可以选择几个，只要是类比工程具有和预测工程预测单元相同性质的单元即可;所选类比工程所处地理位置应和预测工程相符合;尽可能地选择同等水平的类比项目，如果存在较大偏差，必须进行校正［4］．

［1］郭华，张聿锋，赵胜朝．河南省开发建设项目水土流失的成因危害及防治措施［J］．河南水利与南水北调，2011（7）：41－42．

［2］水利部水土保持监测中心．GB 50433—2008开发建设项目水土保持技术规范［S］．北京：中国计划出版社，2008．

［3］肖飞．公路水土流失类型及预测方法研究［J］．水土保持应用技术，2008（6）：32－34．

［4］高旭彪．开发建设项目土壤侵蚀模数预测方法初步研究［J］．中国水土保持科学，2008（3）：116－120．

［5］胡玉平，王慧觉，姜超．对公路建设项目水保方案中水土流失监测的研究［J］．水土保持科技情报，2004（3）：35－36．

［6］赵永军．开发建设项目水土保持方案编制技术［M］．北京：中国大地出版社，2007．

［7］冷光义，陈萍．类比法在山区高速公路水土流失预测中的应用研究［J］．公路交通技术，2010（5）：148－151．

［8］潘献鸿，李海林，高荣．类比法预测建设项目水土流失量［J］．水土保持应用技术，2009（6）：14－16．

［9］崔丹，李世锋，余茔，等．类比法在高速公路建设土壤流失预测中的应用［J］．中国水土保持，2003（5）：35－36．