山区高速公路水土流失的特点及防治措施体系——以西汉高速公路汉中至勉县段为例

阎 瑾，赵 雪

（重庆工程职业技术学院 矿环学院，重庆 400037）

引言

近年来，国家加大高速公路建设，完善交通网络，进而改善交通条件、优化投资环境，带动经济快速发展。特别是随着我国西部大开发战略的实施,对高速公路的建设提出了更高的要求[1]。我国高速公路的重点也逐步由沿海平原区向内陆山区转移，在山区修建了不少高速公路。山区的地形、水文、地质条件较复杂 ,一般来说都是山高谷深、坡陡流急、沟壑纵横、山地所占比例较高。在实际建设中，由于受这些自然条件以及自身技术指标的限制，使得山区本来就很脆弱的自然生态环境进一步恶化。本文以西汉高速公路汉中至勉县段为例，阐述了山区高速公路建设项目水土流失的成因、特点及防治对策，将工程措施与植物措施相结合并积极地采用新方法、新技术,以期搞好高速公路水土保持工作,从而有效地改善公路沿线的生态环境。

1.建设项目简况

西汉高速公路汉中至勉县段起于汉中市东，经南郑、勉县，与已建成通车的勉宁高速公路相接，全长5082公里，路基宽度26米（山区路段为24.5米），全线设桥梁7245米（54座），隧道2840米（单洞），防护工程46万立方米。

项目途经区域位于汉江以南近东西向的略阳、勉县、洋县大断层中，地质构造复杂，沿线存在断裂带、滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象。沿线土壤类型具有明显地带性，其中膨胀土在该路段十分普遍，对路基破坏力较大，加之陕南多雨，给工程施工增加难度。项目地处内陆东亚季风气候区，区内冬无严寒、夏无酷暑、温暖湿润、雨热同季、四季分明。年降雨量876.3～998.5mm，最高气温 38.0℃，最低气温-10.1℃。

2.项目区水土流失预测

2.1 项目区水土流失背景值

根据南郑县水土流失现状资料，结合类比调查，由平均土壤侵蚀模数乘以征占土地面积，则全线在不建公路情况下的原地貌水土流失总量为：

水土流失量=土壤侵蚀模数×水土流失面积

若流失土壤容重采用1.3t/m3，则水土流失量为10862.7 m3/a。

2.2 水土流失时段的划分

水土流失预测时段分为公路建设施工期和生产运行期两个时段[2]。

建设施工期，由于路基开挖、回填、取土及临时便道的修筑等原因，破坏了公路沿线原有的地貌和植被，扰动土壤表土结构，降低土体抗蚀能力，侵蚀加剧。路基开挖造成大量的废土弃于沟头、沟岔、山坡上或河道岸坡上，这些松散土石废料极易随洪水流失。

在公路生产运行期，因施工破坏而影响水土流失的各种因素，在各项水土保持措施功能日益得到发挥的过程中逐渐消失，并且随着生态环境逐步得到恢复和改善，水土流失量逐渐减少直至达到新的稳定状态。

因此，文章主要以公路建设施工期确定为水土流失预测时段。该项工程总施工期为3年，水土流失预测时段也取3年。

2.3 水土流失现状预测内容

（1）扰动原地貌、损坏土地和植被的面积

扰动原地貌、损坏土地和植被的面积主要由路基占地、取土场开挖损坏土地和弃土、弃渣场占压土地3部分构成，3部分占地总面积约为357.5万m2。

（2）弃土、弃石量及损坏水土保持设施数量预测

弃土、弃石数量的预测方法主要通过查阅项目区所在地相关政府部门的工程资料和现场实测。全线共设5个弃土场，总弃土、弃石数量约为237.5万m3。根据有关资料，结合沿线调查，损坏水土保持设施面积包括：水保田71万m2、水保经济林 210.6万 m2。

（3）新增水土流失量预测

公路施工过程中所产生的水土流失量减去不建公路情况下的原地貌水土流失量，即为由于公路建设所新增的水土流失量。建设过程中水土流失量预测如下：

1）弃土、弃渣场水土流失量预测

弃土弃渣场水土流失主要发生在坡面上，水土流失形式为沟蚀、滑坡及坍塌。经类比分析，确定沟头、沟岔弃土流失系数为15%；弃土填沟因洪水集中影响，侵蚀严重，其流失系数为20%；顺沟弃土因坡面面积较大，坡脚洪水冲刷，其水土流失系数为30%。弃土填于山谷取土坑或自然坑洼处，因当年复耕，水土流失忽略不计。计算时土壤容重采用1.3t／m3。经计算全线弃土场水土流失总量为60.2万m3。

2）取土场水土流失预测

施工期取土场水土流失包含土场坡面和土场底面两部分。据资料统计，全县18个取土场的坡面面积为123000 m2，土壤侵蚀模数按 1000t/（km2·a），水土流失总量为 285.5 m3；取土场的底面面积为 172000 m2，土壤侵蚀模数按 900t/（km2·a），水土流失总量为 635.2 m3。

3）公路路基及路堑坡面

根据实测并结合相关资料评判，路基坡面土壤侵蚀模数按 13000t/（km2·a），水土流失量约为 16600 m3；路堑坡面土壤侵蚀模数按 1000t/（km2·a），水土流失量为 564 m3；路床及路槽顶面土壤侵蚀模数按900t/（km2·a），水土流失量为 1320 m3，上述三项合计水土流失总量为18484 m3。石质坡面因侵蚀模数较小，坡面水土流失量忽略不计。

4）新增水土流失量

经计算在不建公路情况下，路基征地范围、弃土场、取土场施工期间水土流失总量为14121.5 m3。公路建设施工过程中弃土弃渣流失量为60.2万m3；取土场水土流失量为635.2 m3；路基、路堑坡面及路床、路槽顶面水土流失总量为18484 m3。据此计算公路建设期间新增水土流失总量为606997.7 m3。

（4）造成水土流失危害预测

经以上水土流失预测，公路建设施工期间新增水土流失总量为606997.7 m3，是不建公路情况下原地貌水土流失总量的40多倍。导致水土流失加剧三大因素中（弃土场、取土场、线路）弃土、弃渣流失最多，占总流失量的98.3%，公路位于汉江南岸，途径柳树沟水库，大量的水土流失会破坏小流域的治理成果，侵占柳树沟水库库容；大洪水时很可能诱发泥流，不仅影响公路自身的安全营运、周边环境、沿线村镇、农田及公共设施的安全，而且会影响水土资源和生态环境[3]。

3.水土流失防治措施

汉勉高速公路水土保持体系按其特点分为公路建设区，弃土、弃石区，取土区及临时工程用地区。根据各区水土流失特点采取相应防治措施，从而形成一套完整的水土流失防治体系。

3.1 公路建设区

（1）路堤边坡的防护形式

对于填土高度低于2m的低填路段，采用种草护坡；对于填土高度大于2m而小于4m的路段，采用三维植被网护坡；对于填土高度大于4m的采用拱形骨架植草护坡。有的路段还设置了排水沟，有效的解决了下边坡易失稳的问题。

（2）路堑边坡的防护形式

边坡高度小于3米，采用铺草皮护坡；边坡高度为3～10米，坡面采用浆砌片石护面墙防护，保护沿线茂密的植被不受过多的开挖破坏；对于松散坡积物挖方边坡，采用窗孔护面墙防护，窗孔内植草；对于易风化的片岩、千枚岩等软质岩石，中等风化、强风化花岗岩挖方边坡，采用锚杆框架梁（梁内镶六棱块植草）、窗孔护面墙防护；对于未风化、弱风化的硬质岩石挖方边坡，根据其裂隙发育情况，采用液压喷播技术在自然岩面进行植被恢复；对于坡率陡于1：0.5的坡面采用锚杆框架梁植草与三维网植草相结合的护坡形式[4]。

3.2 弃土弃石区

（1）沟头弃土场防护措施

沟头弃土场4座，在顶部靠近临空面坡肩以上3～5m处，围绕弃土场坡面修筑土埂，拦蓄坡面以上来水，坡面上采用浆砌片石排水沟，沟与沟之间采用植物防护设计，坡脚修筑浆砌片石挡渣墙，对弃土场顶面进行平整，覆盖耕作层，恢复植被。

（2）河道岸坡弃土场

这类弃土场有3座，在土场顶部靠近临空面坡肩处围绕弃土场临空坡面修筑土埂，拦蓄弃土场顶面来水，斜坡采用了植物或综合护坡措施[5]。但在实地走访调查中，仍发现有的路段，随意向河道倒置弃土的现象存在，这给河流的排洪等带来极大的隐患，一旦发生暴雨，极有可能引发大规模的泥石流。

（3）零散弃土区

该类区域主要指的是桥梁工程下方，路域沿线附近的弃土弃渣区，这些区域的水土保持往往被人们所忽略，但其危害却相当严重。

3.3 取土区

全线共设18个取土场，根据取土位置及地形条件分别治理如下：

（1）河边取土场取土后，坑底标高经水文计算仍在河道洪水位以上，土场坡脚不受河道洪水冲刷，将土场坡面削坡开级后在中间平台和排水沟内侧植爬山虎，将土场坡面平整后覆土造田；

（2）切坡取土破坏了梯田、树木、草地等水土保持设施，并造成原来山坡变陡失稳，这类土场采用综合防治，有的已基本恢复植被。

3.4临时工程用地区

全线的临时工程用地在工程结束时大多都进行了土地复垦，从现在的情况看，其上植被恢复情况良好，但也有个别的临时工程用地至今仍未作任何处理，任其荒置，经测量，该场地占地约10000 m2，约合15亩，且原来该地均为优质水稻田，这给本来就人多地少的白马村造成了极大的经济损失。

4.水土保持工程效益分析

4.1 生态效益

高速公路建成后，其水土保持工程共治理水土流失面积357.5 万 m2，绿化面积 67400 m2，拦截弃渣量 342.2 万 m3，做到泥沙就地拦截，使水土流失降到最低点，生态环境得到明显改善。

4.2 社会效益

水土保持工程完工后，工程弃渣得到有效治理，开挖裸露面全部防护，部分植被得以恢复，边坡得到了稳定，可避免滑坡、崩塌、泥石流的发生，减少水土流失的危害，减少弃渣侵占河道影响行洪的危害，减少入库泥沙量，有力地保障了公路行车及周围农田、村庄居民的安全，对当地及周边经济社会的可持续发展具有积极意义。

4.3经济效益

水土保持方案实施后，取土场、弃土场全部复垦为耕地达340多亩，减轻当地人多地少的矛盾，保护并合理利用宝贵的土地资源。平均每亩新造耕地价值按2500元计算，新增经济效益达百万元以上。

5.结论及讨论

5.1 项目区水土流失背景值为10862.7 m3/a。

5.2 公路建设期间新增水土流失总量为606997.7 m3。其中公路建设施工过程中弃土弃渣流失量为60.2万m3；取土场水土流失量为635.2 m3；路基、路堑坡面及路床、路槽顶面水土流失量为18484 m3。

5.3 公路建设施工期间新增水土流失量是不建公路情况下原地貌水土流失总量的40多倍。导致水土流失加剧三大因素中（弃土场、取土场、线路）弃土、弃渣流失最多，占总流失量的98.3%。

5.4 针对公路建设区，弃土、弃石区，取土区及临时工程用地区采用不同防护措施，形成一套完整的水土流失防治体系。

[1]张广军，赵晓光.水土流失及荒漠化监测与评价[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[2]胡玉平，王慧觉，李思悦，等.高速公路建设项目水土流失预测方法研究[J].水土保持科技情报，2003，（4）：9-11.

[3]水利部水保司.开发建设项目水土保持方案技术规范[M].北京：水利水电出版社，1998.

[4]高鹏，刘作新，于素荣.高速公路建设区的水土流失与防治技术[J].辽宁工程技术大学学报.2005，24（4）：543-545.

[5]牛兰兰，丁国栋，赵方莹.公路建设项目水土流失及其防治措施初探[J].中国水土保持科学，2007，5（1）：114-118.