基于上跨高速公路项目水土流失特点及水土保持方案技术要点研究

2022-09-27钟杰

陕西水利 2022年10期

钟杰

（浙江海滨生态环境工程有限公司,浙江温州 325000）

上跨公路由于功能的特殊性,存在水土流失高发位置,通常情况下主要集中在路基挖掘部位、取土场、采石场,由此导致上跨公路沿线存在严重的水土流失。上跨公路建成以后将成为主要的交通要塞且拥有大量的车流,倘若上跨公路发生泥石流会造成重大安全事故,同时对下方的高速公路造成影响,因此在上跨公路修建过程中高度重视周围生态建设,高质量的生态工程会增强上跨公路的水土保持效果,进而达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点

上跨公路建设过程中为了打造牢固的地基,需要对自然土层进行破坏,随后构成各种坡面,而人为改造的土层会因为坡面存在水土流失风险,表1为常见的上跨公路边坡类型。

表1 上跨公路人工边坡类型

上跨公路修建过程中存在大量的人为干预因素,因此通常情况下上跨公路的水土流失都不是因为自然因素引起的,主要原因是上跨公路修建过程中对土层破坏过度造成周围生态抵御能力下降,进而使上跨公路水土流失风险提升。

由于上跨公路建设过程中会产生大量土渣、人造边坡,由此无形中增加了上跨公路水土流失的量,且所占比重高达50%～85%,因此在现阶段上跨公路水土保持工作中,土渣控制是一项重点内容。

1.2 上跨公路水土流失预测

上跨公路建设过程中,结合以往的作业经验、施工现场的实际情况,在预设的高速公路的上跨公路建设布局基础上进行全面调查与综合分析,并对上跨公路水土流失展开预估与推测。

上跨公路水土流失预测工作建立在高速公路项目开发基础上,由此为上跨公路水土保持施工布局提供重要依据。在开展上跨公路水土保持工作的过程中需要结合施工现场的实际情况明确上跨公路水土保持基础设施,随后进一步明确基础设施建设面积、工程量,进而为上跨公路水土流失后期补偿提供重要依据。

上跨公路水土流失外延工作是针对上跨公路水土保持工作的流量定性、定量分析,对于上跨公路水土保持项目建设提供一定的参考。对上跨公路建设项目的现场自然环境的结构、形式等进行分析,在此基础上开展上跨公路水土流失预测[1]。预测过程中需要充分考虑建设项目水土流失的特点、频发时段。通常会结合施工区域的工艺特点、场地特点、环节数量、规模大小、工期长短等因素,对水土流失范围进行初步划分,具体化为N个较小的水土流失区,如式（1）所示：

式中：Q为总计水土流失预测量；Si为分区对应的水土流失面积；Ei为分区对应的土壤土壤侵蚀模数；Ti为预测分区水土流失时间；分区编号。

以上参数均可在工程实践、资料参考当中获得,将具体数值代入（1）中,可以获得Q,进而对上跨公路新增水土流失Qz进行计算：

式中：Q为可能会出现的水土流失总量；Qz为上跨公路水土流失背景值。

1.3 上跨公路土壤侵蚀预测

现阶段上跨公路土壤侵蚀防治工作中,常见的方式主要包括经验预测、实地测试、类比、数学模型。其中类比、数学模型是上跨公路土壤侵蚀预测工作中常见的方式。

（1）类比。基于施工区域现有调查资料、文献的基础上,与实际勘察资料进行对比分析,在此基础上实现对上跨公路水土流失量的实际预测,可以使预测结果的精度得到提升。

（2）数学模型。建立数学模型要求建立在实际的地址观测基础上,由此进一步开展对应的水土流失量预测。截至目前为止的上跨公路建设水土流失预测常用数学模型有：

①基础模型：

式中：Q为特定时间内的水土流失总量；E为特定时期内对应的水土流失模数与强度,t/（km2·a）；A为水土流失面积,km2。

②美国ULSE模型：

式中：Q为每单位土壤对应的流失量,t/（km2·a）；R为降水、径流侵蚀因子,J/m2；K为土壤可侵蚀因子,t/（km2·a）；L为在其他因子条件一致的情况下,固定坡长对应的土壤流失量与标准坡土壤流失比值,被称为坡长因子；S为固定坡度对标准坡对应的土壤流失比值,即地形因子；C为在其他因素固定不变的情况下,特定区域内土壤流失与标准坡土壤流失对应的比值；P为采取特定措施后的区域土壤流失与标准坡土壤流失对应的比值,即水土措施保持因子。

③加速侵蚀系数模型：

预测区域可能出现的水土流失面积与总量：

式中：Q1为可能会出现的水土流失面积与总量,t；Ei为原始地貌对应的侵蚀模数,t/（km2·a）；Si为可能会出现的水土流失面积,km2；Ai为加速侵蚀系数；T为预计时间,a。

2 水土保持方案设计

以泰顺县南外环至罗阳生态工业创新发展基地连接线工程为例。

2.1 项目水土流失影响因素

（1）降水。该地区处于亚热带海洋型季风气候,常年温和多雨,并且每年4月～10月台风频发,因此持续性降水导致高地区水土流失较为严重。

（2）施工作业。上跨公路施工会对土层表面原有结构造成破坏,由此出现裸露开挖、回填面,进而加速降水冲刷,导致水土流失严重。同时大量的降水还会冲走施工作业使用的堆料、堆土。

（3）绿化恢复土层结构。上跨公路施工后期,为了防止上跨公路在使用过程中由于水土流失造成的安全事故,通常会选择增加绿植来稳固上跨公路周围土层,力求将土层恢复到原始状态,但是在绿化恢复期依然容易受到持续性降水冲刷导致水土流失[2]。

2.2 已发生水土流失调查分析

已发生的水土流失。本工程启动时间为2021年11月,直至2022 年2 月为止已经持续施工4个月。鉴于政策情况,上跨公路部分路段进行适当挖填。据参建单位介绍,4个月施工期内在工程需要范围内已经出现的水土流失面积在0.9 hm2左右。按照《生产建设项目土壤流失量测算导则》（SL 773-2018）,对已动土区域进行划分并在此基础上对水土流失情况进行调查对比分析。尚未动土的区域可以对其区域背景流量进行计算。据调查结果显示,在4个月施工期内水土流失不间断发生,泰顺雨量观测站显示该上跨公路施工期间共计降水量为351.3 mm。表2所示为该上跨公路施工期间已产生土壤流失量计算结果汇总。