《生产建设项目水土流失测算导则》在公路建设项目中的应用

崔洪升

（台安县水利事务中心，辽宁 台安 114100）

公路是我国重要的基础设施，是综合交通运输体系的骨干和推动经济社会持续稳定发展的重要保障。公路建设项目有投资规模大、范围广、建设期长、施工运距长、沿线地形地貌、地质条件变化复杂等特点。在降雨、风等自然外力因素作用下，公路土建工程作业时不可避免地扰动原地貌，极易造成更为严重的水土流失[1]。SL 773—2018[2]《生产建设项目土壤流失量测算导则》（以下简称《导则》）2019 年1 月正式实施，给生产建设项目水土流失预测提供了相对可靠的途径。

台安县京抚线双井子至邢台段（即“南外环”），是台安交通干线路网架构“三横三纵一环”的重要“一环”，其建设将进一步改善全县道路交通运输环境、加快提升台安城市品位和区位优势，为推动县域经济高质量发展提供有力的交通基础保障。

1 概况

1.1 项目区概况

台安地处辽河冲积平原，地形平坦，不涉及崩塌、滑坡危险区、泥石流易发区，以及水土流失严重、生态脆弱的地区；不涉及河流两岸、湖泊和水库周边的植物保护带、重要江河和湖泊，以及其他江河、湖泊的水功能一级区的保护区和保留区、饮用水源区等敏感区域。项目区属于北方土石山区—辽河平原人居环境维护农田防护区，为鞍山市水土流失重点预防区。

项目区地面坡度在2°～5°。场地一般高程5.30～5.90 m，局部坑塘高程2.25 m。气候属暖温带湿润季风气候，多年平均气温9.01 ℃，多年平均降水量618.26 mm，多年平均蒸发量1 623.6 mm。多年平均风速3.4 m/s。土壤类型以草甸土为主，土壤干容重1.14～1.67 g/cm3，表土层厚度为20 cm。项目区属华北植物区系，植被类型为暖温带阔叶林带，台安县林草覆盖率为6.29%左右。

1.2 项目概况

项目位于台安县台东街道和八角台街道，起点位于双井子村（原沈盘县K105+835 处），终点至邢台（弓黑线K120+242 处），路线全长6.188 km。设计时速60 km/h，路基宽26.0 m，路面宽23.0 m，路基标准横断面布置形式：1.5 m 土路肩+3.5 m 非机动车道+2×3.5 m行车道+0.5 m路缘带+1.0 m中央分隔带+0.5 m路缘带+2×3.5 m行车道+3.5 m非机动车道+1.5 m 土路肩。桥梁设计荷载公路-Ⅰ级。总占地面积24.66 hm2，其中永久占地23.14 hm2，临时占地1.17 hm2，占地类型为耕地及其他用地。工程由线路工程区及桥涵工程区两部分组成，线路工程区占地24.31 hm2，主要包括路基、路面及两侧；桥涵工程区面积0.35 hm2，主要包括新建中桥1 座（20.0 m），小桥3座（13.0 m），钢筋混凝土圆管涵10道。绿化面积2.82 hm2，绿化率16.18%。桥梁段坡比1∶1.5，坡长7.0 m，底宽1.0 m，外延1.0 m保护；设310 道泄水槽，泄水槽及边沟段长10.82 km。

工程土石方挖填总量30.66 万m3，其中挖方量1.59 万m（3主要包括路基开挖0.68万m3，桥涵基础施工 0.30 万 m3），填方量 29.07 万 m3，借方 27.48 万 m3，无弃土、弃渣。平均填高1.5 m，最大填高7.16 m。施工前期对路基占地的可剥离区进行表土剥离，可剥离面积约3.04 hm2，剥离厚度20 cm，剥离量0.61 万m3，施工期间临时堆置路基外侧表土堆置场面积1.17 m2，施工后期用于道路路肩及边坡绿化覆土。堆土高1.5 m，坡度1∶1.5，方量约0.30万m3。该项目的总投资15 600 万元，其中土建投资为9 360 万元，工程于 2018 年 11 月开工，2020 年 8 月完工，建设总工期22 个月。

2 水土流失预测

2.1 预测单元

项目水土流失防治责任范围面积为24.66 hm2。根据省2019 年水土流失动态监测成果，台安县水土流失面积147.05 km2，占全县总面积的10.56%，其中轻度侵蚀面积145.4 hm2，占流失面积的98.87%。《导则》中水土流失预测提供了水力和风力两种外营力作用下土壤侵蚀量的6 种计算公式。台安县水土流失强度以轻度水力侵蚀为主，故该项目水土流失预测仅按水力作用考虑。该项目施工路段较短，且紧临县城外侧，因此，未设施工营地区。工程主要扰动类型为地表翻扰型一般扰动地表。工程建设期间设立的临时堆土场，会产生堆积体土壤侵蚀。项目土壤流失类型三级分类对应的典型扰动单元情况见表1。

表1 水土流失预测单元（水蚀）

2.2 预测时段

水土流失预测时段为施工期和自然恢复期。根据主体工程建设情况及建设单位提供的资料，水土流失预测时段见表2。

表2 水土流失预测时段

2.3 土壤侵蚀模数

2.3.1 原地貌土壤侵蚀模数的确定

项目区地貌属平原区，地势平坦。根据SL 190-2007《土壤侵蚀分类分级标准》，结合2019 年省级水土流失动态监测成果和项目区地形地貌、气候、地面组成物质、土地利用、土壤植被、坡长及坡度等外业实地调查分析，利用《导则》植被破坏型公式计算项目区土壤侵蚀背景值：水力侵蚀模数270 t/（km2·a），容许土壤流失量200（t/km2·a）。

2.3.2 扰动后土壤侵蚀模数的确定

1）一般扰动地表土壤侵蚀模数，按下式计算：

式中：Myd——地表翻扰型一般扰动单元土壤流失量，t；R——降雨侵蚀因子，MJ·mm/（hm2·h）；Kyd——地表翻扰后土壤可蚀性因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Ly——坡长因子；Sy——坡度因子；B——植被覆盖因子；E——工程措施因子，取1；T——耕作措施因子，取1；A——计算单元水平投影面积，hm2。其中

式中：Rd——多年平均降雨侵蚀因子，MJ·mm/（hm2·h）；Pd——多年平均降雨量，mm；N——可蚀性因子增大系数，取2.13；K——土壤可蚀性因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm），取0.018 2；λ—计算单元水平投影坡坡长，m；λx——计算单元斜坡长度，m；m——坡长指数；θ——坡度，（°）。扰动后土壤侵蚀模Mi［t/（km2·a）］按下式计算：

式中：Mx为Myd，Mkw，Mdw等计算值。参数因子计算结果见表3。

2）上方无来水工程开挖面土壤侵蚀模数按下式计算：

式中：Mkw——上方无来水开挖面计算单元土壤流失量，t；Gkw——工程开挖面土质因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Lkw——开挖面坡长因子；Skw——开挖面坡度子。其中：

式中：ρ——土体密度，g/m3，取1.5；SIL——粉粒（0.002～0.050 mm）含量，小数取0.4；CLA——黏粒（小于0.002 mm）含量，小数取0.2。参数因子计算结果见表4。

表4 上方无来水工程开挖面土壤流失量及侵蚀模数

3）上方无来水工程堆积体土壤侵蚀模数按下式计算：

式中：Mdw——上方无来水工程堆积体计算单元流失量，t；X——工程堆积体形态因子，取1；Gdw——工程开挖面土质因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Ldw——堆积体坡长因子；Sdw——开挖面坡度因子。其中

式中：a1，b1——土石质因子系数，根据导则表9规定取，a1=0.2，b1=0.023；δ——计算单元土体砾石含量；f1——上方无水来水堆积体坡长因子系数，按《导则》表11 取值为0.596；d1——坡度因子系数，按《导则》表10 规定取1.259。参数因子计算结果见表5。

表5 上方无来水工程堆积体土壤侵蚀量及模数

2.3.3 自然恢复期土壤侵蚀模数的确定

自然恢复期属未经夯实的工程回填面，参照地表扰动一般扰动地表计算土壤流失量，自然恢复期一般扰动地表土壤流失量测取值：R=2 329.76 ，Kyd=0.038 8，Ly=0.669 03，Sy=8.833 4，E=1，T=1，A=2.82，其它参数见表6。

表6 然恢复期线路工程区（绿化区)土壤侵蚀模数

2.3.4 预测结果

预测土壤流失量的计算采用GB 50433-2018中公式[3]：

式中：W——土壤流失量，t；j——预测时段j=1，2，即指施工期和自然恢复期两个时段；i——预测单元 ，i= 1，2，3，……，n-1，n；Fji——第j预测时段、第i预测单元的面积，km2；Mji——第j预测时段、第i预测单元的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Tji——第j预测时段、第i预测单元的预测时段长，a。关于预测（扰动）时段新增土壤流失量估算：依据《导则》10.3.1，预测时段内各防治分区新增土壤流失量为相同区域、相同时期、相同外营力条件下的扰动后土壤流失量与扰动前土壤流失量之差。

经计算，工程建设可能造成的土壤侵蚀总量为1 913.42 t，原地貌土壤侵蚀量为90.20 t，工程建设可能造成新增土壤侵蚀量为1 823.22 t，见表7。

表7 工程建设期水土流失量估算汇总表 t

3 《导则》应用中常见问题及解决办法

3.1 常见问题

结合笔者在方案的审查中发现的问题，《导则法》在实践中常见问题总结列举如下。

1）土壤侵蚀模数背景值直接估算给定。扰动前各扰动单元土壤侵蚀模数，一些水保方案中常以“经实地勘察结果、专家咨询”等惯用词说明后，直接估定原地貌相关土壤侵蚀模数，并且同一地域不同编制单位给出背景数往往相差几十至几百不等，说明其随意性较大。

2）参数值选取与施工实际不符。《导则》公式涉及参数122 个，如对参数含义把握不准确，出错是必然的。①λx长λ值问题。如，计算上方无来水工程开挖面一般扰动地表流失量时，方案图纸标定开挖深3.0 m，边坡45°，正确的λx值应为约4.2 m，而计算表给定值λx=7 m；如某方案计算单元长、宽70.0 m左右，计算表取x=100.0 m；而依《导则》规定，λ≤100.0 m 时按实际长计算。与此类似的规定，计算坡度因子Sy时，θ≤35°按实际值计算，超过35°亦按35°计算；再如，按上方无来水工程堆积体计算临时堆土流失量中，典型措施图和文字明确堆土高3.0 m，坡度1∶1，方案计算表给定λx=10.0 m，正确值λx值应为3 2 约4.2 m。②植被破坏型土壤流失量测算中，植被覆盖因子与一般扰动地表计算单元扰动表的植被覆盖因子B和B0值不合理，也会导致地表翻扰型一般扰动地表新增土壤流失量测算结果过大[4]。③参数坡度θ采用值与图纸、文字就堆坡的描述前后矛盾，土壤流失量计算不准确。

3）角度转换过程易被忽略。编制人员易忽视《导则》参数说说明要求，计算单元坡度θ代入公式时未转为弧度。

3.2 解决办法

针对问题一，土壤侵蚀模数背景值的确定可按《导则》植被破坏型一般扰动地表公式，选定施工前未扰动植被覆盖、工程措施因子、耕作措施因子等参数计算确定。植被覆盖因子取值应遵循《导则》6.2.6 规定，按①草、灌型，②乔木型，③乔、灌、草混合型等3 种类型组合，结合勘察确定的郁闭度、植被覆盖度因子，合理选取参考值。

针对问题二，选取坡长、角度、植被覆盖因子、郁闭度、盖度等参数值，既要结合现场调查，又要参照类似工程经验、已有监测成果，合理选取参数值。建议针对不同扰动方式和强度赋予不同的N值，并进一步校正B和B0合理取值。

针对问题三，通常是要借助电子表格EXCEL中的函数PI（）/180，将角度值转换为弧度值，以保证运算正确。

4 结语

《导则》的颁布为生产建设项目水土保持水土流失预测提供了较为精确的方法，但在应用3 年以来，因不同从业人员对《导则》理解程度的差异，导致生产建设项目土壤流失量测算不准确的情况时有发生。实践中，一些较大的规模生产建设项目涉及水土流失影响因素众多，既需要计算者对主体施工方法、地形地貌、土壤及植被等准确掌握与核实，还应熟悉土壤流失类型三级分类划分原则、3 种下垫面因素，尤其对6 类公式的适用条件、符号意义、参数选取、测算流程和测算应用规定等内容，必须要确理解和把握。文中以台安京抚线公路项目为例，结合现场的实际，探讨《导则》在公路建设项目土壤流失量预测中应用实践，并针对方案编制中应用《导则》存在的问题提出建议与对策，为土壤流失测算提供可参考依据。