刘宏强

(陕西省宝鸡峡引渭灌溉中心，陕西 咸阳 721000)

连霍高速陕西境西安至宝鸡公路改扩建工程所在区域总体上属于水土流失微度～轻度侵蚀区，由于建设路线长，建设过程中扰动类型多、动土量大，若不采取有效的水土流失防治措施，将会造成严重人为的水土流失。本次研究根据该公路改扩建工程建设特点，结合项目区水土流失特征，采取合理的预测方法对项目建设可能造成的水土流失、强度、数量、危害等做出预测评价[1]。根据水土流失防治分区结果，对项目建设过程中可能产生的水土流失情况进行定量的预测分析，区分水土流失的易发时段和主要区域，并结合主体设计中已有的水土保持措施，确定合理的水土流失防治措施。

1 研究区概况

连霍线(G30)陕西境西安至宝鸡公路改扩建工程位于关中平原渭河走廊带，路线所经区域为关中盆地，南依秦岭，北连黄土台塬，渭河横贯东西。拟建项目线路西安至西吴(K163+400～K188+820)新建八车道段位于渭河以南一、二级阶地上，西吴至虢镇东(K187+200～K291+000)双侧直接拼接四改八车道段位于渭河以北一、二级阶地上，宝鸡过境虢镇东至凉泉(K291+000～K314+000)新建六车道段位于渭河以南山前洪积扇区。项目沿线占地主要为水浇地、旱平地农耕地及少量果园、林地、荒地等。

2 预测范围及时段

2.1 预测范围

西宝高速公路工程变更后水土流失预测范围包括：变更后的主体工程、变更后的弃土场区、变更后的施工生产生活区、变更后的施工便道，以及仅保留1处不变的取土场，因此本工程涉及的预测范围总计1 204.47 hm2，即路基工程区688 hm2，桥隧工程区63.11 hm2，交叉工程区175.07 hm2，附属工程区78.38 hm2，弃土场区128.35 hm2，施工生产生活区48.48 hm2，施工便道区10.76 hm2，取土场12.32 hm2。

2.2 预测时段

该项工程属线型建设类项目，工程建成后不再产生新的地表扰动和弃土弃土。为简化计算将施工准备期与施工期合并为施工期，所以将水土流失预测时段划分为两个阶段：施工期和自然恢复期。根据工程施工组织和时序，本次预测确定的重点预测期为2009年3月-2015年3月，共6年。每项工程预测时段按照最不利施工时间考虑。预测期限及预测时段划分见表1。

表1 水土流失预测时段表

3 水土流失预测内容和方法

3.1 预测内容

根据《国家高速公路连云港至霍尔果斯线(G30)陕西境西安至宝鸡公路改扩建工程可行性研究报告》和《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433-2008)，结合该项目区水土流失特点，确定项目建设过程中的水土流失预测内容包括：扰动原地貌，破坏、占压土地和植被情况预测；弃土弃渣量及其水土流失量预测；损坏水土保持设施面积和数量预测；可能造成的水土流失面积及流失总量预测；可能造成的水土流失危害预测[2]。

3.2 预测方法

采取引用资料法、经验公式法和资料调查相结合法进行预测。

1)扰动、损坏原地貌、土地和植被面积的预测：按照主体工程的设计文件，以主体工程现场征用和占用土地的基础资料为准，通过现场调查结果进行确定。

2)损坏水土保持设施的类型、数量预测：依据主体工程设计图件，通过现场调查进行测算预测。

3)弃土、弃渣量预测：依据主体工程设计文件，在对工程开挖量、回填量与弃渣量的关系进行分析的基础上，可以推算出各时段、各个分区的弃土和弃渣总量，对不同区域制定弃土弃渣量的调配方案，最终按照调配方案确定可能产生的弃渣总量。

[弃方]=[挖方]+[外借]-[填方]

4)可能造成的新增水土流失总量预测

根据工程开挖扰动及弃渣排放特点，可能造成的水土流失量主要来源于两个方面：(1)由于扰动地表损坏原地貌植被，导致水土保持功能降低或丧失，形成加速侵蚀区而新增的水土流失量；(2)弃土弃渣和临时堆土引起的弃土流失量。均可采用实验观测法进行预测[3]。

(1)扰动地表水土流失量预测

不同预测单元、不同时段土壤流失量计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：W为扰动地表水土流失量，t；△W为扰动地表新增水土流失量，t；Fi为第i预测单元的预测面积，hm2；Mik为第i预测单元第k时段的土壤侵蚀模数，t/km2·a；Tik为第i预测单元的预测时段，a；△Mik为第i预测单元第k时段的新增土壤侵蚀模数，t/km2·a；Mi0为第i预测单元的水土流失背景值或土壤流失容许值，t/km2·a；i为预测单元，1，2，3，……,n；k为预测时段，k=1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期。

(2)弃土弃渣流失量的预测

在不采取任何防治措施的条件下，以主体工程设计为依据，工程建设弃土弃渣流失量按下列公式计算：

(4)

式中：Z为弃土弃渣流失量，t；i为预测单元，i=1，2，3，…n-1,n；S1i为第i预测单元堆渣体坡面投影面积，km2；S2i为第i预测单元堆渣体顶面投影面积，km2；M1i为第i预测单元堆渣体坡面土壤侵蚀模数，t/km2·a；M2i为第i预测单元堆渣体顶面土壤侵蚀模数，t/km2·a；Ti为第i预测单元预测时段，a。

根据弃渣位置的洪水条件、降雨参数、弃土弃渣的物质组成、堆弃场的地形地貌、堆弃厚度、底坡及外坡等因素，由类比工程实测资料和相关研究成果分析确定有关参数。

5)可能造成水土流失危害预测方法

根据工程的特点，采用定性分析方法进行预测。预测内容包括：项目建设新增水土流失对土地资源的破坏和影响；项目建设对周边生态环境的影响；对路基工程自身安全的影响；对下游河道淤积及防洪的影响。本项目水土流失预测内容和预测方法见表2。

表2 水土流失预测内容和预测方法表

4 水土流失预测结果评价

4.1 扰动原地貌、破坏土地及植被面积的预测结果

根据主体工程设计文件，按照前述扰动、损坏原地貌土地和植被面积的预测方法，西宝高速公路工程建设过程中以不同形式、不同程度的扰动了原地貌形态，损坏了地表土体结构。本工程建设扰动原地貌、破坏土地及植被面积共计1 204.47 hm2，扰动破坏的土地类型主要为水浇地、耕地、林地、荒地、居民地、道路用地等。

4.2 工程建设损坏水土保持设施数量的预测结果

本项目建设损坏水土保持设施和具有水土保持功能设施的面积为1 110.57 hm2。损坏水土保持设施主要是水浇地、旱地、果园、林地和荒地。工程建设损坏水土保持设施面积见表3。

表3 工程建设损坏水土保持设施面积表

4.3 工程建设期弃渣量预测

主体工程建设期挖填土石方总量2 799.93万 m3，其中挖方总量925.23万 m3，包括扩建路段原建(构)筑物拆除36.36万 m3，旧路基挖台阶土石混合渣178.11万 m3，拓宽及新建路基挖土方494.09万 m3、隧道土石方64.38万 m3，表土剥离152.29万 m3；总回填方1 874.70万 m3，包括本桩利用土方108.17万 m3，借土石方1 766.53万 m3；弃渣总量658.64万 m3。工程建设弃渣量预测结果详见表4。

表4 工程建设弃渣量预测表

4.4 可能造成的水土流失总量

4.4.1 水土流失面积

通过对工程施工准备期、施工过程中水土流失影响因素分析，确定施工期(包括施工准备期)引发水土流失面积1 204.47 hm2；自然恢复期，路面、桥面、路基边坡挡护体及坡脚排水沟、隧道进出口洞门人工挖掘面以及附属设施工程场区等大部分地面均已硬化，只有植物措施区、恢复农地区及自然生态修复区由于植被尚未完全恢复而产生水土流失，其面积483.27 hm2。建设期可能造成的水土流失面积见表5。

表5 建设期可能造成的水土流失面积预测表

4.4.2 土壤侵蚀模数的确定

建设区原地貌侵蚀模数、扰动地貌侵蚀模数及自然恢复期侵蚀模数均参照原报批水保方案确定。

4.4.3 扰动地表水土流失量

1)建设期

根据各预测单元扰动地貌植被面积或弃土表面面积、施工扰动前后土壤侵蚀模数及预测时段，建设期工程原地貌水土流失背景值0.93万 t，工程建设可能造成的水土流失总量为9.17万 t，可能新增水土流失总量为8.24万 t。

2)自然恢复期

根据各预测单元扰动地貌植被面积或弃土表面面积、施工扰动前后土壤侵蚀模数及预测时段，自然恢复期原地貌侵蚀量1615t；扰动地貌侵蚀量4 771 t，新增侵蚀量3 156 t。

3)可能造成的水土流失总量

原批复方案中主体工程区可能造成的水土流失总量为42.03万 t，扣除原地貌水土流失背景值0.74万 t，主体工程区建设可能新增水土流失总量为41.29万 t。工程变更后，可能造成的水土流失总量为9.65万 t，扣除原地貌水土流失背景值1.10万 t，项目建设可能新增水土流失总量为8.55万 t(见表6和表7)。

表6 工程建设期各防治分区新增水土流失量

表7 项目建设造成的新增水土流失总量汇总表

4.5 预测成果汇总

水土流失预测结果汇总见表8。

表8 水土流失预测结果汇总表

5 水土流失危害分析

5.1 对土地资源的损坏和影响

项目建设过程中涉及的土地占地面积为1 204.47 hm2，施工工程中会不同程度改变、损坏主体工程区、弃土场、施工便道、施工生产生活区的原地貌形态、土壤结构、地表植物等，会引起区域土地耕作层或植被生长层的土壤被挖损、剥离或压埋，造成土壤肥力和蓄水能力的降低或丧失，也会加速土壤侵蚀，引起施工区和周边土地生产力的严重下降。

5.2 对区域生态环境的影响

项目区地处渭河中游河谷阶地区，项目建设区生态环境目前处于一种相对稳定状态，由于工程建设，将不可避免地对建设区人工植被造成损坏，使建设区生态环境受到一定影响。

5.3 对沿线下游河道的影响

工程建设过程中开挖扰动地表，一方面造成局部水土流失加剧，另一方面，工程建设中产生的大量弃土弃石如不采取任何防护措施，将使大量泥沙在暴雨径流冲刷下，进入工程沿线下游河道，影响主河道防洪安全。

6 结语

通过对项目区水土流失预测结果和危害进行分析来看，工程在建设过程中的主要水土保持防治重点是弃土场，弃土场可能新增的水土流失量占到可能新增水土流失总量的100%。因此，应将弃土场作为水土流失防治的重点区段，在主体工程设计中采取相应的防护、排水、绿化措施，加强弃土场的防治，重点应采取拦土工程、排水工程、土地整治和植被恢复措施，确保弃土安全。对于工程建设过程中的施工道路及施工场地区，在施工结束后应进行土地整治整理，在整个施工周期内，应对于施工道路区、施工生产生活区加强监测，重点监测施工期水土流失、土地整治恢复措施等的防治效果。水土流失预测对工程综合效益的充分发挥起着重要的保障作用。