郭丽娟

(新疆绿疆源生态工程有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830099)

新疆地处半干旱的内陆地区，降雨量少且分布不均，水土流失现象极为严重，具有侵蚀类型复杂，空间异质性和侵蚀敏感性强等特点，给当地的生态环境和社会经济发展带来诸多影响[1- 2]。公路工程作为重要的基础设施，对于促进地区经济社会发展起到了不可替代的作用，然而修建公路势必会对沿线生态环境造成破坏，尤其是一些挖方、填方边坡，由于土体受到了扰动，导致其稳定性显著降低，如果不采取水土保持措施，就很可能在降雨作用下发生较为严重的水土流失问题[3- 4]。

本文以新疆伊犁河谷地区公路工程的填方边坡为研究对象，通过现场踏查，并基于理论计算对5种措施的水土保持效果进行了分析评价，寻找当地适宜的最佳水土保持措施和影响水土保持效果的因素，为将来在该地区建设公路时进行边坡植被恢复提供借鉴。

1 区域概况

伊犁河谷位于新疆维吾尔自治区西部伊犁河上游，东、北、南3个方向均环山，总面积约为5.64万km2，其中山地丘陵和河谷平原占比分别为75.1%和24.4%。河谷地区主要分布着灰钙土、黑钙土、灰漠土、草甸土、森林土等土壤，森林覆盖率为6.7%，年平均降雨量为230～520mm，年平均温度为2.9～9.1℃，年平均风速为1.7～2.7m/s，年平均日照数为2541.8～2930.4h。伊犁河谷地区拥有丰富的水资源，主要以降水和高山融冰融雪水为主，境内年平均径流量高达167亿m3。经调查，伊犁河谷地区轻中度水土流失面积约为13626km2，强烈及以上的水土流失面积约为1533km2，主要以水力、重力和风力侵蚀为主[5- 7]。

2 水土保持措施类型

对伊犁河谷地区的不同工程填方边坡进行了调查，发现该地的水土保持措施类型可划分为以下几类[8]：拱形骨架+自然恢复(编号为1)、方格网+自然恢复(编号为2)、拱形骨架+撒播草种(编号为3)、方格网+撒播草种(编号为4)、自然恢复(编号为5)等5种水土保持措施，如图1所示。

图1 不同类型水土保持措施

选取位置、朝向、坡比、坡长等参数相等或者相似的几个区域进行取样调查和分析，调查对象基本信息见表1。

表1 不同水土保持措施边坡基本信息 单位:m

3 调查结果分析

3.1 土壤含水率、容重、孔隙度

不同水土保持措施下土壤含水率、容重和孔隙结构特征如图2所示。

图2 不同水土保持措施的土壤含水率、容重、孔隙度对比

由图2(a)可知，在5组水土保持措施中，1、3组的平均土壤含水率最高，分别达到24.8%和24%，2、4组的平均土壤含水率次之，分别为13.1%和14.5%，而5组的平均土壤含水率仅为7%，这说明采用拱形骨架+自然恢复以及拱形骨架+撒播草种措施的土壤含水率显著高于其他措施，相比自然恢复措施，土壤含水率增加近250%，相比方格网+自然恢复以及方格网+撒播草种也提升约70%；布设水土保持措施时，改变了地表原有的形态，延长了径流在边坡上的滞留时间，使得边坡土壤可以存储更多的降水，然而方格网的水土保持措施会较大程度上造成土壤二次扰动，破坏了原有土壤的结构(减小毛管孔隙度的占比)，导致在降水过程中的渗入量降低，故而土壤含水率不如拱形骨架[9]。土壤容重的排序从大到小依次为：4>3>2>1>5，即采用撒播草种的方式相比其他措施而言，更容易增加边坡土壤的紧实度，同时方格网施工对于边坡土壤的二次扰动也会在一定程度上增加土壤的密实度。

由图2(b)可知，对于不同水土保持措施土壤的孔隙度而言，从大到小排序依次为：2>1>5>3和4，采用方格网+自然恢复的土壤孔隙度是最高的，采用拱形骨架+撒播草种和方格网+撒播草种方式是最低的；对于毛管孔隙而言，从大到小依次排序为：1>2>3>5>4，采用拱形骨架+自然恢复的方式下土壤毛管孔隙占比最高，采用方格网+撒播草种的方式下土壤毛管孔隙占比最低。

3.2 土壤抗侵蚀性、抗冲性

不同水土保持措施的土壤抗侵蚀性指数和抗冲系数对比结果如图3所示。

图3 不同水土保持措施的土壤抗侵蚀指数、抗冲系数对比

由图3可知，不管是抗侵蚀指数还是抗冲系数，均是3组(拱形骨架+撒播草种)最大，分别达到了0.91和0.92，这是因为在植物根系可以网结与桩固土壤，减小降雨对边坡造成的侵蚀和冲刷，同时植物根系也可以分泌有机质使边坡土壤颗粒粘聚在一起，从而进一步达到固土的作用。采用自然恢复方式时，土壤的抗蚀性和抗冲性系数变化较大，这主要是因为在自然恢复情况下土壤极易被降雨径流冲散和悬浮，从而形成细小颗粒堵塞土壤孔隙，导致土壤的抗蚀能力变差。

3.3 植被覆盖度

不同水土保持措施的边坡植被覆盖率如图4所示。

图4 不同水土保持措施的边坡植被覆盖率

由图4可知，采用拱形骨架+自然恢复和方格网+自然恢复的水土保持方式时，植被覆盖率最高，均达到了41.5%，采用拱形骨架+撒播草种和方格网+撒播草种的植被覆盖率分别为33%和30%，采用自然恢复的植被覆盖率仅为19%。采用撒播草种方式的植被覆盖率不如自然恢复的主要原因为：在工程建设过程中，为了尽快达到植被恢复效果，撒播草种基本为外来物种，这种外来物种具有早期生长快的特点，但由于其不能立马适应当地的自然环境，在后期生长时会遇到一定的限制，从而逐渐被本土自然恢复的植物群落所取代。从短期来讲，撒播草种不但可以迅速恢复植被覆盖，同时还能为后期自然恢复截蓄足够的水分，因此撒播草种的水土保持方式应用比较广泛。

3.4 综合评价

采用灰色关联法和变异系数法对不同水土保持措施的各调查指标进行相关度和相关系数计算，结果见表2。

表2 不同水土保持措施综合评价结果

由表2可知，对于填方边坡，综合评价值G(k)从大到小排序为：3>1>2>4>5，表明在5种水土保持措施中，采用拱形骨架+撒播草种方式的水土保持效果是最好的；对于灰色关联度指标的相关系数ri而言，总孔隙度>毛管孔隙度>容重>含水率>抗蚀指数>抗冲系数，表明边坡土壤总孔隙度、毛管孔隙度和容重对于水土保持措施产生效果的影响相对较大，而抗蚀指数、抗冲系数对于水土保持措施产生效果的影响相对较小，这2个指标也是造成不同措施水土保持效果存在差异的主要原因。

4 结论

基于现场调查和计算分析，对新疆伊犁河谷地区填方边坡不同水土措施的效果进行综合评价，得出如下结论。

(1)采取水土保持措施，能够显著提升边坡土壤的含水率和植被覆盖率，但在一定程度上也会造成边坡土壤的二次扰动，从而使边坡的抗蚀性和抗冲性降低。

(2)通过综合评价认为：拱形骨架+撒播草种的水土保持方式为最佳措施，在此措施下可保持土壤较高的含水率，最好的抗蚀性和抗冲性，同时土壤容重、孔隙度、植被覆盖率适中。

(3)土壤总孔隙度是影响水土保持措施效果的最主要原因，抗冲系数对水土保持措施产生效果的影响最小，也是造成不同措施水土保持效果存在差异的主要因素。