摘 要 為監(jiān)測高速公路線形工程建設(shè)對水土流失的影響，掌握高速公路工程建設(shè)水土流失的特點，采用現(xiàn)場 調(diào)查、定位觀測和數(shù)字模擬等手段，分析了高速公路工程施工準備期、施工期和自然恢復期地表擾動面積及水 土流失量的變化特點，為有效防治高速公路線形工程建設(shè)水土流失、加強邊坡水土流失防治、強化恢復植被人 工管理與合理規(guī)劃棄渣場選址等提供參考。

　　關(guān)鍵詞 高速公路;地表擾動面積;水土流失

　　1 引言

　　水土流失一個是全球性的環(huán)境問題，會導致土地 貧瘠、巖石裸露、植被破壞、生態(tài)惡化，影響到人類和 其他動植物的生存，是一種廣泛發(fā)生的生態(tài)退化過 程[1] 。 我國是世界上水土流失較為嚴重的國家之一， 水土流失面積達 356 萬 km 2 ，占國土總面積的 37% ， 每年水土流失總量高達 50 多億 t，嚴重阻礙了我國社 會、經(jīng)濟的發(fā)展進程，致使國家生態(tài)文明建設(shè)和可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略面臨新挑戰(zhàn)[2，3] 。

　　水土保持論文范例：論城市水土流失和水土保持措施

　　我國主要的 3 種水土流失類型中，水力侵蝕分布 最為廣泛，尤其以山區(qū)、丘陵地區(qū)最為嚴重。 南方紅 壤區(qū)是我國水土流失最嚴重的區(qū)域之一[4] ，丘陵密 布、高降雨強度和裸露土壤上的持續(xù)耕作等因素共同 加劇了水土流失過程，導致土壤層完全喪失，形成了 以起伏裸露的溝壑為特征的“紅色沙漠”。 除自然因 素外，高速公路工程的大規(guī)模建設(shè)，加劇了水土流失 和生態(tài)環(huán)境破壞[5] 。 高速公路線形工程建設(shè)距離長、 涉及的生態(tài)類型多、地表擾動面積大，這無疑給工程 建設(shè)水土流失防治提出了更高要求。

　　因此，加強高速 公路工程在施工準備期、施工期和林草植被自然恢復 期 3 個特定階段的水土保持監(jiān)測，根據(jù)不同施工工藝 及工序流程劃分監(jiān)測分區(qū)，根據(jù)不同侵蝕、立地條件類型等劃分監(jiān)測單元，根據(jù)不同水土流失特征，為定 位、定量、動態(tài)地采集各項水土流失影響因子、治理措 施狀況等指標設(shè)置監(jiān)測點位顯得尤為重要。 閩粵高速公路泉州永春至龍巖永定段工程的水 土保持監(jiān)測采用現(xiàn)場調(diào)查、跟蹤觀測、遙感監(jiān)測和數(shù) 值模擬等手段，根據(jù)高速公路建設(shè)工程的特點，重點 監(jiān)測工程施工準備期、施工期和林草植被自然恢復期 等多個特定階段的地表擾動面積及水土流失量的變 化情況，分析各監(jiān)測分區(qū)和單元的水土流失特點，提 出相對應(yīng)的防治對策，這對于提升高速公路等線形工 程水土流失防治具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

　　2 監(jiān)測區(qū)概況

　　項目沿線屬于國家水力侵蝕類型南方紅壤丘陵 區(qū)，水土流失以微度水力侵蝕為主，線路全長 162􀆰 036 km，路基寬度 24􀆰 5m，總占地面積為 1 336􀆰 72hm 2 ，沿 線大部分沿著河床階地、山間盆地、臺地布設(shè)，路線走 廊帶地形在公路工程上屬山地丘陵區(qū)，部分路段沿著 溪南溪、雁石溪、永定河兩岸延伸。

　　屬亞熱帶海洋性季 風氣候區(qū)，年平均溫度 19􀆰 6℃，年平均降水量1 640mm， 屬于太湖流域九龍江水系，主要河流有西溪、溪南溪、 九龍江、雁石溪、永定河等，沿線土壤類型為紅壤、黃 壤和少量水稻土和紫色土;地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，林草平均覆蓋率為 78􀆰 5% ，占地類型為耕地 (水田、旱田、苗圃)、林地、荒地及其他地類等，所經(jīng) 地區(qū)土壤侵蝕強度不均勻，微度、輕度、中度 3 個不同 等級土壤侵蝕強度都存在。

　　3 監(jiān)測實施過程

　　根據(jù)高速公路建設(shè)的施工工藝及工序流程，本工 程的水土保持監(jiān)測工作劃分為施工準備期、施工期及 工程竣工后林草植被自然恢復期 3 個特定階段開展， 主要圍繞工程建設(shè)造成的地表擾動面積及水土流失 量變化情況進行動態(tài)監(jiān)測。 對工程建設(shè)過程進行跟蹤監(jiān)測周期共歷時 6 年， 從 2009 年 5 月 ～ 2015 年 9 月，其中 2009 年 5 ～ 9 月 為施工準備期;2009 年 10 月 ～ 2012 年 9 月為施工 期，總工期 3 年;2012 年 10 月 ～ 2015 年 9 月為林草 植被恢復期。 具體的野外監(jiān)測頻率為：施工準備期監(jiān) 測記錄 2 次，施工期和林草植被恢復期每季度監(jiān)測 1 次，遇暴雨、大風等情況及時加測。

　　根據(jù)水土流失類型、成因及影響因素結(jié)合高速公 路建設(shè)的施工工藝及工序流程，劃分為道路工程區(qū)、 橋梁隧道工程區(qū)、互通分離區(qū)、服務(wù)設(shè)施區(qū)、臨時設(shè)施 區(qū) 5 個不同的監(jiān)測分區(qū)，根據(jù)各監(jiān)測分區(qū)內(nèi)的典型立地類型及土壤侵蝕類型等劃分為 14 個監(jiān)測單元，根 據(jù)各監(jiān)測單元內(nèi)的不同水土流失特征，為定位、定量、 動態(tài)采集水土流失及其影響因子等指標，共設(shè)置 17 處監(jiān)測點位，命名為( S1 ～ S17)，其中道路工程區(qū)布 設(shè) 5 個點位(S1 ～ S5)、橋梁隧道工程區(qū)布設(shè) 3 個點位 (S6 ～ S8)、互通立交區(qū)布設(shè) 2 個點位(S9、S10)、服務(wù) 設(shè)施區(qū)布設(shè) 2 個點位( S11、S12)、臨時設(shè)施區(qū)布設(shè) 5 個點(S13 ～ S17)。

　　水土流失量的監(jiān)測主要選擇以土質(zhì)為主的可操 作的穩(wěn)定坡面，布設(shè)有代表性的定位觀測點采集水土 流失量的數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項目水土 保持監(jiān)測與評價標準》(GB / T51240 - 2018)中的計算 模型得出各個監(jiān)測點的水土流失量。 前后共布設(shè)定 位監(jiān)測點 17 個，采用測釬法采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的觀測點 有 8 個，其中道路工程區(qū)布設(shè) 2 個(S1、S2)，分別布設(shè) 在路基邊坡和路塹邊坡;橋梁隧道工程區(qū)布設(shè) 2 個 (S6、S7)，分別布設(shè)在橋梁區(qū)樁基基礎(chǔ)作業(yè)面和橋臺 的開挖邊坡;互通立交區(qū)的挖方邊坡布設(shè) 1 個( S9); 服務(wù)設(shè)施區(qū)挖方邊坡布設(shè) 1 個( S11);臨時設(shè)施區(qū)布 設(shè) 2 個(S13、S14)，分別布設(shè)在棄渣場填方邊坡和取 土場挖方邊坡。

　　采用簡易徑流小區(qū)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的觀測點有 6 個，其中道路工程區(qū)布設(shè) 2 個(S3、S4)，分 別布設(shè)在路基邊坡和路塹邊坡;橋梁隧道工程區(qū)在隧 道口的上方邊坡布設(shè) 1 個(S8);互通立交區(qū)的景觀綠 化處布設(shè) 1 個(S10);臨時設(shè)施區(qū)布設(shè) 2 個(S15、S16)， 均布設(shè)在棄渣場填方邊坡。 采用侵蝕溝測量法采集數(shù) 據(jù)的觀測點有 3 個，其中道路工程區(qū)的路基邊坡布設(shè) 1 個(S5)，服務(wù)設(shè)施區(qū)填邊坡布設(shè) 1 個(S12)，臨時設(shè)施 區(qū)的棄渣場填方邊坡布設(shè) 1 個(S17)。

　　地表擾動面積的監(jiān)測主要采用地面定位與遙感 監(jiān)測相結(jié)合的方式開展，采用手持 GPS 終端、手持激 光測距儀及無人機等，在施工準備期和施工期按季度 定期采集地面各監(jiān)測分區(qū)和監(jiān)測單元的關(guān)鍵控制點 及邊界拐點的定位坐標、高程數(shù)據(jù)等，再將地面定位 監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)導入 ArcGIS 遙感圖像處理軟件，并 對項目監(jiān)測區(qū)范圍內(nèi)的遙感圖像進行圖形校正后采 用機器解釋和人工判讀相結(jié)合的方式確定各監(jiān)測分 區(qū)和監(jiān)測單元擾動范圍的邊界線，然后對遙感圖像進 行矢量化處理，形成各監(jiān)測分區(qū)和監(jiān)測單元地表擾動 范圍的矢量數(shù)據(jù)圖層，通過定期的矢量數(shù)據(jù)圖層疊加 比對得到各監(jiān)測分區(qū)以及監(jiān)測單元的地表擾動范圍 面積數(shù)據(jù)及其變化情況。

　　4 監(jiān)測結(jié)果與分析

　　4􀆰 1 地表擾動面積

　　高速公路工程建設(shè)產(chǎn)生地表擾動的情況主要存 在于施工準備期和施工期，在林草植被自然恢復期由 于施工結(jié)束，不存在新增地表擾動的因素，因此地表 擾動范圍的監(jiān)測只圍繞施工準備期和施工期開展，并 分析地表擾動面積的變化。

　　在施工準備期地表擾動范圍僅限于臨時設(shè)施區(qū)中 的施工生產(chǎn)生活區(qū)和臨時施工便道，擾動面積為 31􀆰 1hm 2 ，主要是施工場地平整、施工板房的搭建 以及施工便道的整修所導致的，地表擾動范圍較小。 施 工期的地表擾動范圍由于施工作業(yè)面全面動工，地表擾 動面積大幅增加，總擾動地表面積為 1 305􀆰 61hm 2，各監(jiān)測分區(qū)占比從大到小為橋梁隧道工程區(qū) > 道路 工程區(qū) >臨時設(shè)施區(qū) >互通立交區(qū) > 服務(wù)設(shè)施區(qū)，占總 地表擾動面積的比例分別為 49􀆰 35%、35􀆰 72%、7􀆰 83%、 5􀆰 57%和1􀆰 53%。

　　按照年度監(jiān)測統(tǒng)計，新增擾動面積變化 情況為：第1 年(2009 年 10 月 ～ 2010 年 9 月) > 第 2 年 (2010 年10 月 ～2011 年9 月) >第3 年(2011 年 10 月 ～ 2012 年9 月)，年度新增擾動面積分別為 550􀆰 66 hm 2 、 496􀆰 05 hm 2 、258􀆰 90 hm 2 。在施工準備期，臨時設(shè)施區(qū)的 2 個監(jiān)測單元地表 擾動面積大小為施工生產(chǎn)生活區(qū) > 臨時施工便道，占 比分別為 64􀆰 31% 與 35􀆰 69% 。

　　在施工期橋梁隧道工 程區(qū) 2 個監(jiān)測單元地表擾動面積大小為隧道區(qū)域 > 橋梁區(qū)域，擾動面積占比分別為 65􀆰 32% 和 34􀆰 68% ; 道路工程區(qū) 4 個監(jiān)測單元地表擾動面積的大小排序 為路基路面 > 路基邊坡 > 道路綠化區(qū)域 > 路塹邊坡， 擾動面積占比分別為 39􀆰 38% 、29􀆰 80% 、20􀆰 20% 和 10􀆰 62% ;臨時設(shè)施區(qū)的 4 個監(jiān)測單元的大小排序為 棄渣場 > 取土場 > 施工生產(chǎn)生活區(qū) > 臨時施工便道， 擾動 面 積 占 比 分 別 是 60􀆰 78% 、 21􀆰 07% 、 11􀆰 2% 、 6􀆰 95% ，互通立交區(qū)的互通立交區(qū)域 > 互通立交綠化 區(qū)域，擾動面積占比分別是 63􀆰 04% 和 36􀆰 96% ;在服 務(wù)設(shè)施區(qū)中，服務(wù)設(shè)施建筑區(qū)域 > 服務(wù)設(shè)施綠化區(qū) 域，擾動面積占比分別是 59􀆰 90% 和 40􀆰 10% 。

　　根據(jù)擾動面積的監(jiān)測數(shù)據(jù)比對可知，在施工期橋 梁隧道工程區(qū)地表擾動面積占整個工程地表擾動面 積的近 50% ，這主要是由于線路穿越的閩粵交界區(qū) 多為山地、丘陵，橋梁長度占線路長度的 16􀆰 74% 、隧道占線路長度的 23􀆰 62% ，橋隧比超過 40% ，導致橋 梁隧道工程區(qū)建設(shè)擾動地表范圍面積大。 另外年度 新增的地表擾動面積隨著施工期逐年遞減，主要是施 工第 1 年處于清表施工、取棄土場的基礎(chǔ)建設(shè)和施工 道路修建階段，地表擾動范圍最大，隨著施工進度的 推進，路基、橋隧、互通等各項主要工程的逐步完工， 轉(zhuǎn)入路面鋪設(shè)和結(jié)構(gòu)安裝施工階段，新增地表擾動面積逐步減小。

　　4􀆰 2 水土流失量 為監(jiān)測高速公路工程建設(shè)過程中的水土流失量， 本項目重點監(jiān)測了工程在施工準備期、施工期及工程 竣工后林草植被自然恢復期各監(jiān)測分區(qū)、單元的水土 流失量及其變化情況。

　　4􀆰 2􀆰 1 施工準備期及施工期水土流失量 在施工準 備期因地表擾動產(chǎn)生的新增水土流失僅存在于臨時 設(shè)施區(qū)的施工生產(chǎn)生活區(qū)和施工臨時便道，新增水土 流失量為 168􀆰 5t，該階段主要是施工場地平 整、施工板房的搭建以及施工便道的整修，地表擾動 程度較輕。 施工期的水土流失總量為 145 156􀆰 04t，各分區(qū)水土流失量占比從大到小為道路 工程區(qū) > 互通立交區(qū)橋 > 臨時設(shè)施區(qū) > 梁隧道工程 區(qū) > 服務(wù)設(shè)施區(qū)，分別占水土流失總量的 58􀆰 30% 、 19􀆰 30% 、13􀆰 60% 、6􀆰 40% 和 2􀆰 40% ，其中，道路工程 區(qū)和互通立交區(qū)水土流失量占整個施工期流失總量 的 77% 以上，主要是受閩粵高速公路線路穿越地貌 類型屬、土壤類型等因素加上路基和互通立交工程土 石方的高挖低填形成大面積的裸露邊坡等因素的共 同驅(qū)動，極易造成水土流失。

　　5 討論

　　本項目在施工期新增地表擾動面積為1 305􀆰 61hm 2 ， 各監(jiān)測分區(qū)擾動地表面積占比從大到小為橋梁隧道 工程區(qū) > 道路工程區(qū) > 臨時設(shè)施區(qū) > 互通立交區(qū) > 服務(wù)設(shè)施區(qū)，橋梁隧道工程區(qū)的地表擾動面積占比最 高，主要是受南方山地丘陵區(qū)的線路工程沿線的橋隧 占比高的影響;新增擾動面積變化情況為施工期第 1 年 > 第 2 年 > 第 3 年，主要是受高速公路施工的時序 影響，施工期第 1 年由于作業(yè)面清表施工、取棄土場 及施工道路的基礎(chǔ)修建使得新增的地表擾動面積最 大，隨著施工進度的推進新增地表擾動面積逐年遞 減。

　　施工期的水土流失總量為 145 156􀆰 04t，各分區(qū) 水土流失量占比從大到小為道路工程區(qū) > 互通立交 區(qū)橋 > 臨時設(shè)施區(qū) > 梁隧道工程區(qū) > 服務(wù)設(shè)施區(qū)，受 項目區(qū)地貌類型、土壤類型及施工形成大面積的裸露 邊坡等因素的共同影響，道路工程區(qū)的水土流失量最 大，其次是互通立交區(qū)，兩者的水土流失量占整個施工 期流失總量的 77%以上;就年度流失量而言，變化為第 2 年 > 第 1 年 > 第 3 年。

　　林草植被自然恢復期水土流 失總量為 17 785􀆰 23t，各監(jiān)測分區(qū)水土流失量從大到小 為臨時設(shè)施區(qū) > 道路工程區(qū) > 互通立交區(qū) > 服務(wù)設(shè)施 區(qū)，受棄渣場、路基及路塹邊坡的坡度、土質(zhì)及植物立 地條件的影響，臨時設(shè)施區(qū)和道路工程區(qū)水土流失量 占總侵蝕量的 80􀆰 95% ;年度流失量變化為第 1 年 > 第 2 年 > 第 3 年。南方紅壤丘陵區(qū)高速公路工程建設(shè)在施工期和 林草植被自然恢復期，產(chǎn)生水土流失量最嚴重的區(qū)域 均為施工形成的裸露邊坡以及棄渣場，因此邊坡和棄 渣場的水土流失防控是工程建設(shè)水土保持工作的重 點和難點。

　　首先要及時進行人工干預改善邊坡的植物立地條件，加快植被生長速率，提高植被覆蓋率和 成活率，減少雨水沖刷造成的水土流失，降低邊坡水 土流失風險。 其次需合理規(guī)劃棄渣場選址及建設(shè)，一 是需要合理利用棄渣，對部分渣土進行綜合利用以減 少棄渣量;二是棄渣場選址盡量選擇在洼地或溝道 地形，可利用的庫容大，能減少臨時占地;三是棄渣 場的坡面應(yīng)按一定比例，盡量降低其高度，同時棄渣 場平臺中間以及坡腳需設(shè)排水溝，可有效地預防雨 水形成水流對相應(yīng)部位造成沖刷。

　　還應(yīng)確保所設(shè)排 水溝的暢通[4] ，這樣才可以進一步預防棄渣場的水 土流失。 最后要強化恢復植被的人工管理，除了上 述提到的路基、路塹邊坡及棄渣場外，道路綠化、互 通立交綠化和服務(wù)設(shè)施綠化區(qū)域的植被日常管理需 要進一步加強，部分區(qū)域植物存活率較低，發(fā)現(xiàn)枯 死、病死的植株應(yīng)立即采取措施，補植補種、更新草 種，加強維護和補植補造，提升整體水土保持措施 效果。

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　　作者：黃 邦 義