摘 要 為監測高速公路線形工程建設對水土流失的影響，掌握高速公路工程建設水土流失的特點，采用現場 調查、定位觀測和數字模擬等手段，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 工管理與合理規劃棄渣場選址等提供參考。
關鍵詞 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境問題，會導致土地 貧瘠、巖石裸露、植被破壞、生態惡化，影響到人類和 其他動植物的生存，是一種廣泛發生的生態退化過 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、經濟的發展進程，致使國家生態文明建設和可持 續發展戰略面臨新挑戰[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、丘陵地區最為嚴重。 南方紅 壤區是我國水土流失最嚴重的區域之一[4] ，丘陵密 布、高降雨強度和裸露土壤上的持續耕作等因素共同 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模建設，加劇了水土流失 和生態環境破壞[5] 。 高速公路線形工程建設距離長、 涉及的生態類型多、地表擾動面積大，這無疑給工程 建設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測，根據不同施工工藝 及工序流程劃分監測分區，根據不同侵蝕、立地條件類型等劃分監測單元，根據不同水土流失特征，為定 位、定量、動態地采集各項水土流失影響因子、治理措 施狀況等指標設置監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 土保持監測采用現場調查、跟蹤觀測、遙感監測和數 值模擬等手段，根據高速公路建設工程的特點，重點 監測工程施工準備期、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，分析各監測分區和單元的水土流失特點，提 出相對應的防治對策，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實意義。
2 監測區概況
項目沿線屬于國家水力侵蝕類型南方紅壤丘陵 區，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，路線走 廊帶地形在公路工程上屬山地丘陵區，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，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 地區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 監測實施過程
根據高速公路建設的施工工藝及工序流程，本工 程的水土保持監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， 主要圍繞工程建設造成的地表擾動面積及水土流失 量變化情況進行動態監測。 對工程建設過程進行跟蹤監測周期共歷時 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。 具體的野外監測頻率為：施工準備期監 測記錄 2 次，施工期和林草植被恢復期每季度監測 1 次，遇暴雨、大風等情況及時加測。
根據水土流失類型、成因及影響因素結合高速公 路建設的施工工藝及工序流程，劃分為道路工程區、 橋梁隧道工程區、互通分離區、服務設施區、臨時設施 區 5 個不同的監測分區，根據各監測分區內的典型立地類型及土壤侵蝕類型等劃分為 14 個監測單元，根 據各監測單元內的不同水土流失特征，為定位、定量、 動態采集水土流失及其影響因子等指標，共設置 17 處監測點位，命名為( S1 ～ S17)，其中道路工程區布 設 5 個點位(S1 ～ S5)、橋梁隧道工程區布設 3 個點位 (S6 ～ S8)、互通立交區布設 2 個點位(S9、S10)、服務 設施區布設 2 個點位( S11、S12)、臨時設施區布設 5 個點(S13 ～ S17)。
水土流失量的監測主要選擇以土質為主的可操 作的穩定坡面，布設有代表性的定位觀測點采集水土 流失量的數據，采集的數據根據《生產建設項目水土 保持監測與評價標準》(GB / T51240 - 2018)中的計算 模型得出各個監測點的水土流失量。 前后共布設定 位監測點 17 個，采用測釬法采集監測數據的觀測點 有 8 個，其中道路工程區布設 2 個(S1、S2)，分別布設 在路基邊坡和路塹邊坡;橋梁隧道工程區布設 2 個 (S6、S7)，分別布設在橋梁區樁基基礎作業面和橋臺 的開挖邊坡;互通立交區的挖方邊坡布設 1 個( S9); 服務設施區挖方邊坡布設 1 個( S11);臨時設施區布 設 2 個(S13、S14)，分別布設在棄渣場填方邊坡和取 土場挖方邊坡。
采用簡易徑流小區采集監測數據的觀測點有 6 個，其中道路工程區布設 2 個(S3、S4)，分 別布設在路基邊坡和路塹邊坡;橋梁隧道工程區在隧 道口的上方邊坡布設 1 個(S8);互通立交區的景觀綠 化處布設 1 個(S10);臨時設施區布設 2 個(S15、S16)， 均布設在棄渣場填方邊坡。 采用侵蝕溝測量法采集數 據的觀測點有 3 個，其中道路工程區的路基邊坡布設 1 個(S5)，服務設施區填邊坡布設 1 個(S12)，臨時設施 區的棄渣場填方邊坡布設 1 個(S17)。
地表擾動面積的監測主要采用地面定位與遙感 監測相結合的方式開展，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 定期采集地面各監測分區和監測單元的關鍵控制點 及邊界拐點的定位坐標、高程數據等，再將地面定位 監測采集的數據導入 ArcGIS 遙感圖像處理軟件，并 對項目監測區范圍內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合的方式確定各監測分 區和監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，形成各監測分區和監測單元地表擾動 范圍的矢量數據圖層，通過定期的矢量數據圖層疊加 比對得到各監測分區以及監測單元的地表擾動范圍 面積數據及其變化情況。
4 監測結果與分析
4 1 地表擾動面積
高速公路工程建設產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 于施工結束，不存在新增地表擾動的因素，因此地表 擾動范圍的監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施區中 的施工生產生活區和臨時施工便道，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，各監測分區占比從大到小為橋梁隧道工程區 > 道路 工程區 >臨時設施區 >互通立交區 > 服務設施區，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%。
按照年度監測統計，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，臨時設施區的 2 個監測單元地表 擾動面積大小為施工生產生活區 > 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 2 個監測單元地表擾動面積大小為隧道區域 > 橋梁區域，擾動面積占比分別為 65 32% 和 34 68% ; 道路工程區 4 個監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% ;臨時設施區的 4 個監測單元的大小排序為 棄渣場 > 取土場 > 施工生產生活區 > 臨時施工便道， 擾動 面 積 占 比 分 別 是 60 78% 、 21 07% 、 11 2% 、 6 95% ，互通立交區的互通立交區域 > 互通立交綠化 區域，擾動面積占比分別是 63 04% 和 36 96% ;在服 務設施區中，服務設施建筑區域 > 服務設施綠化區 域，擾動面積占比分別是 59 90% 和 40 10% 。
根據擾動面積的監測數據比對可知，在施工期橋 梁隧道工程區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 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 梁隧道工程區建設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、取棄土場的基礎建設和施工 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， 轉入路面鋪設和結構安裝施工階段，新增地表擾動面積逐步減小。
4 2 水土流失量 為監測高速公路工程建設過程中的水土流失量， 本項目重點監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測分區、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 備期因地表擾動產生的新增水土流失僅存在于臨時 設施區的施工生產生活區和施工臨時便道，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，各分區水土流失量占比從大到小為道路 工程區 > 互通立交區橋 > 臨時設施區 > 梁隧道工程 區 > 服務設施區，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 區和互通立交區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 ， 各監測分區擾動地表面積占比從大到小為橋梁隧道 工程區 > 道路工程區 > 臨時設施區 > 互通立交區 > 服務設施區，橋梁隧道工程區的地表擾動面積占比最 高，主要是受南方山地丘陵區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 年由于作業面清表施工、取棄土場 及施工道路的基礎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 水土流失量占比從大到小為道路工程區 > 互通立交 區橋 > 臨時設施區 > 梁隧道工程區 > 服務設施區，受 項目區地貌類型、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，道路工程區的水土流失量最 大，其次是互通立交區，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，各監測分區水土流失量從大到小 為臨時設施區 > 道路工程區 > 互通立交區 > 服務設施 區，受棄渣場、路基及路塹邊坡的坡度、土質及植物立 地條件的影響，臨時設施區和道路工程區水土流失量 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。南方紅壤丘陵區高速公路工程建設在施工期和 林草植被自然恢復期，產生水土流失量最嚴重的區域 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。 其次需合理規劃棄渣場選址及建設，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排水溝，可有效地預防雨 水形成水流對相應部位造成沖刷。
還應確保所設排 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 通立交綠化和服務設施綠化區域的植被日常管理需 要進一步加強，部分區域植物存活率較低，發現枯 死、病死的植株應立即采取措施，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。
參考文獻
[1]張云芝，胡云鋒，韓月琪，等. 全球主要生態退化區和研究 熱點區的空間分布與演變[ J/ OL]. 生態學報：1 - 15[2021 - 07 - 01]. http： / / kns. cnki. net / kcms/ detail / 11. 2031. Q. 20210629. 1538. 006. html
[2]孫鴻烈. 我國水土流失問題與防治對策[ J]. 中國水利， 2011(6)：16
[3]趙其國，黃國勤，馬艷芹. 中國南方紅壤生態系統面臨的問 題及對策[J]. 生態學報，2013，33(24)：7615 - 7622
作者：黃 邦 義
相關閱讀
