闽粤高速公路泉州永春至龙岩永定段工程水土保持监测分析

　　摘 要 为监测高速公路线形工程建设对水土流失的影响，掌握高速公路工程建设水土流失的特点，采用现场 调查、定位观测和数字模拟等手段，分析了高速公路工程施工准备期、施工期和自然恢复期地表扰动面积及水 土流失量的变化特点，为有效防治高速公路线形工程建设水土流失、加强边坡水土流失防治、强化恢复植被人 工管理与合理规划弃渣场选址等提供参考。

　　关键词 高速公路;地表扰动面积;水土流失

　　1 引言

　　水土流失一个是全球性的环境问题，会导致土地 贫瘠、岩石裸露、植被破坏、生态恶化，影响到人类和 其他动植物的生存，是一种广泛发生的生态退化过 程[1] 。 我国是世界上水土流失较为严重的国家之一， 水土流失面积达 356 万 km 2 ，占国土总面积的 37% ， 每年水土流失总量高达 50 多亿 t，严重阻碍了我国社 会、经济的发展进程，致使国家生态文明建设和可持 续发展战略面临新挑战[2，3] 。

　　水土保持论文范例：论城市水土流失和水土保持措施

　　我国主要的 3 种水土流失类型中，水力侵蚀分布 最为广泛，尤其以山区、丘陵地区最为严重。 南方红 壤区是我国水土流失最严重的区域之一[4] ，丘陵密 布、高降雨强度和裸露土壤上的持续耕作等因素共同 加剧了水土流失过程，导致土壤层完全丧失，形成了 以起伏裸露的沟壑为特征的“红色沙漠”。 除自然因 素外，高速公路工程的大规模建设，加剧了水土流失 和生态环境破坏[5] 。 高速公路线形工程建设距离长、 涉及的生态类型多、地表扰动面积大，这无疑给工程 建设水土流失防治提出了更高要求。

　　因此，加强高速 公路工程在施工准备期、施工期和林草植被自然恢复 期 3 个特定阶段的水土保持监测，根据不同施工工艺 及工序流程划分监测分区，根据不同侵蚀、立地条件类型等划分监测单元，根据不同水土流失特征，为定 位、定量、动态地采集各项水土流失影响因子、治理措 施状况等指标设置监测点位显得尤为重要。 闽粤高速公路泉州永春至龙岩永定段工程的水 土保持监测采用现场调查、跟踪观测、遥感监测和数 值模拟等手段，根据高速公路建设工程的特点，重点 监测工程施工准备期、施工期和林草植被自然恢复期 等多个特定阶段的地表扰动面积及水土流失量的变 化情况，分析各监测分区和单元的水土流失特点，提 出相对应的防治对策，这对于提升高速公路等线形工 程水土流失防治具有重要的理论和现实意义。

　　2 监测区概况

　　项目沿线属于国家水力侵蚀类型南方红壤丘陵 区，水土流失以微度水力侵蚀为主，线路全长 162􀆰 036 km，路基宽度 24􀆰 5m，总占地面积为 1 336􀆰 72hm 2 ，沿 线大部分沿着河床阶地、山间盆地、台地布设，路线走 廊带地形在公路工程上属山地丘陵区，部分路段沿着 溪南溪、雁石溪、永定河两岸延伸。

　　属亚热带海洋性季 风气候区，年平均温度 19􀆰 6℃，年平均降水量1 640mm， 属于太湖流域九龙江水系，主要河流有西溪、溪南溪、 九龙江、雁石溪、永定河等，沿线土壤类型为红壤、黄 壤和少量水稻土和紫色土;地带性植被为亚热带常绿阔叶林，林草平均覆盖率为 78􀆰 5% ，占地类型为耕地 (水田、旱田、苗圃)、林地、荒地及其他地类等，所经 地区土壤侵蚀强度不均匀，微度、轻度、中度 3 个不同 等级土壤侵蚀强度都存在。

　　3 监测实施过程

　　根据高速公路建设的施工工艺及工序流程，本工 程的水土保持监测工作划分为施工准备期、施工期及 工程竣工后林草植被自然恢复期 3 个特定阶段开展， 主要围绕工程建设造成的地表扰动面积及水土流失 量变化情况进行动态监测。 对工程建设过程进行跟踪监测周期共历时 6 年， 从 2009 年 5 月 ～ 2015 年 9 月，其中 2009 年 5 ～ 9 月 为施工准备期;2009 年 10 月 ～ 2012 年 9 月为施工 期，总工期 3 年;2012 年 10 月 ～ 2015 年 9 月为林草 植被恢复期。 具体的野外监测频率为：施工准备期监 测记录 2 次，施工期和林草植被恢复期每季度监测 1 次，遇暴雨、大风等情况及时加测。

　　根据水土流失类型、成因及影响因素结合高速公 路建设的施工工艺及工序流程，划分为道路工程区、 桥梁隧道工程区、互通分离区、服务设施区、临时设施 区 5 个不同的监测分区，根据各监测分区内的典型立地类型及土壤侵蚀类型等划分为 14 个监测单元，根 据各监测单元内的不同水土流失特征，为定位、定量、 动态采集水土流失及其影响因子等指标，共设置 17 处监测点位，命名为( S1 ～ S17)，其中道路工程区布 设 5 个点位(S1 ～ S5)、桥梁隧道工程区布设 3 个点位 (S6 ～ S8)、互通立交区布设 2 个点位(S9、S10)、服务 设施区布设 2 个点位( S11、S12)、临时设施区布设 5 个点(S13 ～ S17)。

　　水土流失量的监测主要选择以土质为主的可操 作的稳定坡面，布设有代表性的定位观测点采集水土 流失量的数据，采集的数据根据《生产建设项目水土 保持监测与评价标准》(GB / T51240 - 2018)中的计算 模型得出各个监测点的水土流失量。 前后共布设定 位监测点 17 个，采用测钎法采集监测数据的观测点 有 8 个，其中道路工程区布设 2 个(S1、S2)，分别布设 在路基边坡和路堑边坡;桥梁隧道工程区布设 2 个 (S6、S7)，分别布设在桥梁区桩基基础作业面和桥台 的开挖边坡;互通立交区的挖方边坡布设 1 个( S9); 服务设施区挖方边坡布设 1 个( S11);临时设施区布 设 2 个(S13、S14)，分别布设在弃渣场填方边坡和取 土场挖方边坡。

　　采用简易径流小区采集监测数据的观测点有 6 个，其中道路工程区布设 2 个(S3、S4)，分 别布设在路基边坡和路堑边坡;桥梁隧道工程区在隧 道口的上方边坡布设 1 个(S8);互通立交区的景观绿 化处布设 1 个(S10);临时设施区布设 2 个(S15、S16)， 均布设在弃渣场填方边坡。 采用侵蚀沟测量法采集数 据的观测点有 3 个，其中道路工程区的路基边坡布设 1 个(S5)，服务设施区填边坡布设 1 个(S12)，临时设施 区的弃渣场填方边坡布设 1 个(S17)。

　　地表扰动面积的监测主要采用地面定位与遥感 监测相结合的方式开展，采用手持 GPS 终端、手持激 光测距仪及无人机等，在施工准备期和施工期按季度 定期采集地面各监测分区和监测单元的关键控制点 及边界拐点的定位坐标、高程数据等，再将地面定位 监测采集的数据导入 ArcGIS 遥感图像处理软件，并 对项目监测区范围内的遥感图像进行图形校正后采 用机器解释和人工判读相结合的方式确定各监测分 区和监测单元扰动范围的边界线，然后对遥感图像进 行矢量化处理，形成各监测分区和监测单元地表扰动 范围的矢量数据图层，通过定期的矢量数据图层叠加 比对得到各监测分区以及监测单元的地表扰动范围 面积数据及其变化情况。

　　4 监测结果与分析

　　4􀆰 1 地表扰动面积

　　高速公路工程建设产生地表扰动的情况主要存 在于施工准备期和施工期，在林草植被自然恢复期由 于施工结束，不存在新增地表扰动的因素，因此地表 扰动范围的监测只围绕施工准备期和施工期开展，并 分析地表扰动面积的变化。

　　在施工准备期地表扰动范围仅限于临时设施区中 的施工生产生活区和临时施工便道，扰动面积为 31􀆰 1hm 2 ，主要是施工场地平整、施工板房的搭建 以及施工便道的整修所导致的，地表扰动范围较小。 施 工期的地表扰动范围由于施工作业面全面动工，地表扰 动面积大幅增加，总扰动地表面积为 1 305􀆰 61hm 2，各监测分区占比从大到小为桥梁隧道工程区 > 道路 工程区 >临时设施区 >互通立交区 > 服务设施区，占总 地表扰动面积的比例分别为 49􀆰 35%、35􀆰 72%、7􀆰 83%、 5􀆰 57%和1􀆰 53%。

　　按照年度监测统计，新增扰动面积变化 情况为：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)，年度新增扰动面积分别为 550􀆰 66 hm 2 、 496􀆰 05 hm 2 、258􀆰 90 hm 2 。在施工准备期，临时设施区的 2 个监测单元地表 扰动面积大小为施工生产生活区 > 临时施工便道，占 比分别为 64􀆰 31% 与 35􀆰 69% 。

　　在施工期桥梁隧道工 程区 2 个监测单元地表扰动面积大小为隧道区域 > 桥梁区域，扰动面积占比分别为 65􀆰 32% 和 34􀆰 68% ; 道路工程区 4 个监测单元地表扰动面积的大小排序 为路基路面 > 路基边坡 > 道路绿化区域 > 路堑边坡， 扰动面积占比分别为 39􀆰 38% 、29􀆰 80% 、20􀆰 20% 和 10􀆰 62% ;临时设施区的 4 个监测单元的大小排序为 弃渣场 > 取土场 > 施工生产生活区 > 临时施工便道， 扰动 面 积 占 比 分 别 是 60􀆰 78% 、 21􀆰 07% 、 11􀆰 2% 、 6􀆰 95% ，互通立交区的互通立交区域 > 互通立交绿化 区域，扰动面积占比分别是 63􀆰 04% 和 36􀆰 96% ;在服 务设施区中，服务设施建筑区域 > 服务设施绿化区 域，扰动面积占比分别是 59􀆰 90% 和 40􀆰 10% 。

　　根据扰动面积的监测数据比对可知，在施工期桥 梁隧道工程区地表扰动面积占整个工程地表扰动面 积的近 50% ，这主要是由于线路穿越的闽粤交界区 多为山地、丘陵，桥梁长度占线路长度的 16􀆰 74% 、隧道占线路长度的 23􀆰 62% ，桥隧比超过 40% ，导致桥 梁隧道工程区建设扰动地表范围面积大。 另外年度 新增的地表扰动面积随着施工期逐年递减，主要是施 工第 1 年处于清表施工、取弃土场的基础建设和施工 道路修建阶段，地表扰动范围最大，随着施工进度的 推进，路基、桥隧、互通等各项主要工程的逐步完工， 转入路面铺设和结构安装施工阶段，新增地表扰动面积逐步减小。

　　4􀆰 2 水土流失量 为监测高速公路工程建设过程中的水土流失量， 本项目重点监测了工程在施工准备期、施工期及工程 竣工后林草植被自然恢复期各监测分区、单元的水土 流失量及其变化情况。

　　4􀆰 2􀆰 1 施工准备期及施工期水土流失量 在施工准 备期因地表扰动产生的新增水土流失仅存在于临时 设施区的施工生产生活区和施工临时便道，新增水土 流失量为 168􀆰 5t，该阶段主要是施工场地平 整、施工板房的搭建以及施工便道的整修，地表扰动 程度较轻。 施工期的水土流失总量为 145 156􀆰 04t，各分区水土流失量占比从大到小为道路 工程区 > 互通立交区桥 > 临时设施区 > 梁隧道工程 区 > 服务设施区，分别占水土流失总量的 58􀆰 30% 、 19􀆰 30% 、13􀆰 60% 、6􀆰 40% 和 2􀆰 40% ，其中，道路工程 区和互通立交区水土流失量占整个施工期流失总量 的 77% 以上，主要是受闽粤高速公路线路穿越地貌 类型属、土壤类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积的裸露边坡等因素的共 同驱动，极易造成水土流失。

　　5 讨论

　　本项目在施工期新增地表扰动面积为1 305􀆰 61hm 2 ， 各监测分区扰动地表面积占比从大到小为桥梁隧道 工程区 > 道路工程区 > 临时设施区 > 互通立交区 > 服务设施区，桥梁隧道工程区的地表扰动面积占比最 高，主要是受南方山地丘陵区的线路工程沿线的桥隧 占比高的影响;新增扰动面积变化情况为施工期第 1 年 > 第 2 年 > 第 3 年，主要是受高速公路施工的时序 影响，施工期第 1 年由于作业面清表施工、取弃土场 及施工道路的基础修建使得新增的地表扰动面积最 大，随着施工进度的推进新增地表扰动面积逐年递 减。

　　施工期的水土流失总量为 145 156􀆰 04t，各分区 水土流失量占比从大到小为道路工程区 > 互通立交 区桥 > 临时设施区 > 梁隧道工程区 > 服务设施区，受 项目区地貌类型、土壤类型及施工形成大面积的裸露 边坡等因素的共同影响，道路工程区的水土流失量最 大，其次是互通立交区，两者的水土流失量占整个施工 期流失总量的 77%以上;就年度流失量而言，变化为第 2 年 > 第 1 年 > 第 3 年。

　　林草植被自然恢复期水土流 失总量为 17 785􀆰 23t，各监测分区水土流失量从大到小 为临时设施区 > 道路工程区 > 互通立交区 > 服务设施 区，受弃渣场、路基及路堑边坡的坡度、土质及植物立 地条件的影响，临时设施区和道路工程区水土流失量 占总侵蚀量的 80􀆰 95% ;年度流失量变化为第 1 年 > 第 2 年 > 第 3 年。南方红壤丘陵区高速公路工程建设在施工期和 林草植被自然恢复期，产生水土流失量最严重的区域 均为施工形成的裸露边坡以及弃渣场，因此边坡和弃 渣场的水土流失防控是工程建设水土保持工作的重 点和难点。

　　首先要及时进行人工干预改善边坡的植物立地条件，加快植被生长速率，提高植被覆盖率和 成活率，减少雨水冲刷造成的水土流失，降低边坡水 土流失风险。 其次需合理规划弃渣场选址及建设，一 是需要合理利用弃渣，对部分渣土进行综合利用以减 少弃渣量;二是弃渣场选址尽量选择在洼地或沟道 地形，可利用的库容大，能减少临时占地;三是弃渣 场的坡面应按一定比例，尽量降低其高度，同时弃渣 场平台中间以及坡脚需设排水沟，可有效地预防雨 水形成水流对相应部位造成冲刷。

　　还应确保所设排 水沟的畅通[4] ，这样才可以进一步预防弃渣场的水 土流失。 最后要强化恢复植被的人工管理，除了上 述提到的路基、路堑边坡及弃渣场外，道路绿化、互 通立交绿化和服务设施绿化区域的植被日常管理需 要进一步加强，部分区域植物存活率较低，发现枯 死、病死的植株应立即采取措施，补植补种、更新草 种，加强维护和补植补造，提升整体水土保持措施 效果。

　　参考文献

　　[1]张云芝，胡云锋，韩月琪，等. 全球主要生态退化区和研究 热点区的空间分布与演变[ J/ OL]. 生态学报：1 - 15[2021 - 07 - 01]. http： / / kns. cnki. net / kcms/ detail / 11. 2031. Q. 20210629. 1538. 006. html

　　[2]孙鸿烈. 我国水土流失问题与防治对策[ J]. 中国水利， 2011(6)：16

　　[3]赵其国，黄国勤，马艳芹. 中国南方红壤生态系统面临的问 题及对策[J]. 生态学报，2013，33(24)：7615 - 7622

　　作者：黄 邦 义