高速公路建设水土流失与水土保持研究.pdf

年 期 高速公路建设水土流失与水土保持研究蔡万鹏（交科院科技集团有限公司，北京）摘 要 水土流失是高速公路建设过程中常出现的环境现象 如何做好水土保持工作也是各工程建设单位所关注的重点问题 文章以连霍高速 新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程为实际案例 详细分析了高速公路建设过程中水土流失问题的具体成因 并结合工程实际提出了具有可参考性的水土保持策略 以期为中国高速公路建设工程提供参考 关键词 高速公路建设 水土流失 水土保持中图分类号 收稿日期：引言便利发达的交通网络是地区经济发展的必要条件，社会经济的进步同样能促进地区交通设施的发展。自“一带一路”政策提出后，新疆作为“路上丝绸之路”的组成部分占据了重要的地理位置。新疆地处我国内陆，陆运是其主要交通运输方式，其中高速公路作为新疆陆运的重要组成部分，其建设情况影响着新疆交通网络的发展。然而新疆属于温带大陆性干旱气候，地区降水少，日照充足且蒸发量大，地表生态脆弱，这就导致新疆地区的高速公路在建设过程中容易出现各类水土流失问题。水土流失的危害分析水土流失是高速公路项目建设过程中常见的问题。若不及时实施有效的水土保持措施，必然会引发和加剧项目建设区的水土流失，甚至对项目周边生态环境造成不良影响。水土流失的危害包含以下方面。占压和破坏土地资源项目建设时大量土地被各种建构物、路基等占压，破坏原有地表和植被，增加裸土地面积，降低土壤抗蚀性，增大水土流失量，破坏土地资源。增加项目区水土流失项目建设时剧烈扰动地表，损毁地表植被，扰动破坏地表土壤结构，导致地表覆盖物和表层土壤结构遭破坏（土质变疏松），在地表径流和风力等外营力作用下，极易加速项目建设区和周边地区土壤侵蚀。降低区域土地生产力项目建设过程中，表层土剥离以及施工机械车辆的碾压，使地表植被破坏，地表土壤疏松，在外营力作用下，使土壤的有机质大量流失，加之路面的硬化等，使土体入渗和蓄水能力降低，造成土地生产力下降。水土流失的成因分析 自然因素（）缺乏植被覆盖。干旱气候下，新疆地区植被生长较为缓慢，甚至不稳定。而且由于缺少降雨或者雪水的滋润，这些植被更容易枯死、凋萎或者失去活力。因此，裸露的土壤表层没有树木和草本植物等植被覆盖保护，会因强风、雨水冲刷等自然条件的影响而导致土壤松散，进而形成水土流失现象。（）土壤蒸发速度加快。干旱气候下，新疆地区阳光直环境保护与节能中国厨卫 中国厨卫射时间长，气温高，土壤容易失去水分，从而导致土壤变得干燥、松散。这种情况下，当遇到强降雨时，土壤难以吸收和保存水分，也就容易引发水土流失现象。（）强风干扰。新疆地区经常出现强风天气，这些强风不仅能够吹走植被，还能够将土壤表面的松散颗粒和小石子等物质吹到空中。这些颗粒会形成沙尘暴、旋涡等天气现象，严重影响了土壤固有结构的稳定性，也是导致水土流失发生的主要原因之一。（）坡度较大。新疆地区的地势大多较为陡峭，而且山地地貌复杂。在高速公路建设过程中，梯田式建设方式使路基与山体之间存在一定的坡度差异，如果在施工过程中没有注意加强防护措施，就容易出现水土流失现象。除此之外，项目建设时路基清表、桥基处理等工作会导致项目建设区原地表和植被遭受破坏，出现地表裸露、土壤结构疏松等问题，最后在在雨水及大风等外营力作用下出现水土流失问题。项目区属于“三北戈壁沙漠及沙地风沙区”中准噶尔绿洲荒漠草原轻度风蚀和水蚀区，干燥少雨，蒸发量大，春季多风。降水和大风会对裸露地表的土壤侵蚀造成比较严重的影响。人为因素（）路基填筑。路基工程施工直接导致地表原始植被损毁和土壤原始结构破坏，使地表土壤抗冲和抗蚀能力急剧降低，导致水土流失加剧。路基填筑过程中，裸露边坡如果不及时实施水土保持措施，在遇大雨和大风等不利天气时，易产生水土流失。（）基础开挖。桥梁桩基和附属设施区建筑物基础的开挖将会对一定范围的地表造成扰动，地表植被损毁和土壤结构遭严重破坏，土壤抗侵蚀能力降低。当区域地形起伏较大，原始坡面较陡时，基础开挖产生的临时堆土更为土壤侵蚀创造流失源。（）取土场和弃渣场。项目建设时对取土场和弃渣场地表频繁剧烈扰动，导致表层土结构松散，抗蚀能力骤降。且土石方挖填数量较大，扰动破坏面积大，是重要水土流失点。（）施工工序。水土保持工程施工时序安排对其防治效果影响很大，例如，在进行临时堆积作业之前，必须先进行拦截，然后再进行苫盖；在完成临时占地之后，也要及时进行土地平整。如果施工时序安排不当，将不能有效减少施工时新增水土流失量。（）临建设施。项目建设过程中，将对临建占地（施工生产生活区和施工道路）范围内的植被和地表扰动破坏，致使原地表土体的抗蚀性能急剧降低，增加地表裸露面积和水土流失源，造成项目建设区局部土壤流失量的骤增。有效策略 合理划分防治区域新疆地区的地形地貌变化多样，使得不同地区的水土流失原因存在差异，进行水土保持的方式也各不相同。因此，施工单位可结合施工地区的地理水文环境、水土流失现状和施工的具体方式等，来合理划分水土流失的防治区域，并按照不同地区的特征来制定具有针对性的水土保持方案，以此来提高水土防治工作的有效性。以案例项目为例，该项目首先根据土壤侵蚀类型、侵蚀强度、地形地貌、气候类型等自然特征，并采用调查与分析相结合的方法，将该项目水土流失防治责任范围划分为冲洪积平原区和中低山区）两个一级分区；再根据工程总体布局、各单位工程特点、项目组成、占地性质、施工扰动土地情况来将一级分区划分了 类二级分区；最后，为进一步布设水土保持措施，将隶属二级分区的取土场防治区细分为三级分区，具体分区情况见表。表 案例项目水土流失防治区划分结果表一级冲洪积平原区中低山区二级路基工程区桥梁工程区互通工程区附属设施区取土场区弃渣场区施工生产生活区施工便道区路基工程区桥梁工程区隧道工程区附属设施区弃渣场区施工生产生活区施工便道区三级取土场区取（弃）土场区平地型弃渣场区沟道型弃渣场区 针对不同分区，施工单位可采用不同的水土保持治理策略。例如，路基工程区的主要治理措施包括修建路基排水工程、边坡防护工程、实施表土剥离与回填、进行土地平整、临时苫盖等；互通工程区的主要是包括修建互通式立交区的边沟、排水沟和急流槽等排水工程，搭建拱形骨架护坡、混凝土方格护坡等边坡防护工程，对局部地表土壤较好区域采取表土剥离措施，环岛栽植乔灌和撒播草籽等绿化工程。此外，施工期间裸露的地表需采取洒水措施等。通过合理划分具有层次性的防治区域，施工单位首先可针对不同区域采取工程措施、植物措施和临时措施等水土保持手段，提高施工资源的利用率，最大化地降低水土流失概率；其次，分区域防止还可有效提高管理效率，确保每一个防治区都有专人或专团负责，有效避免施工过程中出现责任推诿等情况；最后，能够有效促进水土保持的经验积累与技术创新，总结不同类型区域的防治要点，为未来的情况相似的高速公路工程建设提供借鉴与参考。科学种植防护植被地表植被是水土保持的重要因素，科学种植防护植被能够以绿色环保的方式来降低施工区域水土流失的危害。在高速公路建设中，施工单位应该综合考虑气候、土壤、地形等因素，并以此为基础，选择适宜的树种和草种。在进行绿化时，应该根据“适地适树”的原则，结合当地的水土保持绿化经验，将植物分区并采取不同的种植措施来达到最佳的养护效果。例如，在设计案例项目植被方案时，施工单中国厨卫 环境保护与节能 年 期 位首先需要从项目地点的立地条件进行分析，温带大陆性干旱气候带来了干旱少雨，日照时间长，光热资源丰富，蒸发强烈，昼夜温差大的气候特点；而项目沿线的土壤机质平均含量低，速效养分含量低，土壤肥力状况较差，只有极少部分耐旱耐贫瘠的植物可生长；此外，由于新疆水资源匮乏，为不给项目地区用水带来额外的压力，附属设施区植物措施仅利用生活用水和天然降水作为灌溉水源，其他区域植物措施仅利用天然降水作为灌溉水源。基于以上条件，施工单位最终选择了具有良好坚固性、耐热性、耐盐性的树种与草种，其中首选本土繁衍情况较好的乡土树种，其次选择多年种植引进树种。这些树种的适生性较强，易于成活和繁衍，且具有抗寒、抗旱、耐瘠薄、根系发达、固土能力强的优势（如图 所示）。图 案例项目防护植被的种植情况 合理安排施工工序高速公路项目的施工工序复杂多样，而施工时序安排对其防治效果影响很大，如果施工时序安排不当，将容易导致施工时产生水土流失的问题，因此施工单位必须合理安排施工工序。一方面，在施工前，施工单位应制定详细的土地保护方案，并预留足够的时间来进行土地保护和恢复工作。例如在开挖土方之前，需要先完成地表植被的清除和移植，并进行喷淋、覆盖等防护措施。另一方面，对于容易产生水土流失的区域，如坡度较大的区域或者裸露的岩石地带，施工单位应该优先进行施工，并采取一系列的防治措施。例如案例项目在开展填方路基施工工作时，严格按照“清除地面杂物排除地表水修建截排水工程清除表层土平地机、推土机整平压路机压实路基填筑”的顺序进行施工。通过合理安排施工工序，不仅提升了施工效率，还有效减少了施工过程中水土流失的情况，为后续的水土保持工程奠定了基础。做好水土监测工作水土保持监测是高速公路项目建设过程中的重要组成部分。水土保持监测工作的内容主要由以下几部分组成。其一，扰动土地情况监测。扰动土地情况监测包括扰动范围、面积、土地利用类型及其变化情况等。按照不同扰动类型（线型扰动）对扰动区域进行动态监测。其二，取土和弃渣监测。对项目建设实际设置所有取土场和弃渣场进行监测。监测内容包括取土场和弃渣场的位置、数量、土石方数量及水土保持措施落实情况等。其三，水土流失状况监测。水土流失情况监测主要包括：评估水土流失的程度，确定土壤流失的范围，以及考虑可能导致水土流失的因素。其四，水土保持监测。主要是对工程措施、植物措施和临时措施进行监测。水土保持监测单位需要根据项目的实际建设情况来进行监测点的布设，以确保监测点能够覆盖整个项目区，保证水土保持监测对象的全面性、代表性以及监测数据的合理性。此外，水土保持监测单位还需确保水土监测的频次，根据相关规范标准等结合项目实际情况来开展监测工作。例如，案例项目通过合理分区对不同二级区域采取了不同的监测方式（见表）。表 案例项目水土保持监测计划表（节选）监测分区一级分区二级分区对应桩号监测内容监测点类型冲洪积平原路基工程防治区桥涵工程防治区互通工程防治区 附属设施防治区取弃土料场防治区施工生产生活防治区施工便道防治区原地貌扰动地表情况；坡度及挖方量等；土流失情况；临时措施布置情况。扰动地表情况，挖方量等，水土流失情况；临时措施布置情况。扰动地表情况，挖方量等，水土流失情况；临时措施布置情况。扰动地表情况；弃渣高度、坡度及弃方量等；临时措施布量情况。扰动地表情况；水土流失情况；临时措施布置情况。水土流失量变化、防护措施数量及质量。外地形地貌情况、土壤颗粒组成情况、坡度、水土流失情况地面观测地面观测调查、巡查地面观测调查、巡查调查、巡查地面观测调查、巡查地面观测地面观测 结语建设单位在大力建造交通网络的同时，必须重视工程建造过程中的水土流失问题，通过不断完善水土保持措施，加强水土监测工作来减少工程对区域环境的破坏。在开展水土流失防治过程中，一方面要重视预防工作，通过科学施工的方式来从源头减少对土地的破坏；另一方面也要重视（下转第 页）环境保护与节能中国厨卫 中国厨卫顺应自然，保护自然，对于建筑来说同样如此。建筑与自然的关系同样是需要相辅相成的，建筑存在于自然中，利用自然中的资源来为人们服务，达到相辅相成的效果。生态建筑的特点包括：使用绿色材料，如再生木材、绿色屋顶、太阳能面板和节能玻璃等；最大度地利用自然光和通风；通过应用雨水收集系统等来减少对环境的影响；在建筑周围创造生态环境，如多生态的绿植和海绵城市；充分考虑场地的地貌、气候等因素，使建筑物最大程度地适应周围环境。展现人文主义生态建筑的建设符合环保、可再生等基本理念，其美观性也同样重要。将建筑设计与美学相结合，其室外设计需要与周边建筑相呼应，符合城市以及当地居民的人文价值观，契合人文与自然和谐发展。在设计建筑时，要充分展现艺术以及美学价值，在保证舒适整洁的同时，给人强烈的感官体验。此外，建筑设计也要具有科学性，使建筑顺应社会发展的需要。结语在现代社会发展中，生态建筑已经成为建筑设计的重要部分，其目的在于顺应自然和保护自然，使人们在发展的过程中能够与自然和谐相处。因此，在建筑设计中需要遵循环保节能和可持续的基本理念，使建筑能够充分利用自然资源，降低传统资源的能耗，减少碳排放，从而减少对环境的影响。生态建筑在符合人与自然和谐相处理念的同时，对当地的人文同样具有积极的影响，能够起到传播文化的作用。建筑不仅兼顾环境功能性，还要符合现代审美和应用现代科技。总之，生态建筑设计需要兼具自然、人文等多方面发展。参考文献 郑锐填生态建筑理念在高层建筑设计中的运用分析四川水泥，（）：徐肖雪建筑设计中的生态建筑设计分析大众标准化，（）：刘丽娜生态建筑观在建筑设计中的应用散装水泥，（）：江羽绿色生态建筑及其可持续发展的设计策略研究住宅与房地产，（）：韦海璐生态建筑设计理念在房屋建筑设计中的应用方法中国高新科技，（）：彭菲生态建筑理念在建筑设计中的应用剖析居舍，（）：涂鸿鸣绿色生态建筑设计及其案例分析研究建筑技术开发，（）：李伟建筑节能与建筑设计中的新能源利用建材发展导向，（）：文超建筑设计中绿色建筑设计理念的运用中华建设，（）：蒋福才关于绿色建筑设计理念在建筑设计中的整合与应用探讨居舍，（）：唐悦建筑设计中绿色建筑设计理念的整合应用探究陶瓷，（）：（上接第 页）治理工作，通过采取多样化的知识手段和监测手段，尽量对已破坏的地表进行恢复。总之，随着社会经济的不断发展，若要确保高速公路的可持续性，则必须采取科学的规划、合理的施工和严格的监管，为社会的可持续发展贡献出更多的力量。参考文献 曾厚波黄土地区高速公路建设水土流失影响及防治措施探讨山西交通科技，（）：张刚干旱区高速公路水土保持措施与效益分析 以连霍高速公路乌苏至赛里木湖段为例水利科技与经济，（）：，陈琳，刘涛高速公路水土流失防治效果评价研究 以赛果高速公路为例工程技术研究，（）：中国厨卫 环境保护与节能