安徽中部不同地貌高速公路水土保持措施生态效益研究.pdf

第 卷 第期 年月陕西 林 业 科 技S h a a n x iF o r e s t S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yV o l N o J u n d o i:/j i s s n 收稿日期:作者简介:刘子壮(),男,硕士,主要从事水土保持工程研究.安徽中部不同地貌高速公路水土保持措施生态效益研究刘子壮,卢川,彭珂珊(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,合肥 ;西北农林科技大学水土保持研究所,陕西 杨凌 )摘要:本文以安徽省境内淮北平原区、江淮丘陵区和皖南山区三种不同地貌类型条件下的高速公路为研究对象,通过对比分析项目占地面积、土石方挖填总量、水土保持措施类型、水土保持投资、水土保持效果等总结不同地貌类型条件下高速公路水土保持生态设计的特点.结果表明:()占地面积方面:山区高速平原区高速丘陵区高速.同时平原区、丘陵区占地类型主要以耕地为主,山区主要占地类型为林地、耕地,山区高速对生态破坏更严重.()土石方挖填总量方面:山区高速丘陵区高速平原区高速;同时平原区高速对外借方量较大,山区高速多产生弃方,应加强项目建设与周边项目的衔接,做好土石方的综合利用.()山区高速水土保持措施的类型较多且工程规模较高,平原区高速和山区高速相对措施较为简单.()水土保持投资方面:山区高速平原区高速丘陵区高速,建设丘陵区高速充分利用地形优势,降低了水土保持造价.()水土保持效果方面:在严格落实水土保持措施的前提下,山区、平原区、丘陵区高速均能取得较好的水土保持效果.综上所述,丘陵区高速项目在设计时充分考虑了绿色公路的设计理念,在扰动地表面积、水土保持投资等方面较山区高速和平原区高速有较大优势.关键词:水土流失;水土保持生态效益;不同地貌类型;水土保持投资;高速公路中图分类号:U ,S 文献标志码:A文章编号:()E c o l o g i c a lB e n e f i t so fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nM e a s u r e sf o rE x p r e s s w a y sw i t hD i f f e r e n tL a n d f o r m s i nC e n t r a lA n h u iP r o v i n c eL I UZ i z h u a n g,L UC h u a n,P E NGK e s h a n(A n h u iT r a n s p o r t a t i o nP l a n n i n ga n dD e s i g nI n s t i t u t eC o,L TD,H e f e i,A n h u i ;R o a dT r a f f i cE n e r g yS a v i n ga n dE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nT e c h n o l o g yT r a n s p o r t a t i o nI n d u s t r yR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n tC e n t e r,H e f e i,A n h u i ;S o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n I n s t i t u t e,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i )A b s t r a c t:I no r d e r t oe v a l u a t e t h e e c o l o g i c a l b e n e f i t so f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o no f e x p r e s s w a y s s c i e n t i f i c a l l ya n ds y s t e m a t i c a l l y,t h i sp a p e r t a k e s t h ee x p r e s s w a y s i nH u a i b e iP l a i na r e a,J i a n g h u a ih i l l ya r e aa n ds o u t h e r nA n h u im o u n t a i na r e a i nA n h u i p r o v i n c ea s t h e r e s e a r c ho b j e c t,a n ds u mm a r i z e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so f e c o l o g i c a l d e s i g no f e x p r e s s w a y s i ns o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o nu n d e rd i f f e r e n tg e o m o r p h i cc o n d i t i o n st h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i so fp r o j e c ta r e a,r e g a r d i n gt h et o t a la m o u n to fs o i la n dr o c ke x c a v a t i o na n d f i l l i n g,t y p e so f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o nm e a s u r e s,s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n i n v e s t m e n ta n ds o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o ne f f e c t T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:()i nt e r m so fl a n da r e a,m o u n t a i nh i g h w a y p l a i nh i g h w a y h i l l yh i g h w a y A t t h e s a m e t i m e,t h e l a n da r e a i np l a i na r e aa n dh i l l ya r e a i sm a i n l yc u l t i v a t e dl a n d,a n dt h el a n da r e a i nm o u n t a i na r e a i sm a i n l yw o o d l a n da n dc u l t i v a t e d l a n d,a n dt h ee c o l o g i c a ld a m a g ec a u s e db ye x p r e s s w a y s i nm o u n t a i na r e a i sm o r es e r i o u s;()I nt e r m so f t h e t o t a l a m o u n to f e a r t h r o c ke x c a v a t i o na n df i l l i n g,m o u n t a i ne x p r e s s w a y s h i l l ye x p r e s s w a y s p l a i ne x p r e s s w a y s A tt h es a m et i m e,e x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ni nt h ep l a i na r e ah a s t ot r a n s p o r tal a r g ea m o u n to fe a r t ha n dr o c k sf r o mo u t s i d e,w h i l et h ec o n s t r u c t i o no fe x p r e s s w a y s i n t h em o u n t a i na r e aw o u l da b a n d o na l o t o f e a r t ha n d r o c k s S o t h e c o n n e c t i o nb e t w e e n t h ep r o j e c t c o n s t r u c t i o na n dt h es u r r o u n d i n gp r o j e c t s s h o u l db es t r e n g t h e n e d,a n dt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f e a r t ha n ds t o n es h o u l db ec o o r d i n a t e d;()I nt e r m so f t h e t y p e so f e x p r e s s w a ys o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o n,t h em e a s u r e si n m o u n t a i n o u sa r e a sa r em o r ed i v e r s ea n dt h ep r o j e c ts c a l ei sl a r g e r,w h i c h,h o w e v e r,i s r e l a t i v e l y l e s sa n ds i m p l e;()I nt e r m so f i n v e s t m e n t i ns o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n,e x p r e s s w a y s i nm o u n t a i na r e a e x p r e s s w a y s i np l a i na r e a e x p r e s s w a y s i nh i l l ya r e a T h ec o n s t r u c t i o no f e x p r e s s w a y s i nh i l l ya r e a t a k e s i n t oc o n s i d e r a t i o no f t h ea d v a n t a g e so f t e r r a i na n dr e d u c e st h ec o s to f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n;()I n t e r m so f t h e e f f e c t o f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n,w i t ht h es t r i c t i m p l e m e n t a t i o no f s o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o nm e a s u r e s,m o u n t a i na r e a s,p l a i na r e a s,h i l l ya r e a sc a na l l a c h i e v eb e t t e re f f e c t T os u mu p,t h ed e s i g nc o n c e p to fg r e e ne x p r e s s w a yh a sb e e nf u l l yc o n s i d e r e d i nt h ed e s i g no f e x p r e s s w a yp r o j e c t s i nh i l l ya r e a s,w h i c hh a sg r e a t e ra d v a n t a g e so v e rt h ep r o j e c t s i nm o u n t a i n o u sa r e a sa n dp l a i na r e a s i nt e r m so fd i s t u r b e ds u r f a c ea r e aa n d i n v e s t m e n t i ns o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o n K e yw o r d s:S o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n;e f f e c t o f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n;d i f f e r e n t l a n d f o r m s;e x p r e s s w a y;i n v e s t m e n t i ns o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o n安徽省位于中国中部地区,地貌北部以平原为主,中部以丘陵为主,南部多山地、丘陵、台地、盆谷.在气候上,北部属暖温带,南部属北亚热带.在水文上,北部属半湿润区,南部属湿润区.在土壤上,北部属棕壤带,南部属黄壤、红壤带.在植被方面,北部属落叶阔叶林带;南部属落叶阔叶和常绿阔叶混交林带.具有显著的南北差异性和过渡性特征.高速公路建设常伴随大面积的水土流失,为此水土保持措施的布设至关重要,而水土保持生态效益评价就是对水土保持方案及各项措施可行性的有效评判.近年来,随着安徽高速公路建设速度加快,因项目建设造成的水土流失问题已经成为了目前的一大难点,如何正确认识不同区域高速公路建设特点,分析造成水土流失的危害因素,成为了近期研究的一个重点和难点.目前一些学者在生产建设项目的水土保持效益及其评价方面做了一些研究.探明高速公路建设过程中水土流失特征并就水土流失治理后的生态效益进行评价,可为公路施工水土流失防治措施的优化与合理配置提供科学依据.因此,本文主要对不同地貌类型条件下高速公路占地面积、土石方挖填总量、水土保持措施类型、水土保持投资、水土保持效果等进行对比研究分析,对研究降低项目建设水土流失及危害,提高高速公路水土保持生态效益具有重要意义.研究区概况合肥至周口高速公路颍上(南照)至临泉(皖豫省界)高速(以下简称“合周颖临段”)位于淮北平原区,路线全长 k m,设计速度为 k mh,路基宽度 m,为新建工程.建设内容包括:填方路基 m、桥梁每 座 m、互通立交处、服务区处、匝道收费站座,养护工区处,管理中心及交警营房处(图).天天高速公路无为至安庆段(以下简称“天天无安段”)位于江淮丘陵区,路线全长 k m,设计速度为 k mh,路基宽度 m,为新建工程.建设内容包括:挖方路基 m、填方路基 m、桥梁每 座 m、互通立交 处、服务区处、隧道每座 m(图).宣城至东至高速公路泾县至青阳界段项目(以下简称“宣东泾青段”)高速位于皖南山区,路线全长 k m,设计速度为 k mh,路基宽度 m,为新建工程.建设内容包括:挖方路基 m、填方路基 m、半填半挖路基 m、桥梁每 座 m、互通座、服务区处、隧道每座 m(图).年 第 卷 第期刘子壮等安徽中部不同地貌高速公路水土保持措施生态效益研究图项目地理位置图材料与方法 数据获取数据采集又称数据获取,是利用一种装置,从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口.在互联网行业快速发展的今天,数据采集已经被广泛应用于人工智能等相关领域.高速公路水土保持生态效益的数据采集一般选取占地面积、土石方挖填总量、水土保持措施类型、水土保持投资、水土流失强度等参数.研究方法 研究方法搜集合周颖临段、天天无安段、宣东泾青段三项目水土保持方案报告书中建设里程长度、永久占地面积、临时占地面积、挖方总量、填方总量、借方总量、弃方总量、水土保持措施类型、水土保持投资金额等数据.通过对比分析,找出不同地貌类型条件下,各项目的相同点和差异性.评价指标体系建立本研究通过搜集大量有关高速公路水土保持评价指标的相关文献和技术资料,选出其中出现频率高的评价指标,并结合高速公路水土保持方案报告书以及 生产建设项目水土保持技术标准(G B )和 生产建设项目水土流失防治标准(G B/T ),通过理论分析以及专家咨询后选取本文的评价指标.通过层次分析法将这些指标分为层,其中第层为目标层,第层即准则层包含个影响因子,第层即指标层共包含 个指标,具体见表所示.表水土保持生态效益评价指标体系准则层B指标层C自然影响因子B年平均降雨量C地形地貌C土壤质地C人为扰动因子B扰动土地面积C临时堆土量C项目建设总工期C弃土、石、渣量C水土保持效益因子B水土流失治理度C土壤流失控制比C拦渣率C 表土保护率C 林草植被恢复率C 林草植被覆盖率C 陕西林业科技目前条高速公路项目的水保方案均已取得安徽省水利厅的行政许可.本次对比分析选取安徽北部、中部和南部条高速公路项目为对象,分别选取报告中占地面积、土石方数据、水土保持措施类型、水土保持投资、水土流失特点及强度等指标,进行对比分析,找出不同地貌类型条件下的项目建设特点.结果与分析 不同地貌类型高速公路占地面积特点由表可知,总占地指标宣东泾青段合周颖临段天天无安段,即山区项目建设总占地面积最大,其次为平原区,丘陵区总占地面积最小.其中永久占地方面平原区最小,丘陵区次之,山区高速占地面积最大;临时占地方面丘陵区最小,山区次之,平原区最大.由表、表可知,平原地区占地多耕地,丘陵区占地耕地比例下降,林地比例上升,山区项目占地类型多林地和耕地.结果表明,设计中做到了在满足主体功能的前提下,降低扰动面积.随着地貌类型复杂程度的增加,路基边坡面积增大,导致永久占地面积增大.同时因丘陵区存在挖方和填方,项目建设充分利用自身挖方做填方,减少了取土场、弃渣场面积,从而降低了临时扰动面积;山区高速多产生弃渣,故临时用地面积也随之增大;平原区因路基填筑需要土方量较大,加之为满足地方道路通行要求,路基填筑整体较高,故取土面积较大,导致临时用地面积较大.表不同地貌类型高速工程用地指标项目名称高速路长度/k m占地面积/h m永久占地临时占地总占地用地指标/(h mk m)永久占地指标临时占地指标总占地指标合周颖临段 天天无安段 宣东泾青段 表不同地貌类型高速工程占地类型面积单位:h m项目名称耕地园地林地草地交通运输用地商服、住宅及工矿仓储用地水域及水利设施用地其他用地小计合周颖临段 天天无安段 宣东泾青段 表不同地貌类型高速工程占地类型比例单位:项目名称耕地园地林地草地交通运输用地商服、住宅及工矿仓储用地水域及水利设施用地其他用地小计合周颖临段 天天无安段 宣东泾青段 不同地貌类型高速公路土石方挖填总量特点由表可以看出,平原区高速以填方和借方为主,丘陵区高速挖填基本平衡,山区高速挖方量和填方量均较大,并产生较大弃方.每千米土石方挖填总量上,平原区高速丘陵区高速山区高速,土石方挖填总量越大,水土流失越严重.表不同地貌类型高速工程挖填土石方量项目名称高速长度/k m土石方量/m挖方填方借方余(弃)方每千米土石方量/(mk m)挖方填方借方余(弃)方合周颖临段 天天无安段 宣东泾青段 年 第 卷 第期刘子壮等安徽中部不同地貌高速公路水土保持措施生态效益研究 不同地貌类型高速公路水土保持措施类型特点平原区高速水土保持措施体系主要包含:表土剥离及土地整治措施、截排水系统、边坡防护措施、乔灌草绿化、临时排水、苫盖、拦挡等;丘陵区高速水土保持措施体系与平原区基本相似.山区高速水土保持措施体系在平原区高速水土保持体系的基础上增加了施工场地场平后的浆砌石拦挡,弃渣场的挡渣墙、截排水,临时堆土(渣)场的干砌石拦挡等.结果表明:平原区、丘陵区高速主要是以表土保护及土地整治及绿化防护为主,山区高速更加注重高边坡的加固、对上方汇水的截排引流措施,更加注重加强拦挡措施以防治水土流失.不同地貌类型高速公路水土保持投资由表可以看出,高速公路项目水土保持投资均以工程措施为主,包含截排水措施、边坡防护措施等.工程措施方面,每千米工程措施山区最大,平原区次之,丘陵区最小,主要原因是山区地形条件复杂,需要布设的截排水沟尺寸和长度均较高,拱形骨架护坡、锚杆框架梁护坡面积较大;平原区因全线基本为填方,并路基填高较大,故工程措施投资量也较大,丘陵区路基有挖方和填方,挖填高速随地形变化,可做到降低水土保持措施工程量和投资的目的.植物措施方面,每千米植物措施平原区最小,因平原区占用的临时用地多恢复为耕地,故植物措施投资较小,山区多占用林地,后期恢复植物措施投资较大.临时措施方面,山区因生态环境更为脆弱,加之高速公路建设更易加剧水土流失,故在施工过程中,更加注重设计水土保持临时防护措施,如对裸露边坡的苫盖、对临时堆土的袋装土拦挡和做好施工扰动区域的临时排水、沉沙等.结果表明,每千米水土保持总投资方面,丘陵区高速平原区高速山区高速,即山区高速因地貌类型的复杂,需要投入更多的资金进行水土流失防治,丘陵区投资最小.图项目每千米水土保持投资效益对比表不同地貌类型高速水土保持投资项目名称高速长度/k m水保投资/万元工程措施植物措施临时措施其他合计每千米水保投资/(万元k m)工程措施植物措施临时措施其他合计合周颖临段 天天无安段 宣东泾青段 不同地貌类型高速公路不同治理措施下的水土保持效果由表可以看出,随着主体设计和水保方案补充的治理措施的实施,平原区、丘陵区和山区高速的六大指标均能够达到目标值,水土流失得到有效控制,水土保持取得明显效果.表不同地貌类型高速设计水平年六项指标汇总表项目名称高速长度/k m水土流失治理度/土壤流失控制比渣土防护率/表土保护率/林草植被恢复率/林草覆盖率/合周颖临段 达标达标达标达标达标达标天天无安段 达标达标达标达标达标达标宣东泾青段 达标达标达标达标达标达标其中,平原区、丘陵区高速公路水土保持措施主要以填方路基边坡防护、取土场等临时用地恢复原地貌为主,因地貌条件较好,水土流失强度较低,在严格落实水土保持措施的前提下,利用较小投资,即可取得较好的水土保持效果.山丘区高速公路水土保持措施主要以挖方、填方高边坡边坡防护、弃渣场拦挡及截排水综合防护等为主,因地形地貌较为复杂,导致原地貌土陕西林业科技壤侵蚀模数及扰动后水土流失强度均较高,施工过程中采取“先拦后弃”等水保措施,同样可以有效减轻和控制水土流失,取得较好水土保持效果.生态效益分析方案实施后,各项水土流失防护措施将有效地拦截工程建设过程中的土壤流失,减轻地表径流的冲刷,使土壤侵蚀强度降低,防治责任范围内的水土流失得到有效治理,施工现场及周边的水土流失影响得到有效控制;各项措施增加了地面覆盖,持水能力增强,可绿化的区域实施了植被恢复措施,随着林草的逐渐成长,植物治理坡面的拦截径流、增加入渗、积蓄降雨、固坡保土、改善土壤结构的能力逐年增强,项目区内重塑坡面的新增土壤侵蚀及固有的自然侵蚀将从根本上得到控制,水土资源得到有效保护、恢复和利用;损毁的植被得到恢复和改善,原有的土壤侵蚀也得到一定程度的控制,该地区的生态环境将得到有效恢复和明显改善,生态效益显著.结论与讨论()占地面积即为施工过程中的扰动地表面积,从占地指标分析看出,建设相同里程的高速公路项目,扰动地表方面:山区高速平原区高速丘陵区高速.扰动面积越大,越容易造成水土流失.同时平原区对耕地的破坏面积更大,山区高速对林地、耕地破坏面积及比例均较高,对生态环境的破坏更加严重.()在土石方方面,山区高速多大开挖和大回填,并容易产生弃方;丘陵区高速更加注重土方的综合利用,尽量将土方回填,减少借方和弃方量;平原区高速主要以填方为主,因此产生大量的借方;建设相同里程的高速公路项目,土石方挖填总量:山区高速丘陵区高速平原区高速.同时山区高速施工中,应注重弃方的综合利用,调研周边需要利用土方的项目,尽最大可能降低弃方.平原区高速项目应注重调研周边水库、河道等治理工程,将其开挖土方综合利用于本项目建设,减少因借方产生的新增扰动面积和水土流失.()水土保持措施类型方面,平原区和丘陵区高速公路项目的水土保持措施类似较多,山区高速应更加注重场地平整产生与周边高差的拦挡措施,弃渣场的拦挡、截排水等综合防护措施,防护措施体系更加完善.()水土保持投资方面,建设相同里程的高速公路项目,山区高速水土保持投资最大,这与山区高速占地指标更高、土石方挖填总量最大、水土保持措施类型和工程量更多有直接关系.平原区高速建设因占地面积等因素,也造成水土保持投资较大,丘陵区高速工程建设水土保持投资最小,符合水土保持法规定的因地制宜、突出重点、科学管理、注重效益的方针.()水土保持效果方面,不同地貌条件下的高速公路,在分别采取相应的水土保持措施前提下,均能有效减少和控制水土流失,取得较好的水土保持效果.参 考 文 献:柳小强,陈奇伯,王克勤,等水电站工程水土流失防治效果评价研究 以金安桥水电站为例J水土保持通报,():夏积德,吴发启,周波,等相关规划产生水土流失影响评价研究J水土保持研究,():向慧昌,李峰,袁丹凤,等探讨如何做好水土保持效益评价J北京农业,():张艳红建设项目实施中水土保持评价内容及方法探析J地下水,():张峥,陈吉虎,姜德文,等高速公路项目水土流失影响指数的应用研究J水土保持通报,():王农,邹龙宇,汤崇军高速公路建设背景下水土保持生态效益综合评价 以广吉 高速为例J江 西水 利 科 技,():年 第 卷 第期刘子壮等安徽中部不同地貌高速公路水土保持措施生态效益研究