論高速公路工程水土保持監(jiān)測技術(shù)方法

蔡文軍

(貴州路橋集團有限公司)

1 概 述

近些年來，我國對于高速公路建設(shè)投入了大量的人力和物力，不僅要建成同時也要建設(shè)一個環(huán)境友好型的高速公路網(wǎng)絡(luò)。隨著現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境問題逐漸引起人們的注意，高速公路兩旁的水土流失也變得凸顯出來，一些工程學(xué)手段和生態(tài)學(xué)技術(shù)也逐漸應(yīng)用到監(jiān)測和治理水土流失以及水土保持中來。這些治理的理論和方法尚在實驗人員的進一步摸索之中，在公路建造過程中也沒少有監(jiān)管部門進行有效監(jiān)測，在運行階段也沒有進行相關(guān)的維護措施，同時還缺乏反饋工程，因而這些理論的實際成果不能有效的評價這些措施采取之后所引起的水土變化情形。

2 水土流失成因

水土流失是指在水力、重力、風(fēng)力等外力作用下，水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失，包括土地表層侵蝕和水土損失，亦稱水土損失。在自然狀況下，土壤基本能保持水土，有一定的涵養(yǎng)水土的能力，而人類不合理的建設(shè)和使用過程中，破換土壤的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致水土加速流失。我國不同時期水土流失面積如表1。

表1 全國不同時期水土流失面積 hm2

3 高速公路水土檢測的目的

高速公路水土檢測是以保護水土為第一要素，通過記錄和分析在建造過程中和投入運行中水土流失的范圍和強度等數(shù)據(jù)，了解公路周邊水土流失的具體情況和變化規(guī)律，是否和原預(yù)定的質(zhì)量方案相吻合，及時隨地調(diào)整防治方案，并為以后同類型的高速公路建造提供科學(xué)有效的依據(jù)。通過水土監(jiān)測可以達到以下目的。

(1)為水土生態(tài)建設(shè)工程設(shè)計提供實踐支持，為新建公路建設(shè)的水土保持工程提供防治依據(jù)。

(2)為監(jiān)管部門提供一個完整的監(jiān)測手段和系統(tǒng)，更好的監(jiān)管高速公路的生態(tài)環(huán)境變化。

(3)通過對不同類型的水土流失分析，建立不同的模型，長久的運用這些模型為以后的防治工作做好基礎(chǔ)。

4 水土監(jiān)測方法

水土保持監(jiān)測是運用遙感、調(diào)查和地面觀測等技術(shù)，對水土流失發(fā)生、發(fā)展、危害及水土保持效益進行的調(diào)查、觀測和分析工作。

4.1 遙感監(jiān)測

在高速公路沿線科學(xué)布置高分辨率的遙感儀捕捉遙感影像數(shù)據(jù)，或者結(jié)婚GPS 對公路動態(tài)監(jiān)測。為土壤流失信息提取而利用遙感技術(shù)主要是以衛(wèi)星影像為信息源。以這些衛(wèi)星影像結(jié)合其他的地質(zhì)地貌以及植被等專業(yè)圖，通過計算機處理，得到一張水土流失概要，如圖1。

圖1

遙感動態(tài)監(jiān)測的特點一是方法多樣化，直接通過以目視圖和計算機技術(shù)相結(jié)合進行視圖處理，更加直觀;二是監(jiān)測的范圍很大，全球遙感衛(wèi)星定位拍攝地表信息，從某段公路乃至全國范圍的高速路;三是監(jiān)測可以一直進行下去，可以顯示長期的微小變化。

4.2 調(diào)查監(jiān)測

調(diào)查監(jiān)測通過對采樣點定期采樣和公路全線巡查的方式對高速公路的水土保持情況進行調(diào)查。一般會結(jié)合公路設(shè)計時的水土保留方案和相關(guān)設(shè)計文件對建造區(qū)域來核實防治成果。

建造過程中的高速公路水土流失有很明顯的地域特征，施工點、堆料場常發(fā)生變化，固定采樣點觀測得到的數(shù)據(jù)就不能反映真實情況，現(xiàn)場巡查的優(yōu)點就突顯出來。

4.3 地面觀測

地面觀測是現(xiàn)在最常使用的水土保持監(jiān)測方法，在全國范圍內(nèi)建設(shè)水土保持觀測站，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)以一定幾何方式布置觀測小區(qū)和雨量站等監(jiān)測設(shè)備，對水土流失的主要造成因素、流失量、土地涵水量進行持續(xù)的觀測，有地面觀測得到的相關(guān)數(shù)據(jù)比較可靠，我國在許多地方建立了觀測點。全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)一期和二期工程建設(shè)取得重大進展，建設(shè)了水利部水土保持監(jiān)測中心、7 個流域機構(gòu)水土保持監(jiān)測中心站、31 個省級監(jiān)測總站、175 個監(jiān)測分站和738 個水土流失監(jiān)測點，初步構(gòu)建了覆蓋全國的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)，形成了完整的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)分布如圖2。

圖2

5 水土監(jiān)測的時間、頻率和方法

在施工期和公路運行期的監(jiān)測時間和對象有所不同，一般在施工期重點監(jiān)測主體施工區(qū)、渣場和堆料區(qū)，重點監(jiān)測區(qū)域的水土流失量和危害。在運行期間，由于公路旁都會栽有綠化帶，一般監(jiān)測林草的長勢和水土保持措施的實地效果。

公路建造過程中的水土流失一般是由于風(fēng)蝕和水力侵蝕，其中地表的積水和降水侵蝕為主要原因。我國長江以北多受季節(jié)性季風(fēng)影響，多集中在每年的6 月到9 月，故監(jiān)測次數(shù)可以安排三次，但是當(dāng)暴雨過后，地表積水過多，水土流失可能加重，因此暴雨后因適時增加監(jiān)測。在公路開始投入運行后，路邊的綠化帶起到水土涵養(yǎng)的功能，這時可適當(dāng)減少監(jiān)測的次數(shù)。每年的春初，因為經(jīng)歷一個冬天后，土地相對干燥松，再如道路兩旁的植被的物種比較單一，生態(tài)穩(wěn)定性不高，容易受病蟲害的影響。在春初和秋末各巡查一次。

具體的監(jiān)測方法如下:每年的春初采取取樣調(diào)查法，通過監(jiān)測樣本的數(shù)據(jù)得到全體的基本情況。檢查道旁造林的成活率和生長情況，如果有死亡或者停止不長的情況，及時進行大生長素或者補植等補救措施，確保植被的成活率達到90%以上。在施工區(qū)域，監(jiān)測棄渣場、主體工程隨機收取一定面積的區(qū)域，調(diào)查區(qū)域內(nèi)的水土流失程度，為減少隨機誤差的產(chǎn)生，可以隨機多選幾個區(qū)域，運用統(tǒng)計學(xué)的方法，對這些地方進行統(tǒng)計分析。具體內(nèi)容見表2。

表2 水土保持各監(jiān)測點內(nèi)容及指標(biāo)

6 小 結(jié)

國家已經(jīng)不斷強化水土保持監(jiān)測能力建設(shè)，但是高速公路水土保持監(jiān)測在我國的公路建造來說還是一個比較新奇的事物，依然存在許多問題急需解決，到現(xiàn)在還沒有一個監(jiān)測技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，少有公路建設(shè)項目實現(xiàn)水土保持監(jiān)測技術(shù)，測試手段也相對落后，多采用調(diào)查取樣的方式，這樣既費時也費力，得到的數(shù)據(jù)也可能不完整，同時還沒有一個確定的實用性模型來預(yù)測水土保持情況。監(jiān)測的因素也比較少，不能完全體現(xiàn)公路建造過程中和投入運行中對周邊環(huán)境的影響程度。

水土保持監(jiān)測技術(shù)是一項具有科技含量和技術(shù)性強的基礎(chǔ)工作，涉及到各個部門的協(xié)調(diào)一致的工作，不僅僅是水土監(jiān)管部門一個部門能夠完成。隨著公路的延長擴展，高速公路會逐漸通往一些地質(zhì)更加復(fù)雜多變的地區(qū)，這些地方的生態(tài)也是非常脆弱的，自我恢復(fù)能力也比較差，在公路建設(shè)過程中，水土保持的壓力陡增。在公路建造過程中，積極進行水土保持監(jiān)測是非常有必要的。

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