《生產(chǎn)建設項目水土流失測算導則》在公路建設項目中的應用

崔洪升

（臺安縣水利事務中心，遼寧 臺安 114100）

公路是我國重要的基礎設施，是綜合交通運輸體系的骨干和推動經(jīng)濟社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。公路建設項目有投資規(guī)模大、范圍廣、建設期長、施工運距長、沿線地形地貌、地質(zhì)條件變化復雜等特點。在降雨、風等自然外力因素作用下，公路土建工程作業(yè)時不可避免地擾動原地貌，極易造成更為嚴重的水土流失[1]。SL 773—2018[2]《生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算導則》（以下簡稱《導則》）2019 年1 月正式實施，給生產(chǎn)建設項目水土流失預測提供了相對可靠的途徑。

臺安縣京撫線雙井子至邢臺段（即“南外環(huán)”），是臺安交通干線路網(wǎng)架構“三橫三縱一環(huán)”的重要“一環(huán)”，其建設將進一步改善全縣道路交通運輸環(huán)境、加快提升臺安城市品位和區(qū)位優(yōu)勢，為推動縣域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供有力的交通基礎保障。

1 概況

1.1 項目區(qū)概況

臺安地處遼河沖積平原，地形平坦，不涉及崩塌、滑坡危險區(qū)、泥石流易發(fā)區(qū)，以及水土流失嚴重、生態(tài)脆弱的地區(qū)；不涉及河流兩岸、湖泊和水庫周邊的植物保護帶、重要江河和湖泊，以及其他江河、湖泊的水功能一級區(qū)的保護區(qū)和保留區(qū)、飲用水源區(qū)等敏感區(qū)域。項目區(qū)屬于北方土石山區(qū)—遼河平原人居環(huán)境維護農(nóng)田防護區(qū)，為鞍山市水土流失重點預防區(qū)。

項目區(qū)地面坡度在2°～5°。場地一般高程5.30～5.90 m，局部坑塘高程2.25 m。氣候?qū)倥瘻貛駶櫦撅L氣候，多年平均氣溫9.01 ℃，多年平均降水量618.26 mm，多年平均蒸發(fā)量1 623.6 mm。多年平均風速3.4 m/s。土壤類型以草甸土為主，土壤干容重1.14～1.67 g/cm3，表土層厚度為20 cm。項目區(qū)屬華北植物區(qū)系，植被類型為暖溫帶闊葉林帶，臺安縣林草覆蓋率為6.29%左右。

1.2 項目概況

項目位于臺安縣臺東街道和八角臺街道，起點位于雙井子村（原沈盤縣K105+835 處），終點至邢臺（弓黑線K120+242 處），路線全長6.188 km。設計時速60 km/h，路基寬26.0 m，路面寬23.0 m，路基標準橫斷面布置形式：1.5 m 土路肩+3.5 m 非機動車道+2×3.5 m行車道+0.5 m路緣帶+1.0 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶+2×3.5 m行車道+3.5 m非機動車道+1.5 m 土路肩。橋梁設計荷載公路-Ⅰ級?？傉嫉孛娣e24.66 hm2，其中永久占地23.14 hm2，臨時占地1.17 hm2，占地類型為耕地及其他用地。工程由線路工程區(qū)及橋涵工程區(qū)兩部分組成，線路工程區(qū)占地24.31 hm2，主要包括路基、路面及兩側；橋涵工程區(qū)面積0.35 hm2，主要包括新建中橋1 座（20.0 m），小橋3座（13.0 m），鋼筋混凝土圓管涵10道。綠化面積2.82 hm2，綠化率16.18%。橋梁段坡比1∶1.5，坡長7.0 m，底寬1.0 m，外延1.0 m保護；設310 道泄水槽，泄水槽及邊溝段長10.82 km。

工程土石方挖填總量30.66 萬m3，其中挖方量1.59 萬m（3主要包括路基開挖0.68萬m3，橋涵基礎施工 0.30 萬 m3），填方量 29.07 萬 m3，借方 27.48 萬 m3，無棄土、棄渣。平均填高1.5 m，最大填高7.16 m。施工前期對路基占地的可剝離區(qū)進行表土剝離，可剝離面積約3.04 hm2，剝離厚度20 cm，剝離量0.61 萬m3，施工期間臨時堆置路基外側表土堆置場面積1.17 m2，施工后期用于道路路肩及邊坡綠化覆土。堆土高1.5 m，坡度1∶1.5，方量約0.30萬m3。該項目的總投資15 600 萬元，其中土建投資為9 360 萬元，工程于 2018 年 11 月開工，2020 年 8 月完工，建設總工期22 個月。

2 水土流失預測

2.1 預測單元

項目水土流失防治責任范圍面積為24.66 hm2。根據(jù)省2019 年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果，臺安縣水土流失面積147.05 km2，占全縣總面積的10.56%，其中輕度侵蝕面積145.4 hm2，占流失面積的98.87%?！秾t》中水土流失預測提供了水力和風力兩種外營力作用下土壤侵蝕量的6 種計算公式。臺安縣水土流失強度以輕度水力侵蝕為主，故該項目水土流失預測僅按水力作用考慮。該項目施工路段較短，且緊臨縣城外側，因此，未設施工營地區(qū)。工程主要擾動類型為地表翻擾型一般擾動地表。工程建設期間設立的臨時堆土場，會產(chǎn)生堆積體土壤侵蝕。項目土壤流失類型三級分類對應的典型擾動單元情況見表1。

表1 水土流失預測單元（水蝕）

2.2 預測時段

水土流失預測時段為施工期和自然恢復期。根據(jù)主體工程建設情況及建設單位提供的資料，水土流失預測時段見表2。

表2 水土流失預測時段

2.3 土壤侵蝕模數(shù)

2.3.1 原地貌土壤侵蝕模數(shù)的確定

項目區(qū)地貌屬平原區(qū)，地勢平坦。根據(jù)SL 190-2007《土壤侵蝕分類分級標準》，結合2019 年省級水土流失動態(tài)監(jiān)測成果和項目區(qū)地形地貌、氣候、地面組成物質(zhì)、土地利用、土壤植被、坡長及坡度等外業(yè)實地調(diào)查分析，利用《導則》植被破壞型公式計算項目區(qū)土壤侵蝕背景值：水力侵蝕模數(shù)270 t/（km2·a），容許土壤流失量200（t/km2·a）。

2.3.2 擾動后土壤侵蝕模數(shù)的確定

1）一般擾動地表土壤侵蝕模數(shù)，按下式計算：

式中：Myd——地表翻擾型一般擾動單元土壤流失量，t；R——降雨侵蝕因子，MJ·mm/（hm2·h）；Kyd——地表翻擾后土壤可蝕性因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Ly——坡長因子；Sy——坡度因子；B——植被覆蓋因子；E——工程措施因子，取1；T——耕作措施因子，取1；A——計算單元水平投影面積，hm2。其中

式中：Rd——多年平均降雨侵蝕因子，MJ·mm/（hm2·h）；Pd——多年平均降雨量，mm；N——可蝕性因子增大系數(shù)，取2.13；K——土壤可蝕性因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm），取0.018 2；λ—計算單元水平投影坡坡長，m；λx——計算單元斜坡長度，m；m——坡長指數(shù)；θ——坡度，（°）。擾動后土壤侵蝕模Mi［t/（km2·a）］按下式計算：

式中：Mx為Myd，Mkw，Mdw等計算值。參數(shù)因子計算結果見表3。

2）上方無來水工程開挖面土壤侵蝕模數(shù)按下式計算：

式中：Mkw——上方無來水開挖面計算單元土壤流失量，t；Gkw——工程開挖面土質(zhì)因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Lkw——開挖面坡長因子；Skw——開挖面坡度子。其中：

式中：ρ——土體密度，g/m3，取1.5；SIL——粉粒（0.002～0.050 mm）含量，小數(shù)取0.4；CLA——黏粒（小于0.002 mm）含量，小數(shù)取0.2。參數(shù)因子計算結果見表4。

表4 上方無來水工程開挖面土壤流失量及侵蝕模數(shù)

3）上方無來水工程堆積體土壤侵蝕模數(shù)按下式計算：

式中：Mdw——上方無來水工程堆積體計算單元流失量，t；X——工程堆積體形態(tài)因子，取1；Gdw——工程開挖面土質(zhì)因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；Ldw——堆積體坡長因子；Sdw——開挖面坡度因子。其中

式中：a1，b1——土石質(zhì)因子系數(shù)，根據(jù)導則表9規(guī)定取，a1=0.2，b1=0.023；δ——計算單元土體礫石含量；f1——上方無水來水堆積體坡長因子系數(shù)，按《導則》表11 取值為0.596；d1——坡度因子系數(shù)，按《導則》表10 規(guī)定取1.259。參數(shù)因子計算結果見表5。

表5 上方無來水工程堆積體土壤侵蝕量及模數(shù)

2.3.3 自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)的確定

自然恢復期屬未經(jīng)夯實的工程回填面，參照地表擾動一般擾動地表計算土壤流失量，自然恢復期一般擾動地表土壤流失量測取值：R=2 329.76 ，Kyd=0.038 8，Ly=0.669 03，Sy=8.833 4，E=1，T=1，A=2.82，其它參數(shù)見表6。

表6 然恢復期線路工程區(qū)（綠化區(qū))土壤侵蝕模數(shù)

2.3.4 預測結果

預測土壤流失量的計算采用GB 50433-2018中公式[3]：

式中：W——土壤流失量，t；j——預測時段j=1，2，即指施工期和自然恢復期兩個時段；i——預測單元 ，i= 1，2，3，……，n-1，n；Fji——第j預測時段、第i預測單元的面積，km2；Mji——第j預測時段、第i預測單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；Tji——第j預測時段、第i預測單元的預測時段長，a。關于預測（擾動）時段新增土壤流失量估算：依據(jù)《導則》10.3.1，預測時段內(nèi)各防治分區(qū)新增土壤流失量為相同區(qū)域、相同時期、相同外營力條件下的擾動后土壤流失量與擾動前土壤流失量之差。

經(jīng)計算，工程建設可能造成的土壤侵蝕總量為1 913.42 t，原地貌土壤侵蝕量為90.20 t，工程建設可能造成新增土壤侵蝕量為1 823.22 t，見表7。

表7 工程建設期水土流失量估算匯總表 t

3 《導則》應用中常見問題及解決辦法

3.1 常見問題

結合筆者在方案的審查中發(fā)現(xiàn)的問題，《導則法》在實踐中常見問題總結列舉如下。

1）土壤侵蝕模數(shù)背景值直接估算給定。擾動前各擾動單元土壤侵蝕模數(shù)，一些水保方案中常以“經(jīng)實地勘察結果、專家咨詢”等慣用詞說明后，直接估定原地貌相關土壤侵蝕模數(shù)，并且同一地域不同編制單位給出背景數(shù)往往相差幾十至幾百不等，說明其隨意性較大。

2）參數(shù)值選取與施工實際不符?！秾t》公式涉及參數(shù)122 個，如對參數(shù)含義把握不準確，出錯是必然的。①λx長λ值問題。如，計算上方無來水工程開挖面一般擾動地表流失量時，方案圖紙標定開挖深3.0 m，邊坡45°，正確的λx值應為約4.2 m，而計算表給定值λx=7 m；如某方案計算單元長、寬70.0 m左右，計算表取x=100.0 m；而依《導則》規(guī)定，λ≤100.0 m 時按實際長計算。與此類似的規(guī)定，計算坡度因子Sy時，θ≤35°按實際值計算，超過35°亦按35°計算；再如，按上方無來水工程堆積體計算臨時堆土流失量中，典型措施圖和文字明確堆土高3.0 m，坡度1∶1，方案計算表給定λx=10.0 m，正確值λx值應為3 2 約4.2 m。②植被破壞型土壤流失量測算中，植被覆蓋因子與一般擾動地表計算單元擾動表的植被覆蓋因子B和B0值不合理，也會導致地表翻擾型一般擾動地表新增土壤流失量測算結果過大[4]。③參數(shù)坡度θ采用值與圖紙、文字就堆坡的描述前后矛盾，土壤流失量計算不準確。

3）角度轉換過程易被忽略。編制人員易忽視《導則》參數(shù)說說明要求，計算單元坡度θ代入公式時未轉為弧度。

3.2 解決辦法

針對問題一，土壤侵蝕模數(shù)背景值的確定可按《導則》植被破壞型一般擾動地表公式，選定施工前未擾動植被覆蓋、工程措施因子、耕作措施因子等參數(shù)計算確定。植被覆蓋因子取值應遵循《導則》6.2.6 規(guī)定，按①草、灌型，②喬木型，③喬、灌、草混合型等3 種類型組合，結合勘察確定的郁閉度、植被覆蓋度因子，合理選取參考值。

針對問題二，選取坡長、角度、植被覆蓋因子、郁閉度、蓋度等參數(shù)值，既要結合現(xiàn)場調(diào)查，又要參照類似工程經(jīng)驗、已有監(jiān)測成果，合理選取參數(shù)值。建議針對不同擾動方式和強度賦予不同的N值，并進一步校正B和B0合理取值。

針對問題三，通常是要借助電子表格EXCEL中的函數(shù)PI（）/180，將角度值轉換為弧度值，以保證運算正確。

4 結語

《導則》的頒布為生產(chǎn)建設項目水土保持水土流失預測提供了較為精確的方法，但在應用3 年以來，因不同從業(yè)人員對《導則》理解程度的差異，導致生產(chǎn)建設項目土壤流失量測算不準確的情況時有發(fā)生。實踐中，一些較大的規(guī)模生產(chǎn)建設項目涉及水土流失影響因素眾多，既需要計算者對主體施工方法、地形地貌、土壤及植被等準確掌握與核實，還應熟悉土壤流失類型三級分類劃分原則、3 種下墊面因素，尤其對6 類公式的適用條件、符號意義、參數(shù)選取、測算流程和測算應用規(guī)定等內(nèi)容，必須要確理解和把握。文中以臺安京撫線公路項目為例，結合現(xiàn)場的實際，探討《導則》在公路建設項目土壤流失量預測中應用實踐，并針對方案編制中應用《導則》存在的問題提出建議與對策，為土壤流失測算提供可參考依據(jù)。