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为探讨高速公路建设过程中土壤侵蚀的发生、发展规律,有的放矢地采取各项水土保持措施,以公路土壤侵蚀为研究对象,选择位于鄂西地区的沪蓉国道主干线宜昌至长阳高速公路段为研究对象,分析公路建设过程中土壤侵蚀特征和影响因素、公路土壤侵蚀对生态环境的影响和公路边坡土壤侵蚀发生、发展规律,并在此基础上,提出相应的公路水土保持措施体系,为相似路段的水土保持措施配置提供可以借鉴的经验。具体得出的主要结论如下:
1)高速公路土壤侵蚀的特征分析
公路建设土壤侵蚀区别于传统的土壤侵蚀,与其它开发建设项目中的土壤侵蚀也有所区别,有自己突出的特点,主要表现为时间分布上不平衡;空间上呈线状或羽状分布;土壤侵蚀量大;侵蚀类型复杂,诱发性土壤侵蚀发生频数大4个方面。研究路段土壤侵蚀类型主要以水力侵蚀和重力侵蚀为主,公路建设再造地形、地貌决定了土壤侵蚀类型、强度和分布。
公路土壤侵蚀主要是人为因素诱发和加剧了土壤侵蚀,公路建设改变了微地形、土壤、植被、水文等影响土壤侵蚀的因素,从而对土壤侵蚀产生影响。
2)高速公路边坡土壤侵蚀发生、发展规律
在高速公路建设过程中,土壤侵蚀量与降雨、土壤和植被有密切的关系,经过研究分析得出:
(1)各观测小区的月土壤侵蚀量变化基本上与相应的各月降雨量变化一致,随着月降雨量的增大,月土壤侵蚀量也相应增大;而且同期内各观测小区土壤侵蚀量对比结果表明,在弃土场坡面土壤侵蚀最大。在诸多降雨因子中,影响土壤侵蚀量的主要降雨因子是降雨量和前期降雨量,而且呈现出极显著的正相关关系;经过多元回归分析得出土壤侵蚀量(Y)与降雨量(X1)和前期降雨量(X2)的回归方程,具体各试验点的回归方程为:
Ⅳ标路堤一级边坡Y=0.985X1+0.005X2+4.65E-009Ⅳ标路堤二级边坡Y=0.900X1+0.086X2-8.31E-007框架梁小区zY=0.887X1+0.110X2+7.66E-007框架梁小区yY=0.891X1+0.085X2+1.52E-006Ⅰ标弃土场Y=0.989X1-0.017X2-3.61E-009Ⅳ标弃土场Y=1.107X1-0.126X2-1.35E-006
(2)研究路段观测小区内砾石含量高是导致土壤侵蚀发生的原因之一。土壤颗粒的分散系数与土壤侵蚀量具有一定的相关关系,且土壤颗粒的分散系数与土壤侵蚀量正相关;
(3)植被在高速公路建设中,对于减少弃土场坡面的土壤侵蚀量有很强的作用。研究路段不同植物混播类型对土壤侵蚀量有一定影响,从目前表现来看:草灌混播类型对于减少土壤侵蚀量效果最好,草灌乔混播类型次之,草本混播类型最差。除植物的不同混播类型对土壤侵蚀的影响外,植物种对土壤侵蚀也有一定的影响,其中目前草灌混播类型中高羊茅+紫羊茅+木豆+山毛豆+猪屎豆和草灌乔混播类型中高羊茅+紫羊茅+马棘+胡枝子+桤木+刺槐这两个植物组合在研究路段适应能力强,效果最好;
(4)弃土场坡面土壤侵蚀量大,到2005年9月28日累计达152789.35t/km2,为剧烈侵蚀。弃土场坡面观测初期坡面土壤侵蚀主要以浅沟为主,随着观测时间的变化,细沟侵蚀在整个坡面土壤侵蚀量中占的比重越来越小,而相对浅沟侵蚀和切沟侵蚀所占的比重越来越大。而且随着侵蚀沟的发育,沟蚀量在弃土场坡面土壤侵蚀量中占有越来越大的比重,2005年8、9月沟蚀量占同期坡面总侵蚀量的81.71%以上,侵蚀量达37531.5t/km2。因此,在水土保持防治措施体系的配置中要有的放矢,根据不同的时间有针对性地布设,在防治弃土场坡面沟间侵蚀的同时,要加大力度对沟蚀采取措施;
(3)高速公路土壤侵蚀防治措施应根据公路土壤侵蚀发生发展规律来布设,在各类水土保持措施布设过程中应始终贯彻“预防为主,防治结合”的方针。
(1)高速公路水土保持防治措施总体布置应“点、线、面”相结合,综合防治公路沿线的土壤侵蚀,改善沿线生态环境。水土保持措施体系应包括预防措施、临时措施、工程措施以及植物措施等,真正贯彻“预防为主,全面规划,综合防治,因地制宜,加强管理,注重效益”的方针。
(2)高陡岩石边坡生态恢复是目前高速公路土壤侵蚀防治的重点与难点,也是今后重点研究的方向。路堤边坡技术比较成熟,但适用植物筛选是生态恢复的前提。施工便道是山岭重丘区公路建设重要的水土流失源,应采取综合水土保持防治措施。弃土(渣)场是公路建设水土流失最重要的侵蚀源,对其要适时地采取综合水土保持措施,包括工程措施、植物措施以及农业措施,尽快实现生态恢复,减少对环境的影响。
(3)水土保持综合防治措施效益显著,在公路建设中必须坚持“三同时”制度,确保发挥效益。