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藏北冻融侵蚀及风蚀区公路建设水土流失防治探讨
作者:李 杰 郑珉姣 罗 强 周 全     来源:水保设计处     类别:     日期: 2013-09-23 08:25:46     浏览次数:2346

[关键词] 藏北;公路工程;冻融侵蚀及风蚀;水土流失;防治措施
       [摘 要]藏北地区海拔高,寒冷干旱,植被稀少,生态环境极其脆弱,在全球气候变化和人类活动干扰日趋严重的影响下,水土流失已成为构建西藏生态安全屏障的主要限制因素之一。以西藏S203线雄梅—申扎段公路工程为例,结合藏北高原的自然、社会环境特点,分析公路建设过程中的水土流失特点,并提出了藏北地区公路建设水土流失的防治思路和防治措施布局。
       [中图分类号] S157.2 [文献标识码] C [文章编号]
       过去,交通不便是藏北地区经济发展相对缓慢的主要限制因素。近年来,公路建设的高速发展极大地改善了西藏高原地区的交通条件,有效解决了高原地区自然资源、劳动力、生产设施等生产要素相分离的矛盾,为实现共同富裕和可持续发展发挥着重要的作用。2011年,西藏交通运输部门编制了“十二五”公路交通发展规划,计划在“十二五”期间开展总里程为2.7万km的公路工程建设,力争实现西藏自治区公路交通的跨越式发展。规划公路中有15.16%的路段分布在水力侵蚀区,有1%的路段穿越沙漠、高寒荒漠和各类荒地,有5.42%的路段分布在多年冻土区[1]。公路建设不可避免会对公路通过地区的生态环境产生影响,极易加剧沿线土地沙化现象,并给沿线的脆弱生态环境带来不可逆转的破坏。
       1 S203线雄梅—申扎段公路工程简介
       拟改建的S203线雄梅—申扎段公路工程位于藏北那曲地区申扎县境内,该项目是S203线(班戈县—申扎县—南木林县—国道318)的重要路段,与S301线在申扎县城以北的雄梅镇相交,是西藏自治区公路网的重要组成部分,同时也是西藏自治区“十二五”公路交通发展规划中重点建设的通县油路之一。目前,S203线雄梅—申扎段公路为四级砂石路,道路等级较低,现状路宽5.5~6.5 m,路况较差,不能满足经济社会发展的需要。
       拟建线路全长88.81 km,按三级公路标准进行改建,设计行车速度40 km/h,路基设计宽度8.5 m。项目由路基工程、桥梁工程、附属设施、草甸表土堆放场、料场(砂砾料场、石料场)、施工生产生活区、施工便道、施工力能供应区组成。工程总占地273.21 hm²,其中永久占地188.06 hm²、临时占地85.15 hm²。工程开挖土石方83.38万m³,回填土石方195.27万m³,借方150.24万m³,取料来源于8处砂砾料场和3处片块石料场,产生弃方38.35万m³(含表土临时弃渣25.53万m³,不良地质换填、桥梁基础及硬化层清除产生的永久弃渣12.82万m³),全线不另设弃渣场,施工期弃渣堆置于沿线布置的7处草甸表土堆放场,施工完毕后,临时弃渣回覆至路基边坡及施工场地利用,永久弃渣回填料场。根据需要,沿线布设施工便道20 952 m、施工生产生活区16处。
       2 项目区自然环境概况
       项目区地处藏北羌塘高原中南部,冈底斯山和西藏第二大湖色林错之间,属典型高原湖盆地貌区。区内地势较缓,丘陵、高山与盆地相间,项目沿线平均海拔4 720 m,丘顶与山地的相对高差一般在300~500 。项目区属典型的高原亚寒带半干旱气候区,气候寒冷,空气稀薄,长冬无夏,多风雪天气,年温差相对大于日温差。多年平均气温-0.4℃,最高气温21.8℃、最低气温-36.8℃。多年平均降水量298 mm,年均蒸发量2181.1 mm,年均日照时数2 916 h,年均风速3.8 m/s,最大冻土深2.9 m,全年有霜。项目区土壤类型主要为高山草原土,由于区域内气候干旱、风大、土壤冻结期长,土壤腐殖质累积和冻融过程非常弱,出现钙化现象。生长有高寒草原植物,因草根少,不能形成草毡层,腐殖质层较薄,呈灰棕或灰黄色,稍现粒状—团块状结构;土体富含砾石,石砾背面有石灰膜,有机质含量低。局部丰水路段生长有高山草甸,草层较厚,生长土壤为高山草甸土,腐殖质含量高。区内植物属高寒草甸、草原植被,由于项目区气候条件较恶劣,生长的植被主要以耐寒中生莎草科植物高山嵩草为建群种,项目沿湖盆区的洪积扇上布线,属藏北草场区,主要生长针茅、羊茅等天然牧草,但产量不高,植被覆盖率在35%以下。此外,项目起点位于色林错黑颈鹤国家级自然保护区实验区附近,项目区野生动物种类较丰富,主要有藏羚羊、藏原羚、高原野驴、黑颈鹤、赤麻鸭等。
       3 项目特点及水土流失特点
       3.1 项目特点
       由于项目所处的地理位置特殊,海拔高,气候寒冷干旱,植被稀少,所以相比常见类型区公路工程,该区公路改建工程有以下几个特点:①项目区属藏北高原半干旱生态脆弱区,地表植被一旦被扰动破坏,很难恢复;②项目沿线广泛分布有积雪、冻土层,分散分布有泥石流、水毁及软弱路基路段,不良地质灾害整治也是项目改建的主要任务之一;③对于填方路基,设计填高相比高于内地一般填方公路(取公路设计规范中的高值),主要目的是为了防治风吹积雪、冻土等不良地质灾害,导致借方相对增加,沿线料场布置较多;④每年的可施工工期较短,每年11月至次年3月初,项目区气温在冰点以下,不适宜工程施工,可施工期集中在每年3月中下旬至10月期间。
       3.2项目区水土流失特点
       项目区水土流失以轻度冻融侵蚀和风力侵蚀为主,伴有水力侵蚀;根据调查,沿线生态极其脆弱,并且局部有过渡放牧现象,导致植被稀少甚至完全裸露,且土壤主要为砂性土。项目区水土流失特点有:①主要侵蚀类型为冻融侵蚀及风力侵蚀,其中冻融侵蚀主要对土壤及下部岩层中饱含水分的部分,受结冰过程以及冰夹层的作用体积增大,融化后体积又缩小,导致地表呈季节性升降,造成土层松动、崩解,一遇暴雨就产生严重的水蚀[2]。因此,冻融侵蚀往往与水力侵蚀叠加后造成较严重的水土流失危害。②项目建设过程中的风蚀属于工程型风蚀,由于项目建设对地表植被和土壤层的破坏,使得下覆风化壳裸露,在强风场的作用下,风蚀剧烈,地表细颗粒物质在短时间内被吹蚀殆尽,这种侵蚀的特点是土地表面的石砾化,而不是沙化[3]。③虽然项目区多年平均降水量较小,但瞬时降雨极易对沿线植被覆盖不够的砂性土造成严重的水力侵蚀。
       3.3工程建设对水土流失的影响
       (1)冻融及水力侵蚀混合水土流失影响分析。在多年冻土区的公路两侧和路基,在局部地下水或地表水富集区域,容易形成冰锥和冻胀丘,从而产生崩塌和滑坡。公路工程改建部分进入多年冻土区之后,公路路基和边坡水土由于热胀冷缩,常常形成垮塌,从而造成边坡水土流失。根据有关学者研究,在公路、河床两侧的斜坡上,当冻土融化和湿润软化后,可沿冻土层或地下水层顺坡滑塌,这种滑塌发育速度惊人,有时2~3年就可以从坡脚溯源发育至坡顶。这种混合型水土流失造成的影响在藏北地区的省道203线及301线沿线随处可见,特别是在道路利用桥梁或涵洞跨越地表水系时,桥涵与路基的连接处常常受冻融及水力侵蚀的交互作用而损毁严重。
       (2)风力侵蚀的水土流失影响分析。藏北高原内陆湖密布,属于湖积平原区,风力侵蚀的结果就是形成石砾化土地。由于许多湖泊处于汇水型封闭系统,湖泊往往位于盆地的中心,来自四周的冲积和洪积物向湖盆迁移。离湖泊越近,沉积物颗粒越细。在靠近湖泊的滩地,沉积物在水流的分选作用下结构单一化。在强风场的作用下,这些细颗粒物质发生扩展,形成大片砂砾地。湖泊则伴随着气候波动而发生明显缩小和扩展变化,伴随着湖泊水位的下降,湖泊面积缩小,湖泊趋于封闭,原来的湖底暴露而发生石砾化或盐碱化。省道S203沿线的色林错、格仁错、错鄂错等湖泊受风力侵蚀影响正沿着该趋势演变。
       4 防治思路及措施布局
       4.1水土流失防治思路
       根据以上针对该类型区项目特点及水土流失特点的分析,提出藏北高寒地区公路建设过程中的水土流失防治思路。
       (1)保护为主,减少扰动。控制并减少



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