郭 麗

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安 710043)

新建寶雞至蘭州客運專線自西寶客運專線寶雞南站引出后，經(jīng)關(guān)中盆地西部，溯渭河及其支流而上，穿行于西秦嶺中山區(qū)、河谷階地及黃土高原丘陵溝壑梁峁區(qū)，經(jīng)天水、秦安、通渭、定西后，穿越華家?guī)X及車道嶺，經(jīng)榆中進入蘭州盆地至終點蘭州西站，全長400.57 km［1］。線路所經(jīng)大部分地區(qū)黃土溝壑縱橫，梁峁起伏，生態(tài)環(huán)境惡劣，對建設(shè)工程擾動十分敏感。

目前用于鐵路建設(shè)期水土流失預(yù)測的方法主要有經(jīng)驗預(yù)測法、工程類比侵蝕模數(shù)法、數(shù)學(xué)模型法等，其中最常用的是類比侵蝕模數(shù)法［2］。類比侵蝕模數(shù)法簡單易行、節(jié)省時間和費用，能較準確地進行定性或準定量預(yù)測，但尚難以進行精確的定量預(yù)測［3］。本文根據(jù)線路沿線水土流失現(xiàn)狀，采取類比侵蝕模數(shù)法預(yù)測鐵路建設(shè)可能造成的水土流失總量，并分析水土流失危害。

1 土壤侵蝕現(xiàn)狀

采用2008年的2.5 m SPOT 5影像，從1∶1萬的地形圖上選取控制點及相應(yīng)精度的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理，參考鐵路沿線的地形圖、土地利用圖及其它土壤侵蝕相關(guān)資料，分析了土壤侵蝕的類型、地形坡度、植被覆蓋度、地表組成物質(zhì)等影響因素。根據(jù)遙感資料判釋，鐵路沿線0～5 km范圍，主要為水力侵蝕，伴有重力侵蝕。土壤侵蝕強度分為微度、輕度、中度、強度、極強度及以上5級。寶蘭客運專線線路沿線5 km范圍內(nèi)的土壤侵蝕統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

從表1可知:線路兩側(cè)0～300 m范圍內(nèi)，中度侵蝕面積占30.3%，輕度侵蝕和強度侵蝕面積分別占16.9%和15.4%;300～500 m，500～1 000 m 及1 000～5 000 m范圍內(nèi)，主要為中度侵蝕，比率分別為31.1%，30.4%，35.8%。中度、強度和輕度侵蝕面積占總面積的60%左右。由此可見，線路兩側(cè)侵蝕強度主要為中度。

2 施工期水土流失預(yù)測

2.1 類比工程選取

隴海線寶雞至蘭州段增建二線與寶蘭客運專線基本處一個交通走廊帶中，在地形地貌、降雨、植被類型及覆蓋度、土壤類型及抗蝕性、水土流失現(xiàn)狀等方面具有相似性及可類比性，見表2。故選取隴海線寶雞至蘭州段增建二線作為類比工程，預(yù)測寶蘭客運專線鐵路施工期水土流失量。

表2 隴海線寶雞至蘭州段增建二線工程與新建寶雞至蘭州客運專線工程對比分析

2.2 土壤侵蝕模數(shù)的確定

根據(jù)類比工程施工期水土流失調(diào)查監(jiān)測報告，沿線河谷盆地區(qū)、南隴山與西秦嶺北緣中山區(qū)和黃土高原丘陵溝壑梁峁區(qū)三大地貌單元內(nèi)的路基坡面、棄土棄渣場和施工場地在施工期造成的侵蝕模數(shù)可達到3 500～10 500 t/(km2·年)。另外，根據(jù)實測結(jié)果，隧道口占地范圍內(nèi)侵蝕模數(shù)與路基工程填挖形成的侵蝕模數(shù)相當，施工場地與橋梁工程、站場工程占地范圍的侵蝕模數(shù)相當。

擬建工程大部分地段與類比工程地形地貌相似，類比工程監(jiān)測年未發(fā)生洪澇災(zāi)害，降水接近多年平均降水量，但擬建工程所經(jīng)的秦安縣、通渭縣靠近走廊北部，植被覆蓋度低，土壤侵蝕現(xiàn)狀高于類比工程所經(jīng)的武山縣、甘谷縣和隴西縣。經(jīng)綜合分析及參考《土壤侵蝕分類分級標準》［4］，將該段施工期的土壤侵蝕模數(shù)按1.1倍修正，其它段落不予修正，見表3。

表3 類比工程與擬建工程侵蝕模數(shù)對比

2.3 水土流失量計算

2.3.1 計算方法

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》［5］相關(guān)規(guī)定，土壤流失量可按下式計算

式中:W為土壤流失量，t;Fji為某時段某單元的預(yù)測面積，km2;Mji為某時段某單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年);Tji為某時段某單元的預(yù)測時間，年;i為預(yù)測單元，i=1，2，3，……，n;j為預(yù)測時段，j=1，2，分別指施工準備期和施工期。

新增土壤流失量ΔW為

式中:ΔMji為某時段某單元的新增土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·年)，只計正值，負值按0計。

2.3.2 計算結(jié)果及分析

各地貌單元在施工期可能造成的土壤侵蝕總量見表4，各工程類型在施工期可能造成的土壤侵蝕總量見表5。

表4 各地貌單元在施工期可能造成的土壤侵蝕總量

表5 各工程類型在施工期可能造成的土壤侵蝕總量

從表4可知:按地貌單元劃分，河谷盆地區(qū)、南隴山與西秦嶺北緣中山區(qū)和黃土高原丘陵溝壑梁峁區(qū)土壤侵蝕比率分別為2.6%，11.0%，86.4%;從表5可知:按工程類別劃分，施工期棄土棄渣場水土流失量最大，為309 598 t，新增流失量為214 626 t，占總流失量的56.9%。

從表4、表5可知:在不采取任何水土保持措施的情況下，鐵路建設(shè)在施工期(含施工準備期)可能造成的水土流失總量約58.1萬t，新增流失量約37.7萬t;工程建設(shè)中的新增流失量主要來源于黃土高原丘陵溝壑梁峁區(qū)的棄土棄渣場。這為后期工程水土流失防治確定了重點防護區(qū)段和重點防護工程類型。

3 水土流失危害分析

根據(jù)鐵路沿線的環(huán)境特征及工程特點，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及工程分析，施工期可能造成的水土流失危害主要有以下幾個方面:

1)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

線路路基和橋梁兩側(cè)主要為農(nóng)田和園地，鐵路建設(shè)將加劇沿線的水土流失，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生一定的不利影響。若橋涵設(shè)計不能滿足行洪要求，可能沖刷或淤積農(nóng)田。

2)侵占河道

本工程具有橋隧相連、開挖量大、棄渣量大、棄渣困難、施工場地狹窄等特點，施工中若出渣工序不當或臨時擋護措施不到位，在汛期，大量棄渣可能流失到沿線的河道內(nèi)，甚至形成泥石流危及下游水利水?；A(chǔ)設(shè)施和居民安全。

3)提供水土流失物質(zhì)來源，加大擾動面積

全線的土石方調(diào)配和隧道棄渣的利用是建立在主體土建工程同時開工和嚴格組織管理基礎(chǔ)上的，若出渣工程與用渣工程不能同時開工或各標段施工單位組織管理不到位，可能產(chǎn)生大量的臨時堆渣場或棄土場，不僅會給沿線的水土流失提供豐富的物質(zhì)來源，而且會加大擾動面積。

4)降低土壤肥力，造成土壤貧瘠

工程所經(jīng)地區(qū)土壤抗蝕性差，侵蝕嚴重，滑坡、崩塌等潛在不良地質(zhì)發(fā)育。路基修筑、路塹開挖和路堤填筑形成的人工邊坡，在未進行坡面防護之前，易產(chǎn)生坡面土壤侵蝕，將導(dǎo)致土層變薄，肥力降低，土壤貧瘠，植被恢復(fù)困難，土壤水源涵養(yǎng)能力差。

4 結(jié)語

1)鐵路建設(shè)過程中，開挖坡面、棄土棄渣等會破壞鐵路沿線的地貌和植被，通過水土流失預(yù)測，可確定重點防治區(qū)段和重點防護工程。

2)對土壤侵蝕現(xiàn)狀的調(diào)查及預(yù)測分析，可為鐵路施工期合理設(shè)置棄土棄渣場、有效防治水土流失提供參考數(shù)據(jù)，對沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護及運營安全具有重要意義。

3)水力侵蝕模數(shù)的確定需耗費大量人力、物力，且投資較大，而本文利用既有鐵路的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用類比的方法，對擬建工程和類比工程的地形地貌、降雨、植被覆蓋度和土壤類型等水土流失影響因子進行了比較分析，從而確定了寶蘭客運專線的土壤侵蝕模數(shù)，方法簡捷有效，可供同類工程參考。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.新建鐵路寶雞至蘭州客運專線初步設(shè)計報告［R］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2009.

［2］刑亭婷.高速鐵路建設(shè)水土流失預(yù)測與防治研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2011.

［3］何東進，洪偉，吳承禎.水土保持效能影響因子數(shù)學(xué)模型的初探［J］.福建林學(xué)院學(xué)報，1999，19(1):26-29.

［4］中華人民共和國水利部.SL 190—2007 土壤侵蝕分類分級標準［S］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［5］中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50433—2008 開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008.