新建宝兰客运专线铁路施工期水土流失预测

郭 丽

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

新建宝鸡至兰州客运专线自西宝客运专线宝鸡南站引出后，经关中盆地西部，溯渭河及其支流而上，穿行于西秦岭中山区、河谷阶地及黄土高原丘陵沟壑梁峁区，经天水、秦安、通渭、定西后，穿越华家岭及车道岭，经榆中进入兰州盆地至终点兰州西站，全长400.57 km［1］。线路所经大部分地区黄土沟壑纵横，梁峁起伏，生态环境恶劣，对建设工程扰动十分敏感。

目前用于铁路建设期水土流失预测的方法主要有经验预测法、工程类比侵蚀模数法、数学模型法等，其中最常用的是类比侵蚀模数法［2］。类比侵蚀模数法简单易行、节省时间和费用，能较准确地进行定性或准定量预测，但尚难以进行精确的定量预测［3］。本文根据线路沿线水土流失现状，采取类比侵蚀模数法预测铁路建设可能造成的水土流失总量，并分析水土流失危害。

1 土壤侵蚀现状

采用2008年的2.5 m SPOT 5影像，从1∶1万的地形图上选取控制点及相应精度的数字高程模型(DEM)数据，经过图像处理，参考铁路沿线的地形图、土地利用图及其它土壤侵蚀相关资料，分析了土壤侵蚀的类型、地形坡度、植被覆盖度、地表组成物质等影响因素。根据遥感资料判释，铁路沿线0～5 km范围，主要为水力侵蚀，伴有重力侵蚀。土壤侵蚀强度分为微度、轻度、中度、强度、极强度及以上5级。宝兰客运专线线路沿线5 km范围内的土壤侵蚀统计数据见表1。

从表1可知:线路两侧0～300 m范围内，中度侵蚀面积占30.3%，轻度侵蚀和强度侵蚀面积分别占16.9%和15.4%;300～500 m，500～1 000 m 及1 000～5 000 m范围内，主要为中度侵蚀，比率分别为31.1%，30.4%，35.8%。中度、强度和轻度侵蚀面积占总面积的60%左右。由此可见，线路两侧侵蚀强度主要为中度。

2 施工期水土流失预测

2.1 类比工程选取

陇海线宝鸡至兰州段增建二线与宝兰客运专线基本处一个交通走廊带中，在地形地貌、降雨、植被类型及覆盖度、土壤类型及抗蚀性、水土流失现状等方面具有相似性及可类比性，见表2。故选取陇海线宝鸡至兰州段增建二线作为类比工程，预测宝兰客运专线铁路施工期水土流失量。

表2 陇海线宝鸡至兰州段增建二线工程与新建宝鸡至兰州客运专线工程对比分析

2.2 土壤侵蚀模数的确定

根据类比工程施工期水土流失调查监测报告，沿线河谷盆地区、南陇山与西秦岭北缘中山区和黄土高原丘陵沟壑梁峁区三大地貌单元内的路基坡面、弃土弃渣场和施工场地在施工期造成的侵蚀模数可达到3 500～10 500 t/(km2·年)。另外，根据实测结果，隧道口占地范围内侵蚀模数与路基工程填挖形成的侵蚀模数相当，施工场地与桥梁工程、站场工程占地范围的侵蚀模数相当。

拟建工程大部分地段与类比工程地形地貌相似，类比工程监测年未发生洪涝灾害，降水接近多年平均降水量，但拟建工程所经的秦安县、通渭县靠近走廊北部，植被覆盖度低，土壤侵蚀现状高于类比工程所经的武山县、甘谷县和陇西县。经综合分析及参考《土壤侵蚀分类分级标准》［4］，将该段施工期的土壤侵蚀模数按1.1倍修正，其它段落不予修正，见表3。

表3 类比工程与拟建工程侵蚀模数对比

2.3 水土流失量计算

2.3.1 计算方法

根据《开发建设项目水土保持技术规范》［5］相关规定，土壤流失量可按下式计算

式中:W为土壤流失量，t;Fji为某时段某单元的预测面积，km2;Mji为某时段某单元的土壤侵蚀模数，t/(km2·年);Tji为某时段某单元的预测时间，年;i为预测单元，i=1，2，3，……，n;j为预测时段，j=1，2，分别指施工准备期和施工期。

新增土壤流失量ΔW为

式中:ΔMji为某时段某单元的新增土壤侵蚀模数，t/(km2·年)，只计正值，负值按0计。

2.3.2 计算结果及分析

各地貌单元在施工期可能造成的土壤侵蚀总量见表4，各工程类型在施工期可能造成的土壤侵蚀总量见表5。

表4 各地貌单元在施工期可能造成的土壤侵蚀总量

表5 各工程类型在施工期可能造成的土壤侵蚀总量

从表4可知:按地貌单元划分，河谷盆地区、南陇山与西秦岭北缘中山区和黄土高原丘陵沟壑梁峁区土壤侵蚀比率分别为2.6%，11.0%，86.4%;从表5可知:按工程类别划分，施工期弃土弃渣场水土流失量最大，为309 598 t，新增流失量为214 626 t，占总流失量的56.9%。

从表4、表5可知:在不采取任何水土保持措施的情况下，铁路建设在施工期(含施工准备期)可能造成的水土流失总量约58.1万t，新增流失量约37.7万t;工程建设中的新增流失量主要来源于黄土高原丘陵沟壑梁峁区的弃土弃渣场。这为后期工程水土流失防治确定了重点防护区段和重点防护工程类型。

3 水土流失危害分析

根据铁路沿线的环境特征及工程特点，经现场调查及工程分析，施工期可能造成的水土流失危害主要有以下几个方面:

1)影响农业生产

线路路基和桥梁两侧主要为农田和园地，铁路建设将加剧沿线的水土流失，对农业生产、生活产生一定的不利影响。若桥涵设计不能满足行洪要求，可能冲刷或淤积农田。

2)侵占河道

本工程具有桥隧相连、开挖量大、弃渣量大、弃渣困难、施工场地狭窄等特点，施工中若出渣工序不当或临时挡护措施不到位，在汛期，大量弃渣可能流失到沿线的河道内，甚至形成泥石流危及下游水利水保基础设施和居民安全。

3)提供水土流失物质来源，加大扰动面积

全线的土石方调配和隧道弃渣的利用是建立在主体土建工程同时开工和严格组织管理基础上的，若出渣工程与用渣工程不能同时开工或各标段施工单位组织管理不到位，可能产生大量的临时堆渣场或弃土场，不仅会给沿线的水土流失提供丰富的物质来源，而且会加大扰动面积。

4)降低土壤肥力，造成土壤贫瘠

工程所经地区土壤抗蚀性差，侵蚀严重，滑坡、崩塌等潜在不良地质发育。路基修筑、路堑开挖和路堤填筑形成的人工边坡，在未进行坡面防护之前，易产生坡面土壤侵蚀，将导致土层变薄，肥力降低，土壤贫瘠，植被恢复困难，土壤水源涵养能力差。

4 结语

1)铁路建设过程中，开挖坡面、弃土弃渣等会破坏铁路沿线的地貌和植被，通过水土流失预测，可确定重点防治区段和重点防护工程。

2)对土壤侵蚀现状的调查及预测分析，可为铁路施工期合理设置弃土弃渣场、有效防治水土流失提供参考数据，对沿线地区生态环境保护及运营安全具有重要意义。

3)水力侵蚀模数的确定需耗费大量人力、物力，且投资较大，而本文利用既有铁路的监测数据，采用类比的方法，对拟建工程和类比工程的地形地貌、降雨、植被覆盖度和土壤类型等水土流失影响因子进行了比较分析，从而确定了宝兰客运专线的土壤侵蚀模数，方法简捷有效，可供同类工程参考。

［1］中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路宝鸡至兰州客运专线初步设计报告［R］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2009.

［2］刑亭婷.高速铁路建设水土流失预测与防治研究［D］.成都:西南交通大学，2011.

［3］何东进，洪伟，吴承祯.水土保持效能影响因子数学模型的初探［J］.福建林学院学报，1999，19(1):26-29.

［4］中华人民共和国水利部.SL 190—2007 土壤侵蚀分类分级标准［S］.北京:中国水利水电出版社，2008.

［5］中华人民共和国建设部，中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB 50433—2008 开发建设项目水土保持技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2008.