拉林铁路弃渣场水土保持型生态恢复技术探讨

朱兆荣，吴红刚，赵守全，韩 侃，韦 洪

（1.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000；2.贵州大学 资源与环境工程学院，贵阳 550025）

随着我国“一带一路”倡议的逐步实施，越来越多的交通和国防隧道工程逐渐往西部青藏高原地区转移。该地区地形复杂，地势起伏大，陆路交通工程建设多涉及路基深挖和隧洞路段，即土石方的挖填量大。但挖方往往无法达到工程建设的土质标准，因此产生大量弃渣[1]。这些弃渣需占用耕地甚至农田用地以设置弃渣场进行处置，弃渣场的修建和使用将会对周边生态环境产生不利的影响[2]。随着国家生态文明建设的大力推进以及铁路景观建设要求的提高，单纯地对铁路建设项目弃渣场进行工程措施治理已无法满足现代铁路建设的要求，因此，生态铁路工程的建设逐渐成为一种趋势。

目前，国内外学者对铁路弃渣场生态恢复有了一定程度的研究。谢振华等[3]以京珠高速公路（衡阳段）为依托，在对路域进行全面调查的基础上，应用模糊聚类方法，研究了公路两侧绿化带的乡土植物种类以及生态绿化模式。田育新等[4]依据在建工程项目中借土、弃渣的实际情况，提出了借土场、弃渣场的分类、优化选择方法及分类综合防治的措施布局。李志福等[5]依据南水北调工程项目阐述了弃土弃渣可能带来的生态环境问题，并以此探讨了弃渣场的生态修复措施与技术体系。陈琛[6]对修建水利工程形成的弃渣场危害性和防治措施进行了研究。李伟立[7]以山区铁路建设产生的大量弃渣为案例分析了弃渣场的选址原则和生态恢复措施。王巧红等[8]以水电建设项目形成的弃渣场为例，归纳总结了弃渣场不同部位的生态修复技术，并对各项生态修复技术的特点和适用范围进行了系统阐述。魏伟等[9]以石吉高速公路弃渣场为例，探讨了香根草在弃渣场治理中的优势。张萌[10]对我国铁路建设项目弃渣场的选址和生态环境等问题进行了探讨。张春晖[11]依据弃渣场选址原则和防护措施设计对低山丘陵区铁路建设涉及的不同类型弃渣场进程了分析和阐述。蒋光毅等[12]依托重庆市各种生产建设项目，研究了弃渣场的水土保持生态修复条件、修复原理和典型修复模式。

Hu 等[13]以淮南市大同煤矿废弃地为例，从当地实际情况和开采历史考虑，通过现场评价和综合监测手段，制定了详细的地下煤矿废弃地生态修复规划和功能分区。Dowarah 等[14]通过植物的一级和二级生态演替，对高硫煤矿OB 排土场进行了生态恢复，并取得良好的修复效果。综上可知，许多学者在铁路建设项目弃渣场生态恢复方面做了大量工作并取得了一定的成绩。然而青藏高原具有生态脆弱、土壤贫瘠、降雨量少、破坏了难以恢复的特征，使得其他地区的弃渣场生态恢复技术不足以完全适用于该地区的工程实施[15-17]。因此，针对青藏高原高寒高海拔的地域特色，亟需优化现有技术体系，从水土保持方面考虑铁路建设项目弃渣场的生态恢复。

本文以川藏铁路拉林段弃渣场工程为例，在现有研究的基础上，综合考虑拉林铁路沿线降雨量少、土壤贫瘠、自然恢复慢及表层土壤缺乏等特征，对弃渣场选址原则、弃渣场水土保持型生态恢复理论及弃渣场水土保持型生态恢复技术进行探讨，可为同类地区铁路建设项目弃渣场的生态恢复提供参考。

1 工程概况及弃渣场选址原则

1.1 工程概况

新建川藏铁路拉萨至林芝段位于西藏自治区东南部，为国铁Ⅰ级、单线电气化铁路，其目标时速设置为160 km/h。工程新建正线长度402.405 km，电气化改造既有青藏铁路及拉日铁路32.5km，运营长度434.905km。该路段工程于2014 年底开工建设，计划工期7 a。项目平面布置图如图1 所示。

拉林铁路全线建设产生弃渣1 943.37 万m3（含剥离表土197.31 万m3，运往弃渣场1 746.06 万m3），拟设弃渣场57 处，弃渣场现状如图2 所示。铁路沿线环境复杂，山高谷深，生态环境脆弱、敏感，降雨量少，植物越冬存活率低，气候极端恶劣。在该地区进行铁路弃渣场生态恢复时，依靠传统的恢复方法是极其困难的。因此，需采取水土保持型措施对拉林铁路弃渣场进行生态恢复，以减小对生态环境的影响。

图2 弃渣场现状

1.2 选址原则

弃渣场的选址受土石方数量大小、施工地点及施工方法影响[18]，即合理的选址和有效的水土保持措施对防止水土流失和保护周边自然环境极其重要[19]。因此，工程实践中应秉持“最少破坏就是最好的保护”的选址理念。通过资料查阅、现场实地踏勘和专家咨询，并结合以往的弃渣场选址经验，总结出适应于拉林铁路弃渣场的选址原则如下：①严格遵守国家对铁路弃渣场选址方面的法律法规；②为保护生态环境脆弱区域，应尽量选择远离自然保护区、水源保护区、风景名胜区、古建筑群以及各种水利设施；③为避免因弃渣诱发次生灾害，弃渣场选址应避让山体不稳定或有明显滑坡、崩塌、大量松散堆积物、泥石流沟等区域附近；④弃渣场的选址不能对新建和既有交通工程、水利工程、公共设施以及人民的生命财产造成损失和安全隐患。

2 弃渣场水土保持型生态恢复理论

水土保持型生态恢复是指在土壤侵蚀比较严重的区域，通过减轻生态系统超载压力，按照生态学原理，单纯依赖于生态系统自我组织和自我调节能力，或辅以人工调节能力，使受损的生态系统恢复到相对健康的状态[20]。

生态恢复新思想最早是由Leppold 于1935 年倡导的[21]，旨在通过人工设计和恢复措施，在遭受干扰和破坏的生态系统基础上，重新建立起具有自我恢复能力和健康状态的生态系统[22]（包括自然、人工和半自然半人工生态系统）。生态恢复是协助退化、受损和被破坏的生态系统恢复的过程[23]。铁路工程弃渣场的生态恢复技术涉及多个学科领域，包括工程防护和植被防护技术，其本身是一个非常复杂的问题，需要考虑气候、生态、地质、土壤、植物和地理等多个因素[24]。

恢复方式主要是植被恢复，包括种植乔木、灌木和草本等。在恢复过程中，应根据不同的立地条件选择合适的植被类型，并注重与周边自然环境的相互协调。成林后，要确保植被覆盖率不低于当地同类土地的植被覆盖率。此外，在条件适宜的地区可种植果树等经济类树种[7]。

3 弃渣场水土保持型生态恢复技术

传统的铁路弃渣场生态恢复技术是采用拦挡工程结合坡面植被进行恢复。而针对高寒高海拔的拉林铁路弃渣场，传统的恢复技术会导致植物越冬存活率低、坡面水土流失现象，不利于景观建设和环境保护。本文针对拉林铁路沿线土壤贫瘠、土壤营养物质缺乏、降雨量少等特征，探讨适用于该地区水土保持型生态恢复技术，可有效解决拉林铁路弃渣场生态恢复中存在的景观恢复效果差、水土流失严重等难题，可形成物种组合多样、景观恢复效果良好、土壤质地改良明显、水土保持能力强等优点，形成可持续良性发展。

3.1 物种选择原则

高寒高海拔地区具备气候恶劣，生态环境脆弱，降水量少且时间较短等特征。因此，在选择适合该地区的植物时[25]，应遵循以下原则。

3.1.1 本土性原则

弃渣场生态恢复工作中要将生态效益放在首要位置，美化效果放在次要位置，尽量采用当地生长旺盛的乡土植物。选择外来物种，从美观角度考虑会起到良好的效果，但养护管养成本高，并且极易出现大面积的死亡和退化。

3.1.2 多样性原则

由于弃渣场的水分和养分等条件较差，常见的植物品种难以在自然状态下生存，生物多样性差，容易受到病虫害的入侵而导致植株品质下降、退化和死亡，从而无法发挥固土防冲刷的保护作用。因此，在选择适宜的植物种类时，应考虑垂直结构设计，避免使用单一种类的植物，同时还能提高植被的抗寒、抗旱、耐热等特性，延长植被绿期，提高观赏性和整体性效果。

3.1.3 短期效果与长期效果相结合原则

弃渣场生态恢复工作中容易出现“强调快绿，忽视常绿”倾向，造成弃渣场“一年绿，两年黄，三年枯，四年死”的现象。优秀的生态恢复工程应该是将先锋植物、中期植物和目标植物合理搭配种植，实现弃渣场生态恢复工程低养护、与自然协调、兼顾短期与长期效果的目标。

3.1.4 经济性和安全性原则

弃渣场生态恢复的护坡植物种植和后期养护需要花费大量的资金，尤其后期养护，如果所需成本较高，往往会出现营养跟不上而造成植物大量死亡。因此，在选择护坡植物时，应综合考虑植被资源丰富、价格合理、长期管护费用低等因素。

3.1.5 景观协调性原则

铁路弃渣场的生态恢复设计应遵循生态防护标准，包括总体设计、分段设计，突出重点，注重特色以及经济实用。根据当地气候、地质、水文等立地条件，选择适宜本土生长的植物类型，并注重生态防护的环境保护功能，交通功能以及景观协调等方面。

3.2 防护措施设计

弃渣场生态恢复需在保证渣体稳定的前提下，通过在渣脚、边坡和渣顶布设工程措施、植物措施和临时措施达到防治水土流失、改善生态环境的目的[8]。针对拉林铁路弃渣场水土保持型生态恢复措施总体布局指导思想为：以工程措施为主，植物措施为辅，在弃渣场堆放前对原生表层剥离土壤采用临时措施进行坡面防护。充分发挥工程措施的主导作用，再利用植物措施进行水土保持与护坡，达到有效防止水土流失、美化生态环境的目的。

3.2.1 水土保持工程措施

本项目工程拟设置57 个弃渣场，根据水土流失预测，呈松散堆积的弃渣在降雨作用下极易诱发水土流失现象。

因此，在对弃渣场进行生态恢复前，应先在其上游设置截水沟，同时在中间平台和周围设置排水沟，在低洼地段还需要设置沉砂池，使坡面汇水经过截水沟、排水沟和沉砂池处理后再排放到附近的沟渠或河流中。基于“先挡后弃”原则，先在弃渣区域下方的边界处建造挡渣墙，以确保弃渣不会流失到弃渣场范围之外。在完成弃渣堆放后，首先需进行土壤平整，进一步在坡面上铺设雨水收集层以便收集雨水，为坡面植物在干旱时期提供所需的水分。该措施可以最大程度地保护环境，同时也有利于促进植物的生长和生态系统的稳定。采用厚度为18 cm 的改良土对雨水收集层进行覆盖，进一步在改良土表面均匀地撒上草本、乔木和灌木种子，并铺设一层厚度为5 cm 的保护层。对保护层进行适当压实后再覆盖一层绿色的防尘网和无纺布，弃渣场生态恢复示意如图3 所示。

图3 弃渣场生态恢复

3.2.2 水土保持植物措施

由于拉林铁路沿线受地势高、日照强、气温低等环境因素制约，使得该区域具有植被稀疏，生长缓慢，植被演替周期较为漫长等特征，导致裸露的弃渣场表面无法轻易进行植被恢复，从而极易快速恶化生态环境。因此，考虑拉林铁路弃渣场生态恢复的立地条件，在弃渣堆放前，首先用推土机清理原生表层土壤，这部分土可作为坡顶植被恢复的覆土层。待弃渣堆放完毕，运送至弃渣场顶部并对其适当压密平整以进行植被种植。根据工程需要建造挡渣墙或格状框条式护坡，并在框条内撒播草本、乔木和灌木种子。

结合以往资料和经验对比分析，对本项目生态恢复遵循“乡土植物为主，多物种混播”原则。植物群落以“灌木+草本+乔木”配合方式为主，以减缓水土流失现象。考虑植物耐寒、耐旱、耐瘠薄、抗风沙的特点，保障拉林铁路弃渣场生态恢复后其复绿效果达到理想状态，最终选择的植物品种如下：①乔木类：侧柏、榆树；②灌木类：砂生槐、西藏锦鸡儿、花棒、高山绣线菊、沙棘、狼牙刺；③草本类：三刺草、丝颖针茅、固沙草、西藏早熟禾、毛瓣棘豆。其中灌木株的种植间距为1.0 m×1.0 m，每个穴内种植2 株。草本植物通过撒播的方式进行播种，播种密度为70 kg/hm2。乔木的种植密度为每公顷1 500 株，采用穴植法进行栽植。栽植完成后，应对植株加强抚育管理工作，保证绿化效果，增加地表植被覆盖，切实做到水土保持。

3.2.3 水土保持临时措施

在对弃渣场原生表层土壤进行剥离后，需对表层土壤进行临时堆放，堆放高度不应过高，同时对表层土壤应适当压实，坡脚宜采用临时编织袋对坡脚进行拦挡。由于表层土壤堆放时间较长，在降雨冲刷、重力等作用下容易发生水土流失。因此在堆放表层土壤周围设置临时排水沟和临时沉砂池，对裸露面采用临时苫盖或撒草籽进行防护，并在坡顶安置彩条布。此外，在堆放期间应加强管理工作，设置警示牌等，防止剥离的表层土壤被他用，采取的水土保持临时措施如图4 所示。

图4 水土保持临时措施

3.3 生态恢复效果

拉林铁路项目工程于2014 年底开始建设，计划工期为7 a，截至2021 年4 月，主体部分已基本完工。除部分正在使用的区域，其余大部分地区均已采取了生态恢复与保护措施。本项目全线产生弃渣约1 943.37 万m3（含剥离表土197.31 万m3，运往弃渣场1 746.06 万m3），建设弃渣场57 处，对各个弃渣场均进行了生态恢复。通过巡查监测、实地监测、调查监测的方式对弃渣场水土保持型措施进行了监测，发现在恢复后部分弃渣场经历了较大的中雨（其中最大日降雨量达25 mm），现场考察截水沟、沉砂池等排水措施结构保存完整，弃土场坡面基质基本完好，没有因水流冲刷而造成冲沟和垮塌现象。对弃渣场恢复两年后，坡面植被覆盖率达到70%以上，基本满足弃渣场生态恢复要求，拉林铁路弃渣场水土保持型生态恢复技术实践取得了良好效果，部分弃渣场生态恢复效果如图5 所示。

图5 弃渣场生态恢复效果

4 结束语

随着铁路的不断建成，我国铁路建设的主战场逐渐由东部向西部转移，由平原向山区转移。而铁路建设不可避免对当地的生态系统进行扰动和破坏，使铁路路域范围内的生态系统遭到破坏，生态环境恶化。随着人们环保意识不断增强，对铁路生态工程的建设意识也不断提高。一个好的铁路生态工程，不仅可以给司乘人员带来安全、舒适的驾驶环境，还减少了铁路沿线环境污染，防止水土流失，减少滑坡、泥石流等自然灾害的形成，有利于铁路安全运营。而弃渣场是铁路生态工程建设中非常重要的一部分，弃渣对于人们生活和自然环境都有极大影响，因此对铁路建设弃渣场的生态恢复尤为重要。对其进行生态恢复时，应根据弃渣场的实际条件“因地制宜”地提出恢复方案，以最为经济和科学的方式将人为干扰的生态环境归还给大自然，这也是未来科学研究探索的方向。