秦巴山区铁路增建二线的水土流失影响分析

2012-12-21何吉成

水土保持研究 2012年6期

何吉成

（交通运输部规划研究院环境资源所，北京100028）

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，每年土壤流失量约为50亿t，全国水土流失总面积为484.74万km2，占国土总面积的51.1%［1］，水土流失及其防治已经成为包括交通建设在内的各类开发建设活动所面临的重要环境问题［2－4］。秦巴山区是横贯我国中部、东西延伸的重要地貌单元，包括秦岭山地、汉江河谷盆地和大巴山山地［5－6］，它介于长江与黄河两大水系之间，山高坡陡、河谷深切、降水丰富，水土流失较为严重。作为汉江上游区，秦巴山区水土流失的防治对保护南水北调中线水源地——丹江口水库水源质量具有重要的意义。铁路是我国国民经济的大动脉和大众化交通工具，西康线和襄渝线穿越秦巴山区，是川渝地区北上、东出的重要通道，但均为单线铁路，运输任务十分繁忙，因此增建二线对缓解既有线运能紧张，改善秦巴山区交通条件具有重要的意义。但铁路建设工程具有建设距离长、填挖土方量大、取弃土场多等特点，挖高填低、开凿隧道、取土弃渣等施工活动均会造成大量的水土流失。从已有的研究来看，对山区铁路建设的水土流失问题关注得较少［7］，而且多数研究没有结合工程规模、占地面积、土石方量和施工时间等因素来综合分析水土流失量的大小程度，缺乏客观、量化的横向比较［8－11］。水土流失影响指数评价模型是姜德文［12］以水利部审批的开发建设项目水土保持方案为基础，通过项目中易获取的一些重要指标来构建反映建设项目水土流失影响程度的评价模型，目前已经成为开发建设项目水土保持损益分析的主要方法之一。本文以处于秦巴山区的襄渝线襄樊至安康段（以下简称襄安线）、西安至安康线（以下简称西康线）和襄渝线安康至重庆段（以下简称安渝线）的增建二线工程为例，基于相关的水土保持方案报告书中的数据资料［13－15］，通过该评价模型来定量分析、评判增建二线工程的水土流失影响程度，为我国山区铁路建设的水土保持工作提供客观、量化的科学标准，也为促进我国铁路建设项目的水土保持工作提供参考。

1 工程概况与水土流失影响

襄安线增建二线工程位于湖北西北部和陕西东南部，东起襄樊，途经老河口、谷城、十堰、白河、旬阳后到达终点安康（图1），全长361.824km，新建桥涵751座、隧道101座。沿线经过汉江冲积平原区、山前丘陵区、低山区、低中山峡谷区和安康盆地，沿线土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，强度以中度为主。沿途的十堰市市辖区属于国家级水土流失重点预防保护区中的汉江上游预防保护区，沿途的丹江口市、郧县、白河县、旬阳县和安康市汉滨区属于国家级水土流失重点治理区中的丹江口水源区治理区。

西康线增建二线工程位于陕西省东南部，经过西安市的灞桥区、长安区后，再经柞水、镇安、旬阳到达终点安康市（图1），全长180.680km，新建大中桥69座、隧道59座，改建车站10个。沿线经过渭河冲积平原区、山前黄土台塬区、秦岭中山区和秦岭南部中低山河谷区，沿线土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，强度以轻度和中度为主。沿途的西安市灞桥、长安两区属于国家级水土流失重点监督区中的豫陕晋接壤有色金属开发监督区，沿途的柞水县、镇安县、旬阳县和安康市汉滨区属于国家级水土流失重点治理区中的丹江口水源区治理区。

安渝线增建二线工程跨越陕西、四川和重庆三省市，北起安康，经过紫阳、万源、宣汉、达州、渠县、广安、华蓥等市县，到达重庆市（图1），全长533.605 km，新建及改建桥梁366座、隧道191座，改建车站30个。沿线经过安康盆地、南秦岭低山、中低山、大巴山低山和低山丘陵等地貌，沿线土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，强度以中度为主。沿途的重庆市主城区属于国家级水土流失重点监督区中的三峡库区监督区，沿途的安康市汉滨区、岚皋县、紫阳县属于国家级水土流失重点治理区中的丹江口水源区治理区，沿途的万源市、宣汉县、达县、渠县、广安市广安区、华蓥县属于国家级水土流失重点治理区中的嘉陵江上中游治理区，经过的重庆市主城区和北碚区还属于三峡库区治理区。

图1 增建二线的3条线路位置

山区铁路建设工程具有施工条件复杂、工程量大、破坏性强等特点，施工活动会破坏原有地表植被，在降水的作用下极易产生水土流失。不同的施工单元造成的水土流失影响有所不同：（1）路基工程区：由于边坡土体表面结构松散，固结能力差，在填筑过程中如未及时防护，雨水冲刷坡面会使土体流失。（2）站场工程区：新建或改建车站需要进行大量的填挖作业，大量的土方堆放转运，都会加剧局部水土流失。（3）施工生产生活临时用地区：车辆通行、物料堆放等活动造成的碾压和扰动均会破坏原地面的植被和土壤，降低了土体的抗蚀能力，极易诱发水土流失。（4）桥梁施工区：桥台基础开挖时出渣处置不当、水中墩钻渣泥浆外泄等会造成水土流失并污染水体。（5）取弃土场：在施工期间，其表土被全部剥离，周边及坑底土质疏松并裸露，易发生风蚀和水蚀。工程造成的水土流失影响和采取的水保措施概况见表1。

表1 增建二线工程的水土流失影响及水保措施概况

2 水土流失影响指数评价模型简介

水土流失影响指数是将水土保持损益分析中的关键影响指标（或变量）进行加权后求和，从而得到用于反映建设项目水土流失影响程度大小的水土流失潜值，为一无量纲值，是定量评价、评判开发建设项目水土保持得失的结论性指标［12］。其值在0～1之间，数值愈小，说明建设项目的水土流失影响范围及面积愈小、地表扰动强度愈小、造成的水土流失量愈小，有利于水土保持工作；反之，指数值愈大，意味着项目造成的水土流失影响愈大，不利于水土保持工作，需要改进项目的关键影响活动，降低水土流失影响程度。水土流失影响指数评价模型的核心是建立SWII指数，计算SWII指数需要确定水土流失影响最直接、最有影响力的5个关键指标：占地面积与影响范围、对地表扰动程度、影响时间、造成的水土流失总量和不可恢复程度。就铁路建设项目而言，上述5个指标可通过线路长度、工程占地面积、工程直接影响面积、土石方总量、弃方量、施工期、水土流失总量和水土流失治理面积8个参数计算得到。SWII计算公式如下：

式中：ai——因子xi的权重值；x1——项目占地面积与影响范围；x2——项目对地表的扰动程度；x3——项目影响时间，它是项目施工期X3（月）的归一化值；x4——项目水土流失总量，它是项目扰动地表后造成的单位水土流失总量 X4（t／km）的归一化值；x5——项目的水土流失不可恢复程度，它是项目的水土流失不可恢复比例X5的归一化值。其中x1通过单位占地面积和单位直接影响面积计算得到，x2要通过单位土石方总量和单位弃方量计算得到，计算前单位占地面积、单位直接影响面积、单位土石方总量和单位弃方量均需要进行归一化处理［12］。

3 工程的水土流失影响程度与分析

襄安线增建二线工程水土保持防治责任范围面积为1 701.68hm2，其中工程建设区为967.47hm2，直接影响区为734.21hm2，施工期内扰动地表造成的水土流失量为204.39万t，水土保持方案治理面积为783.65hm2。西康线水土保持防治责任范围面积为773.45hm2，其中工程建设区为411.45hm2，直接影响区为362hm2，施工期内扰动地表造成的水土流失量为38.6万t，水土保持方案治理面积为395hm2。安渝线水土保持防治责任范围面积为1 494.72hm2，其中工程建设区为1 352.32hm2，直接影响区为142.4hm2，施工期内扰动地表造成的水土流失量为28.03万t，水土保持方案治理面积为1 217.1hm2。

通过相关方法计算得到襄安线、西康线和安渝线增建二线工程的x1，x2，x3，x4和x5值（表2）。

通过公式（1），计算得出襄安线、西康线和安渝线增建二线工程的SWII值分别为0.240，0.184，0.202（表2），平均值为0.207，这表明3条线路中，襄安线的水土流失影响最大，其次是安渝线，西康线水土流失影响最小。

这是因为，西康线桥隧比例最高，占到线路长度的76%，安渝线为54%，襄安线为52%，与路基相比，桥隧方式一则可以减少占地，二则可以减少山体人工边坡等再塑地貌，对原有地貌植被破坏较轻，因此其水土流失影响程度比路基工程低。我国铁路建设项目水土流失影响指数平均值为0.3［12］，襄安线、西康线和安渝线增建二线工程的水土流失影响指数比全国均值分别低20%、39%和33%，3个项目的SWII均值只有全国均值的69%。这表明与新建铁路工程相比，沿既有单线铁路增建二线这种改建工程造成的水土流失影响相对较轻。

表2 增建二线工程的SWII计算参数值

现从计算SWII所用的7个参数对上述3条线路进行剖析和比较（表3），襄安线、西康线和安渝线增建二线工程占地面积均较小，分别只有全国均值的54%，47%和52%，三者均值为2.54hm2／km，只有全国均值的52%；襄安线和西康线的工程影响面积较大，是全国均值的1.8倍，而安渝线工程影响面积较小，只有全国均值的1／4左右，三者均值为1.15 hm2／km，与全国均值相当；3条线工程总土石方量并不大，分别只有全国均值的57%，59%，62%，三者均值为6.99万m3／km，为全国均值的60%；西康线和安渝线的弃方量较大，分别超过全国均值的35%和13%，襄安线弃方量相对较小，是全国均值的63%，三者均值为3.59万m3／km，与全国均值相当；3条线路的施工期均在3a以上，西康线和安渝线施工期分别比全国铁路建设项目工期均值多2个月和8个月，西康线则少4个月；3条线路的水土流失总量均低于全国均值，三者均值为2 518.52m3／km，不到全国均值的1／3；西康线的水土流失治理面积比例较高，因而其水保功能未恢复面积比例较低，只有全国均值的20%，但襄安线的水保功能未恢复面积比例较高，接近全国均值，三者均值为0.12，只有全国均值的60%。通过上述比较可以看出，总体而言，山区单线铁路增建二线工程的水土流失影响相对较小，但工程影响面积和弃方量较大，施工期较长，因此可以通过移挖作填、减少弃方、控制施工影响范围、缩短施工期等措施来减弱山区铁路增建工程的水土流失影响。

表3 增建二线工程水土流失影响参数值与全国铁路建设项目数值的比较

4 讨论与结论

就铁路建设项目而言，构建水土流失影响指数评价模型的参数容易获取，因此应用该方法来量化铁路建设项目水土流失影响程度较为方便可行。SWII指数值是一个无量纲值，可以进行横向比较，通过比较SWII指数值的大小，可以获得该项目的水土流失影响程度在全国同类项目中所处的水平，如果高于全国平均水平，表明该项目水土流失影响程度较大，此时就需要找出造成SWII值较大的原因，进而采取优化施工设计等方法来降低它，从而达到在工程施工阶段对工程进行反馈指导的作用。

本文以秦巴山区3条铁路的增建二线工程为例，通过水土流失影响指数评价模型来定量分析铁路增建工程的水土流失影响程度。结果表明，襄安线、西康线和安渝线增建二线工程的水土流失影响指数值分别为0.240，0.184，0.202，三者平均值为0.207，低于全国铁路建设项目水土流失影响指数的平均值，这说明与新建铁路工程相比，沿既有单线铁路增建二线这种改建工程造成的水土流失影响相对较轻。其主要原因是工程占地面积较小、工程总土石方量较少、工程水土流失总量不大。在施工过程中，可以通过移挖作填、减少弃方、控制施工影响范围、缩短施工期等措施来进一步减弱山区铁路增建工程的水土流失影响，更好地保护山区铁路沿线的生态环境。

［1］陈晓清，李智广，崔鹏，等.5·12汶川地震重灾区水土流失初步估算［J］.山地学报，2008，27（1）：122-127.

［2］陈宗伟，江玉林，张洪江，等.高速公路施工期水土流失影响因素及其防治措施［J］.水土保持研究，2006，13（5）：120-123.

［3］郑书彦，李占斌，李同录.西气东输第五标段水土流失特点及防治对策［J］.水土保持研究，2002，9（3）：231-233.

［4］李富程，王青.四川省矿产资源规划开采区水土流失分析［J］.水土保持研究，2009，16（1）：18-21.

［5］任志远，郭彩铃.秦巴山地土地系统的景观生态设计［J］.山地研究，1998，16（2）：146-150.

［6］任志远，李晶.陕南秦巴山区植被生态功能的价值测评［J］.地理学报，2003，58（4）：503-511.

［7］何吉成，徐雨晴，刘兰华.我国长大客运专线建设工程的水土流失影响指数比较［J］.水土保持研究，2010，17（6）：35-38.

［8］张力，格日乐，王树，等.大准铁路工程施工对水土流失的影响及其防治对策［J］.水土保持研究，2006，13（5）：137-138.

［9］何吉成，徐雨晴，刘静茹，等.广梅汕铁路电气化改造工程的水土流失量预测［J］.亚热带水土保持，2009，21（3）：55-59.

［10］何吉成，徐雨晴，周铁军.新街—恩格阿娄铁路工程建设的水土流失量预测［J］.北方环境，2010，22（1）：28-33.

［11］陈艳梅.河北省沙蔚铁路施工期水土流失预测分析［J］.水土保持研究，2006，13（3）：69-71.

［12］姜德文.开发建设项目水土保持损益分析研究［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.