北京铁路局辖内既有铁路水害及其防治对策

申文军

(北京铁路局工务处，北京 10000)

北京铁路局辖内既有铁路水害及其防治对策

申文军

(北京铁路局工务处，北京 10000)

北京铁路局辖内既有铁路建设跨度百余年，地形复杂，设防标准差异大，防洪能力整体偏低，汛期极端降雨易诱发崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫线路等灾害。中国雨带旋回周期变化，21世纪以来雨带北抬，北京铁路局辖内降雨明显增多，保定西、唐山形成降雨中心，极端天气频发，水害频次增多。通过对北京铁路局辖内汛期降水特征、不良地质类型分布特征及水害类型进行分析，总结其时空规律，提出切实可行的防范策略，为科学防洪提供理论支撑，为铁路安全运营提供保障。

铁路；水害；防治对策

北京铁路局辖内既有铁路线路总长12 609.2 km，营业里程4 701.4 km/144条，桥梁283.053 km/4 872座，隧道257.619 km/504座，桥隧比11.5%。与沈阳、济南、郑州、太原、呼和浩特5个局相接。

既有铁路穿越太行山脉、燕山山脉，跨越滦河、海河、永定河、大清河、子牙河、漳河等60多条河流。

既有铁路山区段，占46%，建设年代跨度百余年，地形复杂，设防标准差异大，防洪能力整体偏低，汛期极端降雨易诱发山体滑坡、崩塌落石、泥石流、路堑坍塌等灾害[1]。

既有铁路平原区段，占54%，地下水抽取，湿陷性黄土分布，排水系统设置不完善，持续性降雨造成土体饱和引发路基下沉、塌陷和边坡溜塌等灾害。[2]

全国雨带21世纪以来雨带开始明显北抬，由华东地区不断北上，华北地区成为夏季主要降雨带之一。致使华北地区极端天气气候事件发生频率增加，汛期降水有偏多，导致既有铁路水害频次明显增多，对行车安全构成威胁，铁路防洪安全形势严峻。

通过对北京铁路局辖内汛期降水特征、不良地质类型分布特征及水害类型进行分析，提出切实可行的防范策略，对做好铁路科学防洪工作具有重要的理论与现实意义，为铁路安全运营提供保障。

1 降水特征

北京铁路局辖内属暖温带半干旱半湿润季风气候，年平均气温0～14.5 ℃。冬季受东亚冬季风控制，气候寒冷干燥；夏季受东亚夏季风影响，潮湿多雨。年降水量400～900 mm，降水量时空分布不均，夏季占70%，约355 mm。

中国雨带自20世纪50年代以来极具明显旋回变化的周期规律，50年代至90年代雨带南下，由华北地区向华中、华南偏移；21世纪以来雨带开始北抬，华北地区逐渐成为夏季主要降雨带，北京铁路局辖内成为夏季降雨中心，既有铁路产生水害形势逐趋严峻[3]。如图1所示。

图1 全国雨带分布变化趋势

对北京铁路局辖内4个偏多时段(1961～1964年、1971～1979年、1991～1994年、2000年代中期之后)及3个偏少时段(1966～1970年、1981～1990年、1996～2003年)进行小波分析，辖内50年代至90年代存在16、10年左右的降雨周期；21世纪以来存在6年左右的降雨周期，辖内降雨明显增多， 未来10年将成为降雨中心。

雨带开始北抬，华北地区逐渐成为夏季主要降雨带，东亚季风和西太平洋副高是影响华北夏季降水最重要的因子，受太行-燕山山区、鲁中南山区地形影响，降水空间分布差异大，地形对降水增幅作用明显，降水过程突发、范围小、历时短、强度大。降水中心主要集中在河北南部、京津东部及山东半岛，暴雨中心分别位于保定西、唐山及济南三个区域(图2)。时间上，7～8月为主汛期，具“七下八上”特征，暴雨集中，占汛期降水总量的70%以上，由几场暴雨造成，一次日降水量可达50%以上。强度上，60 min到12 h的降水量极值十分接近世界极值，创造了6 h 860 mm的世界纪录。移动路径上，主要为槽后脊前或高压脊中西南-东北暖切变降水路径；初夏发育西北-东南低涡暴雨路径；沿海发育持续长、雨量大的东南-西北低槽远距离相互作用的台风降水路径[4-6]。

既有京原、京广铁路位于保定西暴雨中心，既有京山、津沈铁路位于唐山暴雨中心，水害形势严峻。

图2 北京铁路局辖内暴雨中心

2 不良地质分布特征

北京铁路局辖内既有铁路横跨中国地质地理第二和第三阶梯，海拔高度从2000多米降到几十米,,山地、丘陵和平原过渡急剧，界限清晰。

北京铁路局辖内山区主要发育崩塌、滑坡、泥石流三类不良地质灾害(图3、图4)。北京铁路局辖内平原区主要发育地面沉降地质灾害(图5)。

崩塌滑坡在太行山区、燕山山区、山西黄土高原广泛分布。既有锦承、京承、京通、京包、丰沙、京原、石太、邯长铁路山区内崩塌滑坡发育，暴雨易引发病害[7-9]。

图3 北京铁路局辖内崩塌滑坡分布

泥石流主要分布在盆地与山区、山区与平原过渡地带(图4)。既有锦承、京承、京通、京包、丰沙、京原、石太、邯长铁路山区内沟谷泥石流发育，暴雨易引发病害。

图4 北京铁路局辖内泥石流分布

图5 北京铁路局辖内地面沉降分布

地面沉降主要分布在华北平原，黄河古河道及天津附近(图5)，与地下水开采直接相关(图6)。

既有京九铁路在衡水附近、既有京沪铁路在天津及沧州附近、既有津沈铁路在天津附近地面沉降发育，路基松散，暴雨易引发病害。

图6 华北地区地下水开采与地面沉降关系

3 水害现状及时空分布规律

1961年以来，北京铁路局共发生水害断道1 746次，中断行车13 598 h；平均每年断道32次，年平均中断行车252 h，平均每次中断行车7 h 48 min。1993年以来共发生水害慢行530次，平均每年慢行25次。自2001年开始，降雨量超标后工务段主动进行封锁检查1 385次，年平均主动封锁检查99次。

水害等级，中断24 h以上的特大型水害28次，中断12 h以上的大型水害135次。

水害类型，包括崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫线路、路堤溜塌、堑坡挡墙坍塌、倒树侵限、桥涵损毁7种(图7)，其中崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫线路3种类型占比较大，约占70%，崩塌落石泥石流发生在山区，路基下沉塌陷发生在平原区，与崩塌滑坡、泥石流及地面沉降分布吻合。水漫线路主要发生在修建时间早、设防等级低、排水系统不完善的铁路。[10-11]

图7 水害类型及断道次数、断道时间分布

20世纪50年代至90年代雨带南下，21世纪以来北抬，雨带旋回周期变化，水害相应呈旋回周期变化(图8)，未来10年将迎来水害高发期，既有京原铁路保定西暴雨中心的崩塌落石泥石流尤为严峻。

图8 水害与降雨关系

4 水害防治对策

北京铁路局既有铁路水害主要为崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫线路，受控于地形地貌、不良地质分布、地下水开采、铁路的设防等级及降雨中心。

随着雨带北移，华北地下水开采加剧，既有京原铁路保定西暴雨中心崩塌落石泥石流严重；既有京九铁路在衡水附近、既有京沪铁路在天津及沧州附近、既有津沈铁路在天津附近为地面沉降严重；既有京原、丰沙、石太、锦承、京承、京通铁路修建时间早、设防等级低、排水系统不完善，崩塌落石泥石流、水漫线路严重。

水害整治主要对策如下。

(1)崩塌落石：危岩监控、清除危岩，危岩锚固、主动网、被动网、棚洞等措施。

(2)泥石流：形成区(源头)为全流域防治重点地段，采用植树造林、护坡、草被、修建坡面排水系统等措施；流通区主要采用拦挡坝、石墙、泥石流网等拦挡措施；堆积区一般采用泄洪道、导流堤等排导措施。

(3)路基下沉塌陷：首先控制地下水过度抽采，沉降中心进行必要的回灌，路基下沉段落可采取注浆整治措施。

(4)水漫段落：完善排水系统提高设防等级，定期对涵孔进行清塞，必要时扩孔。

受经济条件和科技水平限制，传统防洪以抢险和复旧为主，缺乏预测与设防，导致水害事故频发。水害发生的时间、地点、规模和程度，与线路等级、地质背景、降雨在时间、空间上高度耦合，利用其规律去指导防洪和灾害预警，做到有的放矢，降低灾害损失。

主要防治对策如下。

(1)设立防洪组织机构，在建设标准低、崩塌滑坡泥石流分布区、地面沉降区、地下水开采区及暴雨中心进行布控。既有京原铁路保定西暴雨中心、崩塌落石、泥石流重合，需重点防控。

(2)雨带旋回周期变化，未来10年将迎来水害高发期，降雨诱发水害，在重点防控区域铁路沿线加密增设雨量监测设备，依据各条线路历史雨量、历年水害、

地质环境、设备抗洪能力、周边环境变化等资料设置雨量阈值，根据阈值及时采取限速、封锁措施，减小行车风险。

(3)开展科技防洪体系建设，完善防洪信息平台，路地联防，对地灾、地下水开采、变形、异物侵限及风速雨量实时监控，实时动态监测预警、报警，根据预案，及时防范灾害发生。

[1]朱瑞龙.筑牢铁路防洪安全大堤 [N]. 人民铁道报，2013-07-03(A2).

[2]北京铁路局年鉴编辑委员会.北京铁路局年鉴[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[3]张清，黄朝迎.我国铁路水害及其评估模型研究[J].应用气象学报， 1999，10(4):495-502 .

[4]汤家法，姚令侃，华明.铁路汛期行车安全对策-雨量警戒制度研究[J].自然灾害学报，2002，11(3):132-136.

[5]王冀，蒋大凯，张英娟.华北地区极端气候事件的时空变化规律分析[J].中国农业气象，2012，33(2):166-173.

[6]陆日宇.华北夏季不同月份降水的年代际变化[J].高原气象，1999， 18(4):510-519.

[7]巢清尘.减少气候异常对交通运输影响的评估及对策[J].地理学报，2000，55(增刊):158-162.

[8]张清，黄朝迎.我国交通运输气候灾害的初步研究[J].灾害学，1998(3):43-46.

[9]李盾，万蓉.武汉地区雾的特点及其对交通的影响[J].湖北气象，2000(3):20-22.

[10]孟燕军，赵习方，王淑英，等.北京地区高速公路能见度气候特征[J].气象科技，2001(4):27-32.

[11]周华国，魏庆朝，曾学贵，等.近十几年来中国铁路水害的时空统计特征[J].自然灾害学报，1995，27(4):43-46.

Water Disasters on Existing Lines in the Jurisdiction of Beijing Railway Bureau and Countermeasures

SHEN Wen-jun

(Maintenance of Way Department of Beijing Railway Bureau， Beijing 100866, China)

The existing railway construction has been in existence over 100 years in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau. The complex terrain， huge difference in fortification standards， low level of flood control capacity and extraordinary rainfalls in flood season are likely to induce collapse and rockfall debris flow， subgrade settlement and collapsing， water overflowing the railway. The rain belt of china is turning interval. The rain belt moves towards north since 21stcentury， the rainfall increases obviously in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau with rainfall concentration in Baoding West and Tangshan. Extreme weather and water disasters are more common. With analysis of the poor geological distribution and water disaster classification， in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau， the temporal and spatial regulation of features are summarized， practical and feasible strategies are proposed to provide theoretical support for flood control and train operation.

Railway; Water disaster; Countermeasures

2015-01-14；

2015-02-08

申文军(1976—)，男，工程师，1997年毕业于石家庄铁道学

院土木工程专业，E-mail：303272679@qq.com。

1004-2954(2015)09-0068-04

U213.1+51

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.016