榆林市淮北矿业铁路专用线建设水土流失预测及对策

韩二飞

（陕西省府谷县水利水保工作队，陕西 榆林 719499）

0 前言

新建淮北矿业府谷铁路专用线地处榆林市府谷县北端，与朔准线油坊坪站接轨，是府谷县古城矿区煤炭外运的运输线路。线路全长16.717 km（含油坊坪站），其中路基工程14.362 km，全线共设车站3 个，桥梁2.355 km，涵洞47 座，项目总占地150.00 hm2。工程建设由路基、站场、桥梁、取土场、弃土场、施工便道和施工场地组成。根据项目开发建设水土保持开发规定，需对项目建设产生的水土流失进行预测。

1 项目区水土流失与水保现状

本线地处陕北黄土高原的北端，紧邻十里长川、皇甫川，地形波状起伏，沟壑纵横，支沟极为发育，相对高差100 m～200 m，地势东北高、西南低，属黄土梁峁区。气候类型属于中温带半干旱大陆性季风气候，降水量多集中在7 月份～8 月份，年平均降水量为400.3 mm，年平均风速2.1 m/s。工程沿线土壤类别以黄绵土、红粘土和风沙土为主，沿线沙化严重。线位所经区域属于温带南部草甸草原亚地带，林草覆盖率为46%。项目区土壤侵蚀类型以极强烈和剧烈水力侵蚀为主，兼有中度风力侵蚀，容许土壤流失量1000 t（/km2·a）。水蚀模数为5000 t/(km·2a)～13000 t/(km·2a)，风蚀模数为 1300 t/(km·2a)～3500 t/(km·2a)。

2 水土流失预测

2.1 可能造成的水土流失因素分析

淮北矿业府谷铁路专用线建设过程中的水土流失主要发生在路基站场开挖、回填、平整以及取土、弃土、桥梁修筑，扰动原地表，损坏原地表土壤、植被，致使地表抗蚀能力降低，造成新的水土流失。影响项目区水土流失的主要因素有：侵蚀营力、抗侵蚀力。铁路建设造成的水土流失类型以水力侵蚀为主，风力侵蚀为辅，主要分布在铁路路基及两侧占地区、站场、取土场、弃土场、施工便道、施工场地区等。

2.2 预测范围内容和预测时段

水土流失预测范围为项目建设区。根据《开发建设项目水土保持技术规范》[1]的要求，结合本项工程的具体建设内容，水土流失预测内容包括：扰动原地貌、破坏土地和植被面积预测；弃土量预测；损坏水土保持设施面积预测；可能造成的水土流失面积、强度及水土流失危害预测等。预测时段为项目建设全过程，根据工程进度安排和当地气候特点，按发生风、水蚀的侵蚀季节计（水蚀季节主要集中6 月～9 月，风蚀季节主要集中在3 月～5 月），施工期总预测时段为2 年。施工扰动结束后即进入自然恢复期。根据当地的自然条件，天然植物恢复或表土形成相对稳定的结构并发挥水土保持功效约需要3 年。

2.3 预测方法

项目区水土流失成因复杂、类型多样，本方案采取实地调查法、引用资料法、类比实测法相结合的方法，进行水土流失强度和水土流失量预测。可能造成的水土流失危害采用当地同类型水土流失危害和相关经验分析确定，其他预测内容的方法采用对主体工程设计资料的统计、分析和计算确定。

扰动地表可能造成新增水土流失量的预测，采用经验公式法。扰动地表新增流失量，依据造成加速土壤侵蚀的面积、施工扰动前后土壤侵蚀模数和流失年限，采用经验公式法预测。

原生地表、扰动地表侵蚀量按下列公式分别计算：

式中：W 为土壤侵蚀量，t；Fi为原生地表、扰动地表面积，km2；Mi为原生地表、扰动地表的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Ti为预测时段，a。

新增水力侵蚀流失量则可按下式计算：

式中：△Ws为新增土壤侵蚀量，万t；Ws0为原生地面侵蚀量，万t；Ws1为扰动地面侵蚀量，万 t。

结合项目区各地类,确定其原地表风蚀3500 t/(km2·a)，水蚀8000 t/(km2·a)。在自然恢复期，植被逐渐恢复，扰动后的侵蚀模数逐步减小，在自然恢复期内植被恢复系数第一年、第二年和第三年分别按扰动地貌的依次减少20%、40%和60%。结合本工程地处土壤侵蚀敏感地区的实际情况和本工程施工工艺进行综合评判，确定再塑地貌土壤侵蚀模数见表1。

表1 项目扰动后微地貌单元侵蚀模数表

铁路工程建设用地范围包括工程永久征地和临时用地，对于扰动原地貌、损坏土地和植被、损坏水土保持设施的类型和数量的预测，主要通过查阅项目设计资料、利用设计图纸现场调绘的方法确定。根据主体工程设计及现场调查，分别对各预测单元各项工程施工占地进行分析统计，工程扰动地表面积为永久征地和临时用地之和，共计150.00 hm2，其中永久占地91.14 hm2，临时占地58.86 m2。根据对建设区占地类型的统计分析，占压和破坏的土地类型为旱地、林地、草地草地，共损坏水土保持设施面积147.13 hm2，其中旱地70.49 hm2、林地20.20 hm2、草地56.44 hm2。

2.4 预测结果

根据工程建设中水土流失影响因子、水土流失类型和分布情况及水土流失背景资料，确定工程建设可能造成的水土流失面积与水土流失强度指标，并计算水土流失量。根据《黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究》[2]和《皇甫川流域开发建设项目新增水土流失试验研究》，确定工程区风力侵蚀模数为 3500 t/(km2·a)，水力侵蚀模数为 8000 t/(km2·a)。结合项目区各地类确定其水力侵蚀和风力侵蚀背景值，对照《土壤侵蚀分类分级标准》[3]，该区属西北黄土高原区，土壤容许流失量为1000 t/(km·2a)。根据土石方平衡关系，结合现场调查、测算确定，本工程弃土主要来源于线路、站场和桥梁工程，共产生弃方100.13 万m3，其中永久弃方89.24 万m3（包括路基弃方24.70 万 m3，站场弃方 62.85 万 m3，桥梁弃方 1.69 万 m3）。

扰动地表可能造成新增水土流失量的预测，采用经验公式法。经计算分析，新增水土流失量54750 t，其中路基区新增13598 t，站场区新增 15096 万 t，桥梁区新增 1435 t，取土场区新增2578 t，弃土场区新增9155 t，施工便道区新增3255 t，施工场地区新增9633 t。工程施工期水土流失量远大于自然恢复期，是水土流失重点防护时段，必须制定切实可行的工程、植物措施以及临时性防护措施，对可能造成水土流失的地段进行针对性的合理治理，以有效控制水土流失。

3 防治对策

根据铁路线建设和扰动地表破坏情况，防治措施主要为施工结束后回填表土。根据建设内容不同区域，分别采取措施。

3.1 站场防治区

施工前剥离表土，表土集中堆放，并采取临时拦挡和苫盖措施。站场道路采取乔灌防护，施工结束后回填表土。主要工程量：工程措施表土剥离9.16 万m3，表土回填1.89 万m3；植物措施：乔木1053 株，柠条、紫穗槐2106 株；临时措施草袋拦挡558.86 m3，土工布覆盖3.05 hm2，临时排水沟539 m（挖方129 m）3，沉沙池 2 座（挖方 8.40 m3）。

3.2 桥梁防治区

主体工程设计跨沟桥梁基础采用草袋围堰进行施工，简支梁采用架桥机施工。待围堰施工完毕后，将基坑中水抽干，进行基坑内桥梁基础施工，施工完毕后将围堰拆除，围堰装土利用就近路基挖方。施工结束后，进行场地平整，桥头种植攀援植物2200 株，在桥下可绿化区域采用撒播草籽1.86 hm2进行绿化。主要工程量：工程措施表土剥离0.62 万m3，场地平整1.86 hm2，表土回填0.62 万m3；临时措施装土草袋434.07 m3，土工布覆盖1.84 hm2，泥浆池 29 座，沉淀池58 座，临时排水沟 405 m（挖方97.2 m3），沉沙池 11 座（挖方 46.2 m3）。

3.3 取土场防治区

取土前剥离表土，集中堆放，并采取临时拦挡和苫盖措施。取土场进行削坡处理，周边设截水沟，平台内侧设横向排水沟，截排水沟相连，出口接消能措施。取土结束后，进行土地整治，回覆表土，台面及边坡植灌草恢复植被。主要工程量：工程措施表土剥离1.65 万m3，截排水沟1587 m（基础开挖1269.2 m3，浆砌石 999.8 m3，砂垫层 649.9 m）3，沉沙池 6 座（基础开挖 42.0 m3，浆砌石54.0 m3，砂垫层16.2 m）3，削坡长度495 m（开挖土方5222.0 m）3，土质排水沟 743 m（开挖土方 178.3 m）3，场地平整5.5 hm2，土地整治面积为5.3 hm2，表土回填1.65 万m3；植物措施灌草护坡（种植灌木23850 株，撒播草籽71.6 kg），撒播草籽246.4 kg；临时措施装土草袋临时拦挡579.3 m3，土工布覆盖0.5 hm2。

3.4 弃土场防治区

弃渣前先挡后弃，底部设挡渣墙，周边设截水沟，各级堆渣平台内侧设横向排水沟，截排水沟相连，出口接消能措施。堆渣结束后，进行土地整治，回覆表土，渣面及边坡植灌草恢复植被,栽植灌木457440 株，撒播草籽1143.6 kg。考虑到后期覆土要求，挡渣墙顶部高程宜高出堆渣起坡点0.40 m，堆渣边坡按1∶2 控制，堆渣时分层碾压密实，后期覆土绿化。弃土场挡渣墙采用M10 浆砌块石砌筑，顶宽1.0 m，背坡1∶0.5，面坡1∶0.1。墙顶采用C15 素混凝土压顶10 cm；挡墙每隔10 m 设一道结构缝，缝宽2 cm～3 cm，缝间填塞沥青油毡；在挡墙墙身底部设置Φ100PVC 排水管，排水管水平间距1.5 m，墙背侧用土工布包裹，墙前伸出墙面20 cm。挡墙基础埋深不小于150 cm，可根据实际开挖情况对开挖深度进行调整。

3.5 施工便道防治区

施工前首先剥离表土，清除的表土用于后期绿化，堆放到取土场和施工场地范围内。挖填边坡进行植草防护，开挖边坡内侧设排水沟。施工结束后，进行土地整治，撒播草籽恢复植被。主要工程量：工程措施表土剥离1.99 万m3，场地平整7.43 hm2，土地整治4.77 hm2，表土回填1.99 万m3；植物措施植草边坡防护168 kg，撒播种草286.2 kg；临时措施排水沟7400 m（挖方1776 m3），沉沙池 20 座（挖方 84.0 m3）。

4 结语

淮北矿业府谷铁路专用线所经区域，生态环境脆弱，经过分析探讨，工程建设共扰动地表、损坏土地和植被面积150.00 hm2，损坏水土保持设施面积147.13 hm2，可能造成新增水土流失量54750 t。新增水土流失主要区域为路基区、站场区、弃土场区、施工场地区、施工便道区和取土场区。针对此，提出采取工程、植物和临时措施，可治理水土流失面积84.35 hm2，有效降减工程建设对当地的生态破坏，可供项目建设和监管进行参考。