秦巴山區(qū)鐵路增建二線的水土流失影響分析

何吉成

（交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，北京100028）

我國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，每年土壤流失量約為50億t，全國(guó)水土流失總面積為484.74萬(wàn)km2，占國(guó)土總面積的51.1%［1］，水土流失及其防治已經(jīng)成為包括交通建設(shè)在內(nèi)的各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)所面臨的重要環(huán)境問(wèn)題［2－4］。秦巴山區(qū)是橫貫我國(guó)中部、東西延伸的重要地貌單元，包括秦嶺山地、漢江河谷盆地和大巴山山地［5－6］，它介于長(zhǎng)江與黃河兩大水系之間，山高坡陡、河谷深切、降水豐富，水土流失較為嚴(yán)重。作為漢江上游區(qū)，秦巴山區(qū)水土流失的防治對(duì)保護(hù)南水北調(diào)中線水源地——丹江口水庫(kù)水源質(zhì)量具有重要的意義。鐵路是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化交通工具，西康線和襄渝線穿越秦巴山區(qū)，是川渝地區(qū)北上、東出的重要通道，但均為單線鐵路，運(yùn)輸任務(wù)十分繁忙，因此增建二線對(duì)緩解既有線運(yùn)能緊張，改善秦巴山區(qū)交通條件具有重要的意義。但鐵路建設(shè)工程具有建設(shè)距離長(zhǎng)、填挖土方量大、取棄土場(chǎng)多等特點(diǎn)，挖高填低、開鑿隧道、取土棄渣等施工活動(dòng)均會(huì)造成大量的水土流失。從已有的研究來(lái)看，對(duì)山區(qū)鐵路建設(shè)的水土流失問(wèn)題關(guān)注得較少［7］，而且多數(shù)研究沒(méi)有結(jié)合工程規(guī)模、占地面積、土石方量和施工時(shí)間等因素來(lái)綜合分析水土流失量的大小程度，缺乏客觀、量化的橫向比較［8－11］。水土流失影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型是姜德文［12］以水利部審批的開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案為基礎(chǔ)，通過(guò)項(xiàng)目中易獲取的一些重要指標(biāo)來(lái)構(gòu)建反映建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度的評(píng)價(jià)模型，目前已經(jīng)成為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持損益分析的主要方法之一。本文以處于秦巴山區(qū)的襄渝線襄樊至安康段（以下簡(jiǎn)稱襄安線）、西安至安康線（以下簡(jiǎn)稱西康線）和襄渝線安康至重慶段（以下簡(jiǎn)稱安渝線）的增建二線工程為例，基于相關(guān)的水土保持方案報(bào)告書中的數(shù)據(jù)資料［13－15］，通過(guò)該評(píng)價(jià)模型來(lái)定量分析、評(píng)判增建二線工程的水土流失影響程度，為我國(guó)山區(qū)鐵路建設(shè)的水土保持工作提供客觀、量化的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，也為促進(jìn)我國(guó)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的水土保持工作提供參考。

1 工程概況與水土流失影響

襄安線增建二線工程位于湖北西北部和陜西東南部，東起襄樊，途經(jīng)老河口、谷城、十堰、白河、旬陽(yáng)后到達(dá)終點(diǎn)安康（圖1），全長(zhǎng)361.824km，新建橋涵751座、隧道101座。沿線經(jīng)過(guò)漢江沖積平原區(qū)、山前丘陵區(qū)、低山區(qū)、低中山峽谷區(qū)和安康盆地，沿線土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，強(qiáng)度以中度為主。沿途的十堰市市轄區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防保護(hù)區(qū)中的漢江上游預(yù)防保護(hù)區(qū)，沿途的丹江口市、鄖縣、白河縣、旬陽(yáng)縣和安康市漢濱區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)中的丹江口水源區(qū)治理區(qū)。

西康線增建二線工程位于陜西省東南部，經(jīng)過(guò)西安市的灞橋區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)后，再經(jīng)柞水、鎮(zhèn)安、旬陽(yáng)到達(dá)終點(diǎn)安康市（圖1），全長(zhǎng)180.680km，新建大中橋69座、隧道59座，改建車站10個(gè)。沿線經(jīng)過(guò)渭河沖積平原區(qū)、山前黃土臺(tái)塬區(qū)、秦嶺中山區(qū)和秦嶺南部中低山河谷區(qū)，沿線土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，強(qiáng)度以輕度和中度為主。沿途的西安市灞橋、長(zhǎng)安兩區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)中的豫陜晉接壤有色金屬開發(fā)監(jiān)督區(qū)，沿途的柞水縣、鎮(zhèn)安縣、旬陽(yáng)縣和安康市漢濱區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)中的丹江口水源區(qū)治理區(qū)。

安渝線增建二線工程跨越陜西、四川和重慶三省市，北起安康，經(jīng)過(guò)紫陽(yáng)、萬(wàn)源、宣漢、達(dá)州、渠縣、廣安、華鎣等市縣，到達(dá)重慶市（圖1），全長(zhǎng)533.605 km，新建及改建橋梁366座、隧道191座，改建車站30個(gè)。沿線經(jīng)過(guò)安康盆地、南秦嶺低山、中低山、大巴山低山和低山丘陵等地貌，沿線土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，強(qiáng)度以中度為主。沿途的重慶市主城區(qū)屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)中的三峽庫(kù)區(qū)監(jiān)督區(qū)，沿途的安康市漢濱區(qū)、嵐皋縣、紫陽(yáng)縣屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)中的丹江口水源區(qū)治理區(qū)，沿途的萬(wàn)源市、宣漢縣、達(dá)縣、渠縣、廣安市廣安區(qū)、華鎣縣屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)中的嘉陵江上中游治理區(qū)，經(jīng)過(guò)的重慶市主城區(qū)和北碚區(qū)還屬于三峽庫(kù)區(qū)治理區(qū)。

圖1 增建二線的3條線路位置

山區(qū)鐵路建設(shè)工程具有施工條件復(fù)雜、工程量大、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，施工活動(dòng)會(huì)破壞原有地表植被，在降水的作用下極易產(chǎn)生水土流失。不同的施工單元造成的水土流失影響有所不同：（1）路基工程區(qū)：由于邊坡土體表面結(jié)構(gòu)松散，固結(jié)能力差，在填筑過(guò)程中如未及時(shí)防護(hù)，雨水沖刷坡面會(huì)使土體流失。（2）站場(chǎng)工程區(qū)：新建或改建車站需要進(jìn)行大量的填挖作業(yè)，大量的土方堆放轉(zhuǎn)運(yùn)，都會(huì)加劇局部水土流失。（3）施工生產(chǎn)生活臨時(shí)用地區(qū)：車輛通行、物料堆放等活動(dòng)造成的碾壓和擾動(dòng)均會(huì)破壞原地面的植被和土壤，降低了土體的抗蝕能力，極易誘發(fā)水土流失。（4）橋梁施工區(qū)：橋臺(tái)基礎(chǔ)開挖時(shí)出渣處置不當(dāng)、水中墩鉆渣泥漿外泄等會(huì)造成水土流失并污染水體。（5）取棄土場(chǎng)：在施工期間，其表土被全部剝離，周邊及坑底土質(zhì)疏松并裸露，易發(fā)生風(fēng)蝕和水蝕。工程造成的水土流失影響和采取的水保措施概況見表1。

表1 增建二線工程的水土流失影響及水保措施概況

2 水土流失影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)介

水土流失影響指數(shù)是將水土保持損益分析中的關(guān)鍵影響指標(biāo)（或變量）進(jìn)行加權(quán)后求和，從而得到用于反映建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度大小的水土流失潛值，為一無(wú)量綱值，是定量評(píng)價(jià)、評(píng)判開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持得失的結(jié)論性指標(biāo)［12］。其值在0～1之間，數(shù)值愈小，說(shuō)明建設(shè)項(xiàng)目的水土流失影響范圍及面積愈小、地表擾動(dòng)強(qiáng)度愈小、造成的水土流失量愈小，有利于水土保持工作；反之，指數(shù)值愈大，意味著項(xiàng)目造成的水土流失影響愈大，不利于水土保持工作，需要改進(jìn)項(xiàng)目的關(guān)鍵影響活動(dòng)，降低水土流失影響程度。水土流失影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型的核心是建立SWII指數(shù)，計(jì)算SWII指數(shù)需要確定水土流失影響最直接、最有影響力的5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：占地面積與影響范圍、對(duì)地表擾動(dòng)程度、影響時(shí)間、造成的水土流失總量和不可恢復(fù)程度。就鐵路建設(shè)項(xiàng)目而言，上述5個(gè)指標(biāo)可通過(guò)線路長(zhǎng)度、工程占地面積、工程直接影響面積、土石方總量、棄方量、施工期、水土流失總量和水土流失治理面積8個(gè)參數(shù)計(jì)算得到。SWII計(jì)算公式如下：

式中：ai——因子xi的權(quán)重值；x1——項(xiàng)目占地面積與影響范圍；x2——項(xiàng)目對(duì)地表的擾動(dòng)程度；x3——項(xiàng)目影響時(shí)間，它是項(xiàng)目施工期X3（月）的歸一化值；x4——項(xiàng)目水土流失總量，它是項(xiàng)目擾動(dòng)地表后造成的單位水土流失總量 X4（t／km）的歸一化值；x5——項(xiàng)目的水土流失不可恢復(fù)程度，它是項(xiàng)目的水土流失不可恢復(fù)比例X5的歸一化值。其中x1通過(guò)單位占地面積和單位直接影響面積計(jì)算得到，x2要通過(guò)單位土石方總量和單位棄方量計(jì)算得到，計(jì)算前單位占地面積、單位直接影響面積、單位土石方總量和單位棄方量均需要進(jìn)行歸一化處理［12］。

3 工程的水土流失影響程度與分析

襄安線增建二線工程水土保持防治責(zé)任范圍面積為1 701.68hm2，其中工程建設(shè)區(qū)為967.47hm2，直接影響區(qū)為734.21hm2，施工期內(nèi)擾動(dòng)地表造成的水土流失量為204.39萬(wàn)t，水土保持方案治理面積為783.65hm2。西康線水土保持防治責(zé)任范圍面積為773.45hm2，其中工程建設(shè)區(qū)為411.45hm2，直接影響區(qū)為362hm2，施工期內(nèi)擾動(dòng)地表造成的水土流失量為38.6萬(wàn)t，水土保持方案治理面積為395hm2。安渝線水土保持防治責(zé)任范圍面積為1 494.72hm2，其中工程建設(shè)區(qū)為1 352.32hm2，直接影響區(qū)為142.4hm2，施工期內(nèi)擾動(dòng)地表造成的水土流失量為28.03萬(wàn)t，水土保持方案治理面積為1 217.1hm2。

通過(guò)相關(guān)方法計(jì)算得到襄安線、西康線和安渝線增建二線工程的x1，x2，x3，x4和x5值（表2）。

通過(guò)公式（1），計(jì)算得出襄安線、西康線和安渝線增建二線工程的SWII值分別為0.240，0.184，0.202（表2），平均值為0.207，這表明3條線路中，襄安線的水土流失影響最大，其次是安渝線，西康線水土流失影響最小。

這是因?yàn)椋骺稻€橋隧比例最高，占到線路長(zhǎng)度的76%，安渝線為54%，襄安線為52%，與路基相比，橋隧方式一則可以減少占地，二則可以減少山體人工邊坡等再塑地貌，對(duì)原有地貌植被破壞較輕，因此其水土流失影響程度比路基工程低。我國(guó)鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響指數(shù)平均值為0.3［12］，襄安線、西康線和安渝線增建二線工程的水土流失影響指數(shù)比全國(guó)均值分別低20%、39%和33%，3個(gè)項(xiàng)目的SWII均值只有全國(guó)均值的69%。這表明與新建鐵路工程相比，沿既有單線鐵路增建二線這種改建工程造成的水土流失影響相對(duì)較輕。

表2 增建二線工程的SWII計(jì)算參數(shù)值

現(xiàn)從計(jì)算SWII所用的7個(gè)參數(shù)對(duì)上述3條線路進(jìn)行剖析和比較（表3），襄安線、西康線和安渝線增建二線工程占地面積均較小，分別只有全國(guó)均值的54%，47%和52%，三者均值為2.54hm2／km，只有全國(guó)均值的52%；襄安線和西康線的工程影響面積較大，是全國(guó)均值的1.8倍，而安渝線工程影響面積較小，只有全國(guó)均值的1／4左右，三者均值為1.15 hm2／km，與全國(guó)均值相當(dāng)；3條線工程總土石方量并不大，分別只有全國(guó)均值的57%，59%，62%，三者均值為6.99萬(wàn)m3／km，為全國(guó)均值的60%；西康線和安渝線的棄方量較大，分別超過(guò)全國(guó)均值的35%和13%，襄安線棄方量相對(duì)較小，是全國(guó)均值的63%，三者均值為3.59萬(wàn)m3／km，與全國(guó)均值相當(dāng)；3條線路的施工期均在3a以上，西康線和安渝線施工期分別比全國(guó)鐵路建設(shè)項(xiàng)目工期均值多2個(gè)月和8個(gè)月，西康線則少4個(gè)月；3條線路的水土流失總量均低于全國(guó)均值，三者均值為2 518.52m3／km，不到全國(guó)均值的1／3；西康線的水土流失治理面積比例較高，因而其水保功能未恢復(fù)面積比例較低，只有全國(guó)均值的20%，但襄安線的水保功能未恢復(fù)面積比例較高，接近全國(guó)均值，三者均值為0.12，只有全國(guó)均值的60%。通過(guò)上述比較可以看出，總體而言，山區(qū)單線鐵路增建二線工程的水土流失影響相對(duì)較小，但工程影響面積和棄方量較大，施工期較長(zhǎng)，因此可以通過(guò)移挖作填、減少棄方、控制施工影響范圍、縮短施工期等措施來(lái)減弱山區(qū)鐵路增建工程的水土流失影響。

表3 增建二線工程水土流失影響參數(shù)值與全國(guó)鐵路建設(shè)項(xiàng)目數(shù)值的比較

4 討論與結(jié)論

就鐵路建設(shè)項(xiàng)目而言，構(gòu)建水土流失影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型的參數(shù)容易獲取，因此應(yīng)用該方法來(lái)量化鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度較為方便可行。SWII指數(shù)值是一個(gè)無(wú)量綱值，可以進(jìn)行橫向比較，通過(guò)比較SWII指數(shù)值的大小，可以獲得該項(xiàng)目的水土流失影響程度在全國(guó)同類項(xiàng)目中所處的水平，如果高于全國(guó)平均水平，表明該項(xiàng)目水土流失影響程度較大，此時(shí)就需要找出造成SWII值較大的原因，進(jìn)而采取優(yōu)化施工設(shè)計(jì)等方法來(lái)降低它，從而達(dá)到在工程施工階段對(duì)工程進(jìn)行反饋指導(dǎo)的作用。

本文以秦巴山區(qū)3條鐵路的增建二線工程為例，通過(guò)水土流失影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型來(lái)定量分析鐵路增建工程的水土流失影響程度。結(jié)果表明，襄安線、西康線和安渝線增建二線工程的水土流失影響指數(shù)值分別為0.240，0.184，0.202，三者平均值為0.207，低于全國(guó)鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響指數(shù)的平均值，這說(shuō)明與新建鐵路工程相比，沿既有單線鐵路增建二線這種改建工程造成的水土流失影響相對(duì)較輕。其主要原因是工程占地面積較小、工程總土石方量較少、工程水土流失總量不大。在施工過(guò)程中，可以通過(guò)移挖作填、減少棄方、控制施工影響范圍、縮短施工期等措施來(lái)進(jìn)一步減弱山區(qū)鐵路增建工程的水土流失影響，更好地保護(hù)山區(qū)鐵路沿線的生態(tài)環(huán)境。

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