荒漠草原區鐵路工程野生動物保護方案設計
——以新建淖毛湖至將軍廟鐵路為例

張 穎

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

荒漠草原區鐵路工程受地形地貌、工程投資等因素控制,多以路基工程為主,由于線路所在區域地廣人稀,鐵路具有線路長、路基多的特點。同時,受長期的自然歷史演變影響,區域野生動植物具有生物多樣性少、植被蓋度低等特征[1-3]。因此,大量的路基工程穿越廣袤的荒漠草原區域,其對野生動物,尤其是大型有蹄類野生動物的阻隔影響十分顯著。

在減少交通設施對野生動物影響的相關研究和保護實踐中,野生動物通道及防護圍欄的作用最為明顯。CLEVENGER等發現,1998年美加高速公路上建成22處下方通道和2座上方通道,使公園內野生動物交通死亡率下降80%[4];FOSTER等認為沒有一種野生動物通道可以滿足所有種類野生動物的需求[5];FRIEDMAN在荷蘭建立的Ecoducts 野生動物通道已成功被多種野生動物所使用[6];MATA認為通道設置要事先考慮到各種影響其使用率的因素,如通道的形式、長度、直徑等[7]。我國青藏鐵路、明哈高速公路和紅淖鐵路等線性工程針對藏羚羊、蒙古野驢等野生動物開展野生動物通道設置,取得了一定的成效,但業內暫未形成統一的設計標準。

新建鐵路淖毛湖至將軍廟線位于新疆維吾爾自治區東北部的哈密市和昌吉州,工程主要以路基形式走行于荒漠草原區,工程建設對于鐵路沿線有蹄類野生動物的日常活動影響較大。因此,提出切實可行的野生動物保護設計方案,是該鐵路生態文明建設的關鍵。

1 工程及環境概況

1.1 工程概況

新建鐵路淖毛湖至將軍廟鐵路自紅淖鐵路白石湖南站引出,沿天山北麓向西,經伊吾縣、巴里坤縣、木壘縣、奇臺縣及準東經濟技術開區,引入烏將鐵路將軍廟站,連通蘭新鐵路、額哈鐵路,形成出疆北部新通道。

工程正線長度為430.089 km。全線特大橋、大中橋長14.158 km,路基段長416.069 km。全線共分布車站27處(含既有站)。

1.2 環境概況

工程沿線地勢總體呈南高北低的地貌特征,可分為淖毛湖盆地山前傾斜沖、洪積平原區,三塘湖盆地山前傾斜洪積平原區,準噶爾盆地東緣洪積平原區、準噶爾盆地邊緣剝蝕丘陵區、準噶爾盆地洪積平原區。

受區域氣候、土壤等條件的影響,該段鐵路沿線地區鹽生、旱生植物種類分布較多,以灌木、半灌木以及草甸、草原植物居多,喬木類植物缺乏,植物種類組成較為簡單。

1.3 野生動物分布

(1)重點保護野生動物

工程涉及的重點保護目標為設計線路沿線分布的國家級和自治區級保護野生動物及其棲息地。根據野生動物生物和生態學特性,最易受工程阻隔影響的為沿線的非飛行物種,特別是對人類干擾反應敏感且種群數量少且分布局限性的大、中型保護哺乳動物。根據設計線路沿線野生動物分布歷史與現狀,確定本工程的重點保護目標物種為：國家一級重點保護野生動物蒙古野驢、北山羊;國家二級重點保護野生動物盤羊、鵝喉羚、猞猁、兔猻;新疆維吾爾自治區級保護野生動物沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬。

根據現狀調查、走訪及資料查閱[8-10],工程沿線重點保護目標野生動物分布見圖1。

圖1 鐵路沿線重點保護目標分布Fig.1 Distribution of the key protected targets along the railway

(2)野生動物資源劃分

項目區域可劃分為5個地貌單元,但整體屬于典型的荒漠和半荒漠,雖然存在低山丘陵,但相對海拔小、無顯著的地理阻隔、植被組成簡單。從動物地理區系成分而言,在5個地貌單元之間物種的組成差異并不顯著。荒漠區域動物物種組成簡單,豐富度相對較低,而分布范圍大。沿線受鐵路工程影響的主要野生動物保護目標見表1。

表1 各地貌單元內的植被類型和動物保護目標分布

2 工程對野生動物的環境影響

2.1 施工期影響

(1)改變動物棲息地環境

鐵路施工期臨時用地包括施工便道、取土以及工程人員生活占地等,施工期臨時占地內的施工行為、施工車輛和設備運行及其人員生產生活期間的三廢排放,將改變野生動物生境的理化環境,并且范圍將超過施工范圍。

(2)對動物活動的阻隔

鐵路工程施工對動物活動最早的阻隔效應開始于施工便道的建成。本工程施工便道采用砂石路面,不建設永久的路基結構,因此對動物的物理阻隔作用并不強烈。

隨著鐵路路基工程在建設過程中逐步增高,路基對動物的阻隔作用不斷增加。一方面動物對新建成的人為結構還很陌生,存在畏懼心理;另一方面施工活動驚擾了動物,使動物警戒增強,回避施工區域[11-13]。

2.2 運營期

設計線路路基長度為416.069 km,呈條帶狀永久占地,由于線路穿越區域為植被稀疏的荒漠和半荒漠區域,占用土地內的植被損失量并不大,對影響范圍內的各類植物食性動物的食物資源影響有限。設計線路未直接占用動物水源地,僅跨越幾條季節性河流的河床,且均以橋梁形式跨越。因此,路基對動物棲息地最主要的影響是線性切割作用,使動物棲息地破碎化加劇。

路基對于長期生活在開闊環境的大、中型野生動物阻隔作用較為明顯[14-15],特別是日間活動的物種,如設計線路沿線的蒙古野驢、鵝喉羚等有蹄動物。

3 野生動物保護措施設計

鐵路工程對野生動物的主要影響在于路基對于荒漠草原區的分割,進而對沿線野生動物的阻隔影響。因此,該區域野生動物保護措施主要為結構性措施中的野生動物通道及防護圍欄設置,同時,利用鐵路施工結束后的既有取土坑設置人工飲水點,構建一套無需維護,長期有效的有蹄類野生動物通道及飲水系統。

3.1 野生動物通道設計

(1)目標物種確定

結合區域野生動物調查及資料分析,工程沿線重點保護的目標物種為體型相對較大,容易被路基阻隔的野生動物,主要有蒙古野驢、北山羊、盤羊、鵝喉羚等。

(2)野生動物通道類型比選

野生動物通道類型主要有上跨式通道和下方通道(橋梁和涵洞)。淖毛湖至將軍廟鐵路為電氣化鐵路,根據TB10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》要求,鐵路上方接觸網高度一般為6 m,電力線凈空要求為3 m以上,接觸網凈空要求為0.5 m以上。根據以上對比結果,考慮鐵路運營安全性問題,結合工程沿線總體平緩的地形地貌,不宜設置上跨式通道,因此,專用野生動物通道采用下方通道。

(3)野生動物通道設計

關于野生動物通道的設計參數,目前國內外相關研究領域都沒有固定的標準,主要依靠早期設置的案例經驗,通過投入運營后的監測進行優化和調整。

①通道位置和間距

野生動物通道設置的間距主要根據目標動物棲息地生境異質性、地形和小氣候差異、動物分布密度、活動能力和范圍、河流和水源分布與動物取水路線、季節性遷移路線、距離城鎮、農田、居民點、站點和其他交通設施的距離等因素設置[16-17]。原則是：盡量覆蓋不同的棲息地植被類型;選擇溝谷、低洼等水源和植被相對豐富的區域;設置在河流、水源附近或動物取水路線上;對于有季節性遷移的物種設置于其遷移通道內;通道設置需繞避可能影響其使用率的人為干擾區域,包括城鎮、農田、居民點,鐵路站點、道路交叉區域等;在物種不同分布密度區域可采用不同間距設置。

本工程區域為開闊干旱荒漠和半荒漠生境,生境異質性低。區域內目標物種分布密度不高,且有大范圍漫游的特點。對于數量較大的鵝喉羚等,中高密度區域通道間距取10 km;根據地形和水源條件調整,非等距設置;對于活動能力強、范圍廣的蒙古野驢、猞猁等,通道間距取15 km;對于山地活動的盤羊、北山羊等野生動物集中分布的區域及鐵路沿線涉及的野生動物季節性遷移的區域,通道間距控制在10 km。

②通道技術參數

本工程中野生動物通道參數的設置主要參考《北美公路野生動物通道設計和評價指南》。該指南針對不同物種的生物和生態學特性對通道參數的設置提出建議指標。在此基礎上,針對本工程沿線分布的有蹄類動物的體型大小和其生物和生態學特性,參考同區域內明哈高速公路和紅淖鐵路的通道設置標準,本工程通道設置技術參數為：蒙古野驢和北山羊等大型哺乳動物的野生動物通道,建議通道寬度為16 m,高度為4.5 m;鵝喉羚等動物設置的通道建議寬度為10 m,高度為4.0 m;在蒙古野驢和北山羊等可能集群遷移和多種保護目標集中活動的區域和國家級自然保護區重點保護野生動物棲息地,建議通道寬度設置至16 m,高度為4.5 m。

經過同區域內其他線性工程野生動物通道設計標準相比較,本工程針對各種目標物種所設置的動物通道標準均有不同程度的提高,同區域線性工程野生動物通道設計標準對比見表2。

表2 同區域線性工程野生動物通道設計標準對比

根據青藏鐵路野生動物通道設置及生態保護調研[18-21],當橋梁凈空高度控制在8～10 m,單孔徑跨度大于30 m,橋梁長度大于300 m,并在橋梁附近利用取棄土坑設置人工飲水點時,野生動物會頻繁穿越鐵路,并迅速適應通道。本工程可結合地形地貌條件適當設計。

(4)野生動物通道設置方案

為進一步增加野生動物的可通過性,根據鐵路沿線鵝喉羚、蒙古野驢、盤羊和北山羊的歷史分布和現狀調查,結合線路既有橋涵設計引用或優化,共設置野生動物通道52處。考慮卡山自然保護區野生動物東移趨勢,在52處橋梁通道中,結合既有橋梁分布情況,全線參照青藏鐵路,設置4處高標準野生動物通道,重點在卡山東側路段設置3處,以確保鵝喉羚、蒙古野驢等動物活動。野生動物通道設置匯總見表3。

表3 野生動物通道設置匯總

3.2 設置人工水源點

(1)目標物種

目標物種為生活在開闊戈壁荒漠、取水需求強烈的蒙古野驢、鵝喉羚、盤羊等有蹄類動物。

(2)飲水點選址

在設計線路穿越區域,特別是準噶爾盆地東緣至北塔山之間的山前地帶,多處黃泥灘成為動物重要的季節性臨時水源,在黃泥灘可見密集的動物糞便和活動痕跡。

受此啟發,設計將工程取棄土坑選址盡量靠近野生動物通道,后期利用取棄土坑作為人工飲水點,將雨水臨時存儲于集水池,提高保存時間,在干旱期可有效引導野生動物穿越鐵路尋找水源,以提高野生動物通道利用率。

(3)飲水點集水池設計

工程施工結束,取土坑形成后,對邊坡進行平整,坡度不大于1∶2.0,對坑底進行平整,平整后設置集水池。集水池深1.0 m,邊坡坡率1∶3,水池邊坡及坑底采用0.2 m厚C35混凝土現場澆筑;池底及邊坡部位,與現澆混凝土層下部設置一層防滲土工膜,土工膜下部設置10 cm厚中粗砂墊層。水池邊坡設置為臺階形,以防止野生動物滑落。

取土場遠離線路側邊坡處設置坡率不陡于1∶5、寬30 m的動物上下行通道,便于動物從集水池中飲水。人工飲水點布置示意見圖2。

圖2 人工飲水點布置平面示意Fig.2 Schematic diagram of the artificial drinking water points

(4)人工飲水點設置案

結合取棄土場及野生動物通道位置,人工引水點設置情況見表4。

表4 人工飲水點設置方案

4 結語

荒漠草原區的鐵路工程具有線路長、路基多的特點,經調查,淖毛湖至將軍廟鐵路沿線分布有蒙古野驢、北山羊、盤羊、鵝喉羚、猞猁、兔猻、沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬等重點保護野生動物。工程建設對鐵路沿線的大型有蹄類野生動物阻隔影響顯而易見。

(1)針對淖毛湖至將軍廟鐵路沿線野生動物分布特征及其大范圍漫游式活動的特點,借鑒已建成的青藏鐵路、明哈高速公路和紅淖鐵路等線性工程,設置了大量的野生動物通道,總體均勻分布,野生動物活動頻繁的區域重點設計,可有效保護有蹄類野生動物的正常活動與基因交流。

(2)提出一種利用野生動物通道周邊的取土坑設置成人工飲水點的技術方案,可有效引導野生動物穿越通道尋找水源,提高野生動物通道利用效率,進一步保障野生動物的基本生存需求。