宋子炜

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

铁路作为中国运输系统的骨干基础设施,将不断扩大基础设施规模[1]。根据《中长期铁路网规划》,规划既有线增建二线1.9×104km,既有线电气化2.5×104km[2]。水土流失已成为我国的头号环境问题[3],改建铁路工程势必会因施工活动,加剧区域水土流失。因此,针对改建铁路水土流失特点,有针对性的提出水土保持措施,不但是落实《水土保持法》的重要体现,而且能够预防和减轻项目实施后对水土保持造成的不良影响[4],对有效防治水土流失,保护水土资源及改善项目区生态环境至关重要[5]。本文以“包兰铁路惠农至银川段改建二线工程”为例,对改建工程水土保持方案编制进行探讨。

1 工程概况

1.1 工程规模

包兰铁路惠农至银川段改建二线工程位于宁夏回族自治区石嘴山市、银川市境内,等级为国铁I级,设计速度200 km/h,全线总长97.763 km,其中路基 80.32 km,共设车站8处,大桥141.25m/1座,梁式中桥624.03 m/11座。工程占地276.13 hm2,其中永久用地154.86 hm2,临时用地121.27 hm2。土石方填挖总量 421.87×104m3,填方386.53×104m3,挖方35.34×104m3,无弃方。总投资279 022.4万元,土建投资252 192万元,2010年3月开工,2011年9月竣工,总工期1.5 a。

1.2 水土流失特点

本工程具有线路里程长、土石方填挖量大等特点,水土流失特点如下:

(1)挖方工程破坏地表结皮、植被,将会造成地表裸露或半裸露,增加风力侵蚀的物质来源。

(2)填方工程产生的填筑面疏松多孔,若不采取适当的防治措施,一旦遇到暴雨或大风,极易形成面蚀和风蚀。

(3)项目区内硬化面积扩大,促使土壤入渗性能降低,降水形成的地表径流增加,间接导致水土流失加剧。

(4)施工结束后,水土保持措施体系功能的完全发挥需要2 a时间,在此期间,受大风、降雨等因素影响,仍会形成土壤侵蚀。

2 项目区生态环境特征

项目区地处贺兰山山前洪积平原、黄河冲积平原地貌区,属于黄河流域,中温带干旱气候,年均气温8.2℃～9.6℃,年均降水量178.9 mm～202.9 mm,降雨集中在7月～9月,年均风速1.0 m/s～3.7 m/s。土壤为灰钙土、灌淤土、风沙土等类型。

3 水土流失与防治现状

3.1 水土流失现状

3.1.1 区域水土流失现状

贺兰山山前洪积平原以中度风力侵蚀为主,兼具轻度水力侵蚀,风力侵蚀背景值约3 000 t/km2◦a,水力侵蚀背景值1 500 t/km2◦a;黄河冲积平原兼具轻度风力侵蚀、微度水力侵蚀,风力侵蚀背景值约 2 250 t/km2◦a,水力侵蚀背景值800 t/km2◦a。

3.1.2 水土流失成因分析

(1)地形地貌因素:贺兰山前洪积平原与银川黄河冲积平原地形平坦、开阔,水系发育,宽浅的季节性冲沟较发育,具备了有利于剥蚀、冲蚀等侵蚀发生发展的地形地貌和侵蚀主应力条件;地表灌溉渠网纵横交错,局部为风积沙覆盖,松散的地表物质、地表覆盖物稀疏构成了水土流失产生的基础条件[3]。

(2)气候因素:降水量集中分布在7月～9月,降水强度大,历时短,容易产生面蚀;春季与夏初大风天气较多,此时植被枯萎、土壤表层松散,极易形成风蚀。

(3)人为因素:超载放牧,基本建设增加,耕地裸露面积大,时间长等诸多以及不合理的人类活动,导致水土流失加剧。

3.2 既有包兰铁路水土保持分析

根据资料分析和现场调查发现:建设期,既有包兰铁路土石方开挖、填筑造成的水土流失较为突出,部分地段由于取土、垦荒产生地表浮沙;运营期水土流失主要集中在路基边坡。多年来,铁路部门通过布设砌石护坡、植物防护、机械固沙相等多种治理措施结合,线路两侧已形成宽约30 m～50 m的防护体系,基本消除了风沙危害,有效的控制了水土流失。

3.3 本工程可借鉴经验

通过对既有铁路、公路、输气管道等线性工程的调查,以下经验可供借鉴:

(1)施工过程加强防护措施,如堆土、堆料四周采用草袋挡护;区块状单元周边布设临时排水沟、沉淀池等措施;风沙较大地区,采用防尘网临时覆盖。

(2)站场周边布设排水沟,站场内采取乔、灌、草相结合植物防护措施。

(3)取土场高陡边坡需进行削坡处理,并进行造林、撒播草籽绿化。

(4)适宜的植物包括刺槐(Robinia pseudoacacia L)、新疆杨(Populus bolleana Lauche)、沙枣(Elaeagnus angustifolia L.)、国槐(Sophora japonica Linn.)、柽柳(Tamarix chinensis)等品种。

4 水土保持措施体系构建

4.1 防治责任范围

按照《开发建设项目水土保持技术规范》的规定,本工程水土流失防治责任范围429.23 hm2。其中项目建设区276.13 hm2,直接影响区范围采用类比分析法确定,即类比其他线路工程,确定直接影响范围包括:路基、站场、取土场、施工场地周边各5m;施工便道两侧各2 m;桥梁上游20 m,下游30 m,涵洞上下游各10 m;拆迁安置区,共计 156.29 hm2。水土流失防治责任主体为兰州铁路局。

4.2 水土流失预测

进行水土流失预测时,应充分考虑不同区域的水土流失特点,采取分区域分别预估[6]。对开发建设项目可能造成的水土流失形式、危害和水土流失量进行预估和推测,为水土保持措施布局提供依据[7]。通过数学模型、经验公式、类比分析等方法计算得出本工程扰动原生地表面积276.13 hm2;损坏水土保持设施270.80 hm2;水土流失总量43 957.29 t,其中风蚀36 087.21 t、水蚀7 870.08 t。施工期新增水土流失量占新增总量的68.08%(图1)是水土流失重点时段;路基、取土场等为水土流失重点区域(图2)。

图1 不同时段新增水土流失量比例

图2 各防治分区新增水土流失量比例

4.3 水土保持措施体系构建

4.3.1 指导思想

以工程措施为主、植物措施和临时措施为辅,三者有机结合,构建经济、合理、高效的水土流失防治体系,使项目新增水土流失得到有效控制,促进工程建设与项目区生态环境的协调发展。

4.3.2 防治措施布设原则

“预防为主、全面规划、综合防治、因地制宜、加强管理、注重效益”原则;“三同时”原则;技术合理、经济可行原则;综合防治与重点突出原则;生态效益、社会效益、经济效益相结合的原则。

4.3.3 防治分区

按照地貌类型划分为贺兰山山前洪积平原区、黄河冲积平原区;按照工程特点,进一步划分为主体工程防治区(路基、站场、桥梁)、取土场防治区和大临工程防治区(施工便道、施工生产生活区)。

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4.3.4 水土保持防治体系构建

4.3.4.1 工程措施

(1)由于表层土腐殖质含量较高,达不到填料要求的各防治分区,需在施工前对表土进行剥离、收集、保存,作为后期绿化或复耕土料。

(2)路基边坡采取拱形骨架防护,浸水路堤坡脚设置挡墙收坡,路基外侧设置排水沟、沉砂池;风沙区坡面采用粘性土包坡或载砌卵石的防护措施。

(3)完善各站场区域排水措施。

(4)桥梁防洪设计采用1/100的洪水频率,桥头锥体采取M7.5浆砌片石防护。

(5)取土场周边设置截排水沟、沉砂池,顺接至已有沟渠;取土完毕后,按照1∶1.5进行削坡。

4.3.4.2 植物措施

(1)植物选择:植被建设工程是开发建设项目水土保持方案设计的重要部分[8],植物选择应按照“因地制宜、因害设防、适地适树”的原则,选择抗逆性优良、易于管理的乡土植物或已经适应当地环境的植物品种,可考虑新疆杨(Populus bolleana Lauche)、臭椿(Ailanthus altissima)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、柽柳(Tamarix chinensis)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、无芒雀麦(Bromus inermis)、冰草(Agropyron cristatum)、蜀葵(Althaea rosea)等植物。

(2)栽植方式:①路基护坡工程内栽植灌木、撒播草籽;路基外侧栽植1排乔木、2排灌木,乔木株距2.0m,灌木株行距1.5m×1.5 m,每3km换一组树种。连续养护2 a;站场工程防治区,按照新增用地的20%进行绿化设计,乔、灌、草混合配置,面积比例为3∶5∶2;桥梁防治区,混播紫花苜蓿、无芒雀麦、冰草进行绿化。②取土场防治区,栽植柠条、紫穗槐,林下撒播紫花苜蓿、无芒雀麦、冰草、蜀葵,恢复植被覆盖。③施工结束后,不可复耕或交由地方使用的大临工程,进行场地平整后,栽植灌木、林下撒播草籽,恢复植被覆盖。

4.3.4.3 临时措施

(1)桥梁桥墩钻孔前修建泥浆池1座(需做防渗处理)、沉淀池2座,串联并用,泥浆经沉淀后循环使用,浮土和沉淀池出渣在干化堆积场脱水,沉淀池出水排入附近沟渠。沉淀池长×宽×深为2 m×2 m×2 m,三合土锤面。

(2)临时堆土存放时间较长,土壤结构疏松,易受水蚀和风蚀,应布设临时挡护。临时堆土高度应控制在3 m以内,边坡1∶1.5,坡脚垒砌填土草袋挡墙,其他裸露面人工拍实,并覆盖密目网。草袋挡墙梯形断面,高1.0 m、顶宽0.5 m、底宽1.5m,堆砌时应相互咬合、搭接,搭接长度不小于草袋长度的1/3。

(3)施工便道两侧、施工生产生活区周边布设土质排水沟,梯形断面,规格为底宽0.3 m、顶宽0.5 m、深0.4 m,排水沟出口处设置沉沙池,顺接至周边沟渠。

4.4 水土保持效益分析

通过方案实施,本工程扰动土地整治率达到95.14%,水土流失总治理度达到92.52%,土壤流失控制比1,拦渣率96.72%,林草植被恢复率90.11%,林草覆盖率 27.04%,各指标均达到水土流失防治二级标准。水土流失影响综合指数0.1568,低于铁路建设项目平均值0.3000[9],根据水土保持损益分析,工程可行。

5 结 论

(1)本工程基本符合水土保持相关法律法规和技术规范要求,不存在水土保持制约性因素,水土保持方案实施后,将有利于改善沿线生态环境和水土保持现状。

(2)通过本方案编制,可以看出,既有铁路与拟建工程在水土流失成因、特点等方面极其相似,因此,既有铁路水土保持现状调查对于指导改建工程水土方案的编制具有十分重要的指导意义,主要体现在:①有利于分析改建工程水土流失特点,确定水土流失重点时段和区域。②改建工程水土保持措施布设,可以充分借鉴既有铁路水土保持的成功经验,摒弃失败教训,不但经济合理性得到提高,而且防治效果得到预先验证。例如工程措施规格、布设方式、植物品种等,均可直接借鉴。③有利于改建工程水土保持监测方案设计。既有铁路工程水土保持监测成果不但可以为本方案水土流失预测提供依据,而且其合理性分析,可作为改建工程水土保持监测的重要依据。④既有铁路水土保持现状调查,可以通过现场踏勘、资料收集和专题遥感等方式进行。其中资料收集具有简便、直接、快捷、可靠等特点,可供收集的资料包括技术文件、科研成果、管理人员和专家咨询意见等方面。

(3)水土保持方案编制作为改建铁路工程环境保护的重要一环,应予以充分重视,特别是应充分吸收既有工程水土流失治理经验和教训,不断深入、总结、提高,最终达到促进铁路、经济、社会协调发展的目的。

[1]张国强,张宁.我国铁路发展绩效与其他六国的比较[J].中国铁道科学,2009,30(3):130-133.

[2]中华人民共和国铁道部.中长期铁路网规划.2008年调整.

[3]杨艳,陈敬云,陈绍伦.促进水土保持方案编报工作的几种措施[J].中国水土保持,2005,(5):17.

[4]白晓军,吕冬梅,孙 健.关于铁路建设项目水土保持方案的编制和建议[J].铁道劳动安全卫生与环保,2007,34(3):108-110.

[5]王海军,张雨华,王兆良,等.编制矿山开发建设项目水土保持方案的几点经验[J].水土保持通报,2005,25(5):108-110.

[6]胡玉平,王慧觉,李思悦,等.高速公路建设项目水土流失预估方法研究[J].交通环保,2003,24(5):18-20.

[7]许永长,刘俊民.黄土高原公路建设中的水土流失成因及预估研究[J].水利与建筑工程学报,2009,7(4):50-53.

[8]刘佳丽,许飞进,舒琦雯,等.从景观规划设计角度探讨水土保持方案植被建设工程的设计[J].中国水土保持,2009,(8):20-21.

[9]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,2008:145.