秦巴山區(qū)鐵路增建二線的水土流失影響分析

何吉成

（交通運輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，北京100028）

我國是世界上水土流失最嚴重的國家之一，每年土壤流失量約為50億t，全國水土流失總面積為484.74萬km2，占國土總面積的51.1%［1］，水土流失及其防治已經(jīng)成為包括交通建設在內(nèi)的各類開發(fā)建設活動所面臨的重要環(huán)境問題［2－4］。秦巴山區(qū)是橫貫我國中部、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，水土流失較為嚴重。作為漢江上游區(qū)，秦巴山區(qū)水土流失的防治對保護南水北調(diào)中線水源地——丹江口水庫水源質(zhì)量具有重要的意義。鐵路是我國國民經(jīng)濟的大動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，運輸任務十分繁忙，因此增建二線對緩解既有線運能緊張，改善秦巴山區(qū)交通條件具有重要的意義。但鐵路建設工程具有建設距離長、填挖土方量大、取棄土場多等特點，挖高填低、開鑿隧道、取土棄渣等施工活動均會造成大量的水土流失。從已有的研究來看，對山區(qū)鐵路建設的水土流失問題關(guān)注得較少［7］，而且多數(shù)研究沒有結(jié)合工程規(guī)模、占地面積、土石方量和施工時間等因素來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)評價模型是姜德文［12］以水利部審批的開發(fā)建設項目水土保持方案為基礎(chǔ)，通過項目中易獲取的一些重要指標來構(gòu)建反映建設項目水土流失影響程度的評價模型，目前已經(jīng)成為開發(fā)建設項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（以下簡稱襄安線）、西安至安康線（以下簡稱西康線）和襄渝線安康至重慶段（以下簡稱安渝線）的增建二線工程為例，基于相關(guān)的水土保持方案報告書中的數(shù)據(jù)資料［13－15］，通過該評價模型來定量分析、評判增建二線工程的水土流失影響程度，為我國山區(qū)鐵路建設的水土保持工作提供客觀、量化的科學標準，也為促進我國鐵路建設項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、旬陽后到達終點安康（圖1），全長361.824km，新建橋涵751座、隧道101座。沿線經(jīng)過漢江沖積平原區(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，強度以中度為主。沿途的十堰市市轄區(qū)屬于國家級水土流失重點預防保護區(qū)中的漢江上游預防保護區(qū)，沿途的丹江口市、鄖縣、白河縣、旬陽縣和安康市漢濱區(qū)屬于國家級水土流失重點治理區(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)過西安市的灞橋區(qū)、長安區(qū)后，再經(jīng)柞水、鎮(zhèn)安、旬陽到達終點安康市（圖1），全長180.680km，新建大中橋69座、隧道59座，改建車站10個。沿線經(jīng)過渭河沖積平原區(qū)、山前黃土臺塬區(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，強度以輕度和中度為主。沿途的西安市灞橋、長安兩區(qū)屬于國家級水土流失重點監(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、旬陽縣和安康市漢濱區(qū)屬于國家級水土流失重點治理區(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)過紫陽、萬源、宣漢、達州、渠縣、廣安、華鎣等市縣，到達重慶市（圖1），全長533.605 km，新建及改建橋梁366座、隧道191座，改建車站30個。沿線經(jīng)過安康盆地、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，強度以中度為主。沿途的重慶市主城區(qū)屬于國家級水土流失重點監(jiān)督區(qū)中的三峽庫區(qū)監(jiān)督區(qū)，沿途的安康市漢濱區(qū)、嵐皋縣、紫陽縣屬于國家級水土流失重點治理區(qū)中的丹江口水源區(qū)治理區(qū)，沿途的萬源市、宣漢縣、達縣、渠縣、廣安市廣安區(qū)、華鎣縣屬于國家級水土流失重點治理區(qū)中的嘉陵江上中游治理區(qū)，經(jīng)過的重慶市主城區(qū)和北碚區(qū)還屬于三峽庫區(qū)治理區(qū)。

圖1 增建二線的3條線路位置

山區(qū)鐵路建設工程具有施工條件復雜、工程量大、破壞性強等特點，施工活動會破壞原有地表植被，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，在填筑過程中如未及時防護，雨水沖刷坡面會使土體流失。（2）站場工程區(qū)：新建或改建車站需要進行大量的填挖作業(yè)，大量的土方堆放轉(zhuǎn)運，都會加劇局部水土流失。（3）施工生產(chǎn)生活臨時用地區(qū)：車輛通行、物料堆放等活動造成的碾壓和擾動均會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)：橋臺基礎(chǔ)開挖時出渣處置不當、水中墩鉆渣泥漿外泄等會造成水土流失并污染水體。（5）取棄土場：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)評價模型簡介

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（或變量）進行加權(quán)后求和，從而得到用于反映建設項目水土流失影響程度大小的水土流失潛值，為一無量綱值，是定量評價、評判開發(fā)建設項目水土保持得失的結(jié)論性指標［12］。其值在0～1之間，數(shù)值愈小，說明建設項目的水土流失影響范圍及面積愈小、地表擾動強度愈小、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，需要改進項目的關(guān)鍵影響活動，降低水土流失影響程度。水土流失影響指數(shù)評價模型的核心是建立SWII指數(shù)，計算SWII指數(shù)需要確定水土流失影響最直接、最有影響力的5個關(guān)鍵指標：占地面積與影響范圍、對地表擾動程度、影響時間、造成的水土流失總量和不可恢復程度。就鐵路建設項目而言，上述5個指標可通過線路長度、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個參數(shù)計算得到。SWII計算公式如下：

式中：ai——因子xi的權(quán)重值；x1——項目占地面積與影響范圍；x2——項目對地表的擾動程度；x3——項目影響時間，它是項目施工期X3（月）的歸一化值；x4——項目水土流失總量，它是項目擾動地表后造成的單位水土流失總量 X4（t／km）的歸一化值；x5——項目的水土流失不可恢復程度，它是項目的水土流失不可恢復比例X5的歸一化值。其中x1通過單位占地面積和單位直接影響面積計算得到，x2要通過單位土石方總量和單位棄方量計算得到，計算前單位占地面積、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任范圍面積為1 701.68hm2，其中工程建設區(qū)為967.47hm2，直接影響區(qū)為734.21hm2，施工期內(nèi)擾動地表造成的水土流失量為204.39萬t，水土保持方案治理面積為783.65hm2。西康線水土保持防治責任范圍面積為773.45hm2，其中工程建設區(qū)為411.45hm2，直接影響區(qū)為362hm2，施工期內(nèi)擾動地表造成的水土流失量為38.6萬t，水土保持方案治理面積為395hm2。安渝線水土保持防治責任范圍面積為1 494.72hm2，其中工程建設區(qū)為1 352.32hm2，直接影響區(qū)為142.4hm2，施工期內(nèi)擾動地表造成的水土流失量為28.03萬t，水土保持方案治理面積為1 217.1hm2。

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

通過公式（1），計算得出襄安線、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。

這是因為，西康線橋隧比例最高，占到線路長度的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。我國鐵路建設項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)比全國均值分別低20%、39%和33%，3個項目的SWII均值只有全國均值的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較輕。

表2 增建二線工程的SWII計算參數(shù)值

現(xiàn)從計算SWII所用的7個參數(shù)對上述3條線路進行剖析和比較（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，分別只有全國均值的54%，47%和52%，三者均值為2.54hm2／km，只有全國均值的52%；襄安線和西康線的工程影響面積較大，是全國均值的1.8倍，而安渝線工程影響面積較小，只有全國均值的1／4左右，三者均值為1.15 hm2／km，與全國均值相當；3條線工程總土石方量并不大，分別只有全國均值的57%，59%，62%，三者均值為6.99萬m3／km，為全國均值的60%；西康線和安渝線的棄方量較大，分別超過全國均值的35%和13%，襄安線棄方量相對較小，是全國均值的63%，三者均值為3.59萬m3／km，與全國均值相當；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鐵路建設項目工期均值多2個月和8個月，西康線則少4個月；3條線路的水土流失總量均低于全國均值，三者均值為2 518.52m3／km，不到全國均值的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面積比例較低，只有全國均值的20%，但襄安線的水保功能未恢復面積比例較高，接近全國均值，三者均值為0.12，只有全國均值的60%。通過上述比較可以看出，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較小，但工程影響面積和棄方量較大，施工期較長，因此可以通過移挖作填、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)值與全國鐵路建設項目數(shù)值的比較

4 討論與結(jié)論

就鐵路建設項目而言，構(gòu)建水土流失影響指數(shù)評價模型的參數(shù)容易獲取，因此應用該方法來量化鐵路建設項目水土流失影響程度較為方便可行。SWII指數(shù)值是一個無量綱值，可以進行橫向比較，通過比較SWII指數(shù)值的大小，可以獲得該項目的水土流失影響程度在全國同類項目中所處的水平，如果高于全國平均水平，表明該項目水土流失影響程度較大，此時就需要找出造成SWII值較大的原因，進而采取優(yōu)化施工設計等方法來降低它，從而達到在工程施工階段對工程進行反饋指導的作用。

本文以秦巴山區(qū)3條鐵路的增建二線工程為例，通過水土流失影響指數(shù)評價模型來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，低于全國鐵路建設項目水土流失影響指數(shù)的平均值，這說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。在施工過程中，可以通過移挖作填、減少棄方、控制施工影響范圍、縮短施工期等措施來進一步減弱山區(qū)鐵路增建工程的水土流失影響，更好地保護山區(qū)鐵路沿線的生態(tài)環(huán)境。

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