青藏鐵路水土保持后評價研究

李德良，李耀增，步青松，何財松

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路，沿線具有海拔高、溫度低、生態(tài)環(huán)境十分脆弱的特點，并且穿越三江源等自然保護區(qū)。土壤侵蝕類型兼具風力侵蝕、水力侵蝕和凍融侵蝕，使得水土流失防治難度明顯超過其他地區(qū)的鐵路工程。青藏鐵路從設計、施工起，就采取了一系列水土保持措施，水土保持投資達到7.3億元，占環(huán)?？偼顿Y的47.4%。

至今，距離開工建設已有十多年時間，建設期采取的水土保持措施是否對保護高原生態(tài)、控制水土流失發(fā)揮了作用，運營期補充的水土保持措施是否發(fā)揮了應有的功能，在水土保持工作中還有哪些方面需要加強完善，為此，青藏鐵路公司委托中國鐵道科學研究院開展了青藏鐵路格拉段工程的環(huán)境影響后評價工作。鐵科院于2011年對青藏鐵路水土保持情況進行了實地調查，并結合中國科學院寒旱所和蘭州交通大學等單位進行的跟蹤監(jiān)測，對青藏鐵路水土保持情況進行深入研究與評價，找出存在的問題并提出相應的解決方法。

1 青藏鐵路沿線水土保持現(xiàn)狀

青藏鐵路沿線穿越高寒荒漠、高寒草原、高寒草甸、沼澤濕地等不同的高寒生態(tài)系統(tǒng)［1］，土壤侵蝕類型主要有風力侵蝕、水力侵蝕和凍融侵蝕三種。青藏鐵路沿線風力侵蝕主要分布在高原荒漠，高寒草原和高寒草甸區(qū)，地表風沙形成過程與干旱、半干旱沙漠和戈壁區(qū)差異大，多大風、低氣壓、風水兩相侵蝕時空交錯、凍融交替、地表抗風蝕能力差、擾動破壞易風蝕是其顯著特點。隨著青藏高原環(huán)境變化，尤其是全球氣候轉暖導致冰川退縮，雪線上升，多年凍土退化，湖塘面積逐漸縮小，部分沼澤濕地變干，地表風蝕加劇，已固定的沙丘活化，沙漠化加劇，風沙活動頻繁，鐵路沙害將日趨嚴重，成為青藏鐵路安全運營的首要災害。

青藏鐵路水力侵蝕嚴重區(qū)段主要集中在措那湖、通天河、沱沱河、秀水河與紅梁河。這些區(qū)域還表現(xiàn)出風力侵蝕和水力侵蝕時空交錯的特點。夏秋時節(jié)降雨集中，易產生嚴重的水力侵蝕，河流搬運大量的泥沙沉積在湖岸、河道邊灘、階地及沖洪積扇上;冬春時節(jié)干旱且多大風天氣，強勁風力搬運泥沙沉積在湖岸、河道邊灘、階地及沖洪積扇上，產生嚴重風力侵蝕，常形成強沙塵暴天氣，大風攜帶大量風沙直接涌向鐵路。

凍融侵蝕主要集中在玉珠峰到安多之間，青藏鐵路穿越連續(xù)多年凍土區(qū)550 km，島狀多年凍土區(qū)82 km。凍融侵蝕會對行車安全造成非常大的影響，是造成路基病害的主要原因。

2 工程建設采取的主要措施

青藏鐵路水土保持工作本著“宜草則草，宜荒則荒”的原則，采取了工程措施和生物措施相結合的方式，工程措施包括路基坡面防護工程、坡面防護工程、防沖刷工程及擋土墻工程。同時在土質路堤、路塹邊坡等適宜植草地段(主要是安多以南地區(qū))輔以植物措施。具體實施的水土保持措施見表1。

表1 青藏鐵路格拉段水土保持措施

3 水土保持措施效果評價

3.1 風沙路基防護工程

風沙路基防護工程主要集中于格爾木到唐古拉山段以及措那湖段，主要采取的措施有全斷面碎石土包坡、尼龍網格(圖1)、石方格(圖2)和高立式沙障(圖3)等，從監(jiān)測結果來看，碎石土包坡對路基的防護效果較好，坡面基本穩(wěn)定。尼龍網格和石方格可以增大地表摩阻流速，使風沙流中一部分沙粒沉降，達到了防風固沙的效果。

沱沱河、措那湖附近風蝕沙化現(xiàn)象十分嚴重，其中沱沱河大橋采取了尼龍網格保護措施，有效防止了水土流失，并且植被也有明顯恢復，達到了較好的效果。措那湖附近采取了石方格、高立式沙障等措施，通過對沙障效果的測量結果表明，第一沙障后的侵蝕量僅是對照區(qū)的21%左右，而經過第2和第3沙障后的侵蝕量更小，和對照區(qū)相比，不同高度的侵蝕量只有其數(shù)十分之一甚至數(shù)百分之一。由此可見，高立式沙障具有較好地降低風速的作用，多排高立式沙障效果更為明顯。

圖1 尼龍網格

圖2 石方格

圖3 高立式沙障

3.2 隧道棄渣防護工程

青藏鐵路共有7座隧道，其中，昆侖山隧道和風火山隧道設置了棄渣場，其余隧道棄渣用于路基填筑。

昆侖山隧道棄渣場采取了擋土墻防護措施，在坡腳布設了高度1.5～2.0 m，寬度0.8～1.5 m，長度約400 m的擋土墻。調查發(fā)現(xiàn)，昆侖山隧道棄渣場坡面產生了細溝侵蝕，侵蝕總量為15.5 t，水土流失量為2 200 t/(km2·年)，屬輕度侵蝕。坡頂土壤沖刷至砂石質坡面后被截留，說明砂石坡面能有效阻止水土流失發(fā)生。棄渣場的設置有效地控制了水土流失，使棄渣得到了有效攔擋，達到了良好的效果。

風火山隧道擋渣墻采取重力式混凝土擋墻，上部為混凝土預制塊錨桿護坡，中間植草護坡。堆渣體的坡面保護較好。2009年至2011年期間的徑流觀測結果和坡面調查結果表明，該棄渣場未產生明顯的水土流失，說明擋土墻有效地攔擋了棄渣，防止了水土進一步流失。

3.3 路基邊坡防護措施

路基采取工程措施和植物措施相結合的防護措施，以漿砌片石和植草的方式，對邊坡進行防護(圖4、圖5)。路塹地段采取了骨架護坡、掛網噴射混凝土的措施進行防護，并在路基兩側挖有排水溝。在河岸邊坡、路堤邊坡等易受水流沖刷而影響到路基穩(wěn)定的地段，設置防沖刷工程［2］，采用片石混凝土腳墻基礎、混凝土板等防護措施;非主流地段設置漫石漏斗基礎，單層干砌片石防護措施;不受洪水沖刷的淺灘地段采用護道防護措施。

調查發(fā)現(xiàn)，路基地段采取的工程措施，可以有效地防止地表徑流對路基邊坡的沖刷，坡面已基本穩(wěn)定，防護工程起到了很好的水土保持作用。同時，植物措施也進一步提高了路基防護能力，石砌方格防護邊坡植被恢復良好，覆蓋率在90%以上，植被長勢較好，但有個別路段的植物出現(xiàn)干枯的現(xiàn)象，需要及時采取補救措施。

圖4 羊八井二號隧道出口植草防護

圖5 安多—那曲段路基植草防護

3.4 取(棄)土場植物恢復措施

對取(棄)土場首先進行平整場地、清除堆積遺土等整治措施，然后根據(jù)具體的山體形態(tài)和坡度情況，對邊坡進行平整和加固。需要采取工程措施的，采用漿砌片石護坡，風蝕嚴重地段利用卵礫石等覆蓋地表，減輕風蝕影響。安多以南地段在頂面平整后，采取植物措施覆土還草。

調查發(fā)現(xiàn)，取(棄)土場的設置并未增加原地段的水土流失，采取的工程措施與植物措施相結合的手段，減少了風力侵蝕和水力侵蝕，其中采用草皮回植方法進行植被恢復，區(qū)域覆蓋度達到73.4%，移植成功的草皮恢復效果良好，但是由于移植草皮需要與下墊面緊密結合，也有部分草皮死亡，并有較大的無植被區(qū)域，見圖6。

3.5 施工便道

施工便道在施工完成后，清理了便道余土，平整路面，并在溝槽部位做了排水設置，本著“宜草則草，宜荒則荒”的原則，植被在高寒荒漠和河谷灌叢地段以自然恢復為主，安多以南以人工種草為主。

施工便道的設置雖然擾動了原地表，但是由于采取了切實有效的措施，未造成嚴重的水土流失，安多以南人工植被恢復效果較好，有效地防止了水土流失，見圖7和圖8。

圖6 DK1689取土場植被恢復狀況

圖7 開心嶺立交1號特大橋施工便道處植被恢復情況

圖8 烏達特大橋施工便道處植被恢復情況

4 結論

1)青藏鐵路格拉段采取了工程措施和植物措施相結合的水土保持措施，很好地保持了沿線水土，采取的水土流失防治措施，既保證了鐵路的修建不使該區(qū)域的水土流失加劇，又保證了鐵路運行安全。格拉段沿線水土流失情況總體上未惡化。

2)由于青藏高原沙漠化加劇，而青藏鐵路水土保持措施雖然保證了鐵路建設不加劇沿線水土流失和鐵路的安全運營，卻不能從根本上解決鐵路沙害問題。建議繼續(xù)對沿線水土流失狀況進行監(jiān)測。

3)建議建立和完善監(jiān)測預警應急機制，保證列車運營安全。加強沿線水土保持設施的日常維護與保養(yǎng)，對設施有效性進行監(jiān)測，確保水土保持措施安全、有效地運行。

［1］李耀增．青藏鐵路施工期環(huán)境保護［C］//節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集(一)．武漢:中國科學技術協(xié)會，2007．

［2］李耀增，周鐵軍，步青松．青藏鐵路格拉段的水土保持措施及其初步效果分析［C］//發(fā)展水土保持科技、實現(xiàn)人與自然和諧——中國水土保持學會第三次全國會員代表大會學術論文集．北京:中國水土保持學會，2006．