北京鐵路局轄內(nèi)既有鐵路水害及其防治對策

申文軍

(北京鐵路局工務(wù)處，北京 10000)

北京鐵路局轄內(nèi)既有鐵路水害及其防治對策

申文軍

(北京鐵路局工務(wù)處，北京 10000)

北京鐵路局轄內(nèi)既有鐵路建設(shè)跨度百余年，地形復(fù)雜，設(shè)防標準差異大，防洪能力整體偏低，汛期極端降雨易誘發(fā)崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫線路等災(zāi)害。中國雨帶旋回周期變化，21世紀以來雨帶北抬，北京鐵路局轄內(nèi)降雨明顯增多，保定西、唐山形成降雨中心，極端天氣頻發(fā)，水害頻次增多。通過對北京鐵路局轄內(nèi)汛期降水特征、不良地質(zhì)類型分布特征及水害類型進行分析，總結(jié)其時空規(guī)律，提出切實可行的防范策略，為科學(xué)防洪提供理論支撐，為鐵路安全運營提供保障。

鐵路；水害；防治對策

北京鐵路局轄內(nèi)既有鐵路線路總長12 609.2 km，營業(yè)里程4 701.4 km/144條，橋梁283.053 km/4 872座，隧道257.619 km/504座，橋隧比11.5%。與沈陽、濟南、鄭州、太原、呼和浩特5個局相接。

既有鐵路穿越太行山脈、燕山山脈，跨越灤河、海河、永定河、大清河、子牙河、漳河等60多條河流。

既有鐵路山區(qū)段，占46%，建設(shè)年代跨度百余年，地形復(fù)雜，設(shè)防標準差異大，防洪能力整體偏低，汛期極端降雨易誘發(fā)山體滑坡、崩塌落石、泥石流、路塹坍塌等災(zāi)害[1]。

既有鐵路平原區(qū)段，占54%，地下水抽取，濕陷性黃土分布，排水系統(tǒng)設(shè)置不完善，持續(xù)性降雨造成土體飽和引發(fā)路基下沉、塌陷和邊坡溜塌等災(zāi)害。[2]

全國雨帶21世紀以來雨帶開始明顯北抬，由華東地區(qū)不斷北上，華北地區(qū)成為夏季主要降雨帶之一。致使華北地區(qū)極端天氣氣候事件發(fā)生頻率增加，汛期降水有偏多，導(dǎo)致既有鐵路水害頻次明顯增多，對行車安全構(gòu)成威脅，鐵路防洪安全形勢嚴峻。

通過對北京鐵路局轄內(nèi)汛期降水特征、不良地質(zhì)類型分布特征及水害類型進行分析，提出切實可行的防范策略，對做好鐵路科學(xué)防洪工作具有重要的理論與現(xiàn)實意義，為鐵路安全運營提供保障。

1 降水特征

北京鐵路局轄內(nèi)屬暖溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫0～14.5 ℃。冬季受東亞冬季風(fēng)控制，氣候寒冷干燥；夏季受東亞夏季風(fēng)影響，潮濕多雨。年降水量400～900 mm，降水量時空分布不均，夏季占70%，約355 mm。

中國雨帶自20世紀50年代以來極具明顯旋回變化的周期規(guī)律，50年代至90年代雨帶南下，由華北地區(qū)向華中、華南偏移；21世紀以來雨帶開始北抬，華北地區(qū)逐漸成為夏季主要降雨帶，北京鐵路局轄內(nèi)成為夏季降雨中心，既有鐵路產(chǎn)生水害形勢逐趨嚴峻[3]。如圖1所示。

圖1 全國雨帶分布變化趨勢

對北京鐵路局轄內(nèi)4個偏多時段(1961～1964年、1971～1979年、1991～1994年、2000年代中期之后)及3個偏少時段(1966～1970年、1981～1990年、1996～2003年)進行小波分析，轄內(nèi)50年代至90年代存在16、10年左右的降雨周期；21世紀以來存在6年左右的降雨周期，轄內(nèi)降雨明顯增多， 未來10年將成為降雨中心。

雨帶開始北抬，華北地區(qū)逐漸成為夏季主要降雨帶，東亞季風(fēng)和西太平洋副高是影響華北夏季降水最重要的因子，受太行-燕山山區(qū)、魯中南山區(qū)地形影響，降水空間分布差異大，地形對降水增幅作用明顯，降水過程突發(fā)、范圍小、歷時短、強度大。降水中心主要集中在河北南部、京津東部及山東半島，暴雨中心分別位于保定西、唐山及濟南三個區(qū)域(圖2)。時間上，7～8月為主汛期，具“七下八上”特征，暴雨集中，占汛期降水總量的70%以上，由幾場暴雨造成，一次日降水量可達50%以上。強度上，60 min到12 h的降水量極值十分接近世界極值，創(chuàng)造了6 h 860 mm的世界紀錄。移動路徑上，主要為槽后脊前或高壓脊中西南-東北暖切變降水路徑；初夏發(fā)育西北-東南低渦暴雨路徑；沿海發(fā)育持續(xù)長、雨量大的東南-西北低槽遠距離相互作用的臺風(fēng)降水路徑[4-6]。

既有京原、京廣鐵路位于保定西暴雨中心，既有京山、津沈鐵路位于唐山暴雨中心，水害形勢嚴峻。

圖2 北京鐵路局轄內(nèi)暴雨中心

2 不良地質(zhì)分布特征

北京鐵路局轄內(nèi)既有鐵路橫跨中國地質(zhì)地理第二和第三階梯，海拔高度從2000多米降到幾十米,,山地、丘陵和平原過渡急劇，界限清晰。

北京鐵路局轄內(nèi)山區(qū)主要發(fā)育崩塌、滑坡、泥石流三類不良地質(zhì)災(zāi)害(圖3、圖4)。北京鐵路局轄內(nèi)平原區(qū)主要發(fā)育地面沉降地質(zhì)災(zāi)害(圖5)。

崩塌滑坡在太行山區(qū)、燕山山區(qū)、山西黃土高原廣泛分布。既有錦承、京承、京通、京包、豐沙、京原、石太、邯長鐵路山區(qū)內(nèi)崩塌滑坡發(fā)育，暴雨易引發(fā)病害[7-9]。

圖3 北京鐵路局轄內(nèi)崩塌滑坡分布

泥石流主要分布在盆地與山區(qū)、山區(qū)與平原過渡地帶(圖4)。既有錦承、京承、京通、京包、豐沙、京原、石太、邯長鐵路山區(qū)內(nèi)溝谷泥石流發(fā)育，暴雨易引發(fā)病害。

圖4 北京鐵路局轄內(nèi)泥石流分布

圖5 北京鐵路局轄內(nèi)地面沉降分布

地面沉降主要分布在華北平原，黃河古河道及天津附近(圖5)，與地下水開采直接相關(guān)(圖6)。

既有京九鐵路在衡水附近、既有京滬鐵路在天津及滄州附近、既有津沈鐵路在天津附近地面沉降發(fā)育，路基松散，暴雨易引發(fā)病害。

圖6 華北地區(qū)地下水開采與地面沉降關(guān)系

3 水害現(xiàn)狀及時空分布規(guī)律

1961年以來，北京鐵路局共發(fā)生水害斷道1 746次，中斷行車13 598 h；平均每年斷道32次，年平均中斷行車252 h，平均每次中斷行車7 h 48 min。1993年以來共發(fā)生水害慢行530次，平均每年慢行25次。自2001年開始，降雨量超標后工務(wù)段主動進行封鎖檢查1 385次，年平均主動封鎖檢查99次。

水害等級，中斷24 h以上的特大型水害28次，中斷12 h以上的大型水害135次。

水害類型，包括崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫線路、路堤溜塌、塹坡?lián)鯄μ?、倒樹侵限、橋涵損毀7種(圖7)，其中崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫線路3種類型占比較大，約占70%，崩塌落石泥石流發(fā)生在山區(qū)，路基下沉塌陷發(fā)生在平原區(qū)，與崩塌滑坡、泥石流及地面沉降分布吻合。水漫線路主要發(fā)生在修建時間早、設(shè)防等級低、排水系統(tǒng)不完善的鐵路。[10-11]

圖7 水害類型及斷道次數(shù)、斷道時間分布

20世紀50年代至90年代雨帶南下，21世紀以來北抬，雨帶旋回周期變化，水害相應(yīng)呈旋回周期變化(圖8)，未來10年將迎來水害高發(fā)期，既有京原鐵路保定西暴雨中心的崩塌落石泥石流尤為嚴峻。

圖8 水害與降雨關(guān)系

4 水害防治對策

北京鐵路局既有鐵路水害主要為崩塌落石泥石流、路基下沉塌陷、水漫線路，受控于地形地貌、不良地質(zhì)分布、地下水開采、鐵路的設(shè)防等級及降雨中心。

隨著雨帶北移，華北地下水開采加劇，既有京原鐵路保定西暴雨中心崩塌落石泥石流嚴重；既有京九鐵路在衡水附近、既有京滬鐵路在天津及滄州附近、既有津沈鐵路在天津附近為地面沉降嚴重；既有京原、豐沙、石太、錦承、京承、京通鐵路修建時間早、設(shè)防等級低、排水系統(tǒng)不完善，崩塌落石泥石流、水漫線路嚴重。

水害整治主要對策如下。

(1)崩塌落石：危巖監(jiān)控、清除危巖，危巖錨固、主動網(wǎng)、被動網(wǎng)、棚洞等措施。

(2)泥石流：形成區(qū)(源頭)為全流域防治重點地段，采用植樹造林、護坡、草被、修建坡面排水系統(tǒng)等措施；流通區(qū)主要采用攔擋壩、石墻、泥石流網(wǎng)等攔擋措施；堆積區(qū)一般采用泄洪道、導(dǎo)流堤等排導(dǎo)措施。

(3)路基下沉塌陷：首先控制地下水過度抽采，沉降中心進行必要的回灌，路基下沉段落可采取注漿整治措施。

(4)水漫段落：完善排水系統(tǒng)提高設(shè)防等級，定期對涵孔進行清塞，必要時擴孔。

受經(jīng)濟條件和科技水平限制，傳統(tǒng)防洪以搶險和復(fù)舊為主，缺乏預(yù)測與設(shè)防，導(dǎo)致水害事故頻發(fā)。水害發(fā)生的時間、地點、規(guī)模和程度，與線路等級、地質(zhì)背景、降雨在時間、空間上高度耦合，利用其規(guī)律去指導(dǎo)防洪和災(zāi)害預(yù)警，做到有的放矢，降低災(zāi)害損失。

主要防治對策如下。

(1)設(shè)立防洪組織機構(gòu)，在建設(shè)標準低、崩塌滑坡泥石流分布區(qū)、地面沉降區(qū)、地下水開采區(qū)及暴雨中心進行布控。既有京原鐵路保定西暴雨中心、崩塌落石、泥石流重合，需重點防控。

(2)雨帶旋回周期變化，未來10年將迎來水害高發(fā)期，降雨誘發(fā)水害，在重點防控區(qū)域鐵路沿線加密增設(shè)雨量監(jiān)測設(shè)備，依據(jù)各條線路歷史雨量、歷年水害、

地質(zhì)環(huán)境、設(shè)備抗洪能力、周邊環(huán)境變化等資料設(shè)置雨量閾值，根據(jù)閾值及時采取限速、封鎖措施，減小行車風(fēng)險。

(3)開展科技防洪體系建設(shè)，完善防洪信息平臺，路地聯(lián)防，對地災(zāi)、地下水開采、變形、異物侵限及風(fēng)速雨量實時監(jiān)控，實時動態(tài)監(jiān)測預(yù)警、報警，根據(jù)預(yù)案，及時防范災(zāi)害發(fā)生。

[1]朱瑞龍.筑牢鐵路防洪安全大堤 [N]. 人民鐵道報，2013-07-03(A2).

[2]北京鐵路局年鑒編輯委員會.北京鐵路局年鑒[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[3]張清，黃朝迎.我國鐵路水害及其評估模型研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報， 1999，10(4):495-502 .

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[5]王冀，蔣大凱，張英娟.華北地區(qū)極端氣候事件的時空變化規(guī)律分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2012，33(2):166-173.

[6]陸日宇.華北夏季不同月份降水的年代際變化[J].高原氣象，1999， 18(4):510-519.

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[10]孟燕軍，趙習(xí)方，王淑英，等.北京地區(qū)高速公路能見度氣候特征[J].氣象科技，2001(4):27-32.

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Water Disasters on Existing Lines in the Jurisdiction of Beijing Railway Bureau and Countermeasures

SHEN Wen-jun

(Maintenance of Way Department of Beijing Railway Bureau， Beijing 100866, China)

The existing railway construction has been in existence over 100 years in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau. The complex terrain， huge difference in fortification standards， low level of flood control capacity and extraordinary rainfalls in flood season are likely to induce collapse and rockfall debris flow， subgrade settlement and collapsing， water overflowing the railway. The rain belt of china is turning interval. The rain belt moves towards north since 21stcentury， the rainfall increases obviously in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau with rainfall concentration in Baoding West and Tangshan. Extreme weather and water disasters are more common. With analysis of the poor geological distribution and water disaster classification， in the jurisdiction of Beijing Railway Bureau， the temporal and spatial regulation of features are summarized， practical and feasible strategies are proposed to provide theoretical support for flood control and train operation.

Railway; Water disaster; Countermeasures

2015-01-14；

2015-02-08

申文軍(1976—)，男，工程師，1997年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)

院土木工程專業(yè)，E-mail：303272679@qq.com。

1004-2954(2015)09-0068-04

U213.1+51

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.016