榆林市淮北礦業(yè)鐵路專用線建設(shè)水土流失預(yù)測(cè)及對(duì)策

韓二飛

（陜西省府谷縣水利水保工作隊(duì)，陜西 榆林 719499）

0 前言

新建淮北礦業(yè)府谷鐵路專用線地處榆林市府谷縣北端，與朔準(zhǔn)線油坊坪站接軌，是府谷縣古城礦區(qū)煤炭外運(yùn)的運(yùn)輸線路。線路全長(zhǎng)16.717 km（含油坊坪站），其中路基工程14.362 km，全線共設(shè)車站3 個(gè)，橋梁2.355 km，涵洞47 座，項(xiàng)目總占地150.00 hm2。工程建設(shè)由路基、站場(chǎng)、橋梁、取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)、施工便道和施工場(chǎng)地組成。根據(jù)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)水土保持開發(fā)規(guī)定，需對(duì)項(xiàng)目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 項(xiàng)目區(qū)水土流失與水?，F(xiàn)狀

本線地處陜北黃土高原的北端，緊鄰十里長(zhǎng)川、皇甫川，地形波狀起伏，溝壑縱橫，支溝極為發(fā)育，相對(duì)高差100 m～200 m，地勢(shì)東北高、西南低，屬黃土梁峁區(qū)。氣候類型屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，降水量多集中在7 月份～8 月份，年平均降水量為400.3 mm，年平均風(fēng)速2.1 m/s。工程沿線土壤類別以黃綿土、紅粘土和風(fēng)沙土為主，沿線沙化嚴(yán)重。線位所經(jīng)區(qū)域?qū)儆跍貛喜坎莸椴菰瓉喌貛В植莞采w率為46%。項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕類型以極強(qiáng)烈和劇烈水力侵蝕為主，兼有中度風(fēng)力侵蝕，容許土壤流失量1000 t（/km2·a）。水蝕模數(shù)為5000 t/(km·2a)～13000 t/(km·2a)，風(fēng)蝕模數(shù)為 1300 t/(km·2a)～3500 t/(km·2a)。

2 水土流失預(yù)測(cè)

2.1 可能造成的水土流失因素分析

淮北礦業(yè)府谷鐵路專用線建設(shè)過程中的水土流失主要發(fā)生在路基站場(chǎng)開挖、回填、平整以及取土、棄土、橋梁修筑，擾動(dòng)原地表，損壞原地表土壤、植被，致使地表抗蝕能力降低，造成新的水土流失。影響項(xiàng)目區(qū)水土流失的主要因素有：侵蝕營(yíng)力、抗侵蝕力。鐵路建設(shè)造成的水土流失類型以水力侵蝕為主，風(fēng)力侵蝕為輔，主要分布在鐵路路基及兩側(cè)占地區(qū)、站場(chǎng)、取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)、施工便道、施工場(chǎng)地區(qū)等。

2.2 預(yù)測(cè)范圍內(nèi)容和預(yù)測(cè)時(shí)段

水土流失預(yù)測(cè)范圍為項(xiàng)目建設(shè)區(qū)。根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》[1]的要求，結(jié)合本項(xiàng)工程的具體建設(shè)內(nèi)容，水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容包括：擾動(dòng)原地貌、破壞土地和植被面積預(yù)測(cè)；棄土量預(yù)測(cè)；損壞水土保持設(shè)施面積預(yù)測(cè)；可能造成的水土流失面積、強(qiáng)度及水土流失危害預(yù)測(cè)等。預(yù)測(cè)時(shí)段為項(xiàng)目建設(shè)全過程，根據(jù)工程進(jìn)度安排和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，按發(fā)生風(fēng)、水蝕的侵蝕季節(jié)計(jì)（水蝕季節(jié)主要集中6 月～9 月，風(fēng)蝕季節(jié)主要集中在3 月～5 月），施工期總預(yù)測(cè)時(shí)段為2 年。施工擾動(dòng)結(jié)束后即進(jìn)入自然恢復(fù)期。根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，天然植物恢復(fù)或表土形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)并發(fā)揮水土保持功效約需要3 年。

2.3 預(yù)測(cè)方法

項(xiàng)目區(qū)水土流失成因復(fù)雜、類型多樣，本方案采取實(shí)地調(diào)查法、引用資料法、類比實(shí)測(cè)法相結(jié)合的方法，進(jìn)行水土流失強(qiáng)度和水土流失量預(yù)測(cè)。可能造成的水土流失危害采用當(dāng)?shù)赝愋退亮魇：拖嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)分析確定，其他預(yù)測(cè)內(nèi)容的方法采用對(duì)主體工程設(shè)計(jì)資料的統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算確定。

擾動(dòng)地表可能造成新增水土流失量的預(yù)測(cè)，采用經(jīng)驗(yàn)公式法。擾動(dòng)地表新增流失量，依據(jù)造成加速土壤侵蝕的面積、施工擾動(dòng)前后土壤侵蝕模數(shù)和流失年限，采用經(jīng)驗(yàn)公式法預(yù)測(cè)。

原生地表、擾動(dòng)地表侵蝕量按下列公式分別計(jì)算：

式中：W 為土壤侵蝕量，t；Fi為原生地表、擾動(dòng)地表面積，km2；Mi為原生地表、擾動(dòng)地表的土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；Ti為預(yù)測(cè)時(shí)段，a。

新增水力侵蝕流失量則可按下式計(jì)算：

式中：△Ws為新增土壤侵蝕量，萬t；Ws0為原生地面侵蝕量，萬t；Ws1為擾動(dòng)地面侵蝕量，萬 t。

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)各地類,確定其原地表風(fēng)蝕3500 t/(km2·a)，水蝕8000 t/(km2·a)。在自然恢復(fù)期，植被逐漸恢復(fù)，擾動(dòng)后的侵蝕模數(shù)逐步減小，在自然恢復(fù)期內(nèi)植被恢復(fù)系數(shù)第一年、第二年和第三年分別按擾動(dòng)地貌的依次減少20%、40%和60%。結(jié)合本工程地處土壤侵蝕敏感地區(qū)的實(shí)際情況和本工程施工工藝進(jìn)行綜合評(píng)判，確定再塑地貌土壤侵蝕模數(shù)見表1。

表1 項(xiàng)目擾動(dòng)后微地貌單元侵蝕模數(shù)表

鐵路工程建設(shè)用地范圍包括工程永久征地和臨時(shí)用地，對(duì)于擾動(dòng)原地貌、損壞土地和植被、損壞水土保持設(shè)施的類型和數(shù)量的預(yù)測(cè)，主要通過查閱項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料、利用設(shè)計(jì)圖紙現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪的方法確定。根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分別對(duì)各預(yù)測(cè)單元各項(xiàng)工程施工占地進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，工程擾動(dòng)地表面積為永久征地和臨時(shí)用地之和，共計(jì)150.00 hm2，其中永久占地91.14 hm2，臨時(shí)占地58.86 m2。根據(jù)對(duì)建設(shè)區(qū)占地類型的統(tǒng)計(jì)分析，占?jí)汉推茐牡耐恋仡愋蜑楹档?、林地、草地草地，共損壞水土保持設(shè)施面積147.13 hm2，其中旱地70.49 hm2、林地20.20 hm2、草地56.44 hm2。

2.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)工程建設(shè)中水土流失影響因子、水土流失類型和分布情況及水土流失背景資料，確定工程建設(shè)可能造成的水土流失面積與水土流失強(qiáng)度指標(biāo)，并計(jì)算水土流失量。根據(jù)《黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)界定研究》[2]和《皇甫川流域開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目新增水土流失試驗(yàn)研究》，確定工程區(qū)風(fēng)力侵蝕模數(shù)為 3500 t/(km2·a)，水力侵蝕模數(shù)為 8000 t/(km2·a)。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)各地類確定其水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕背景值，對(duì)照《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[3]，該區(qū)屬西北黃土高原區(qū)，土壤容許流失量為1000 t/(km·2a)。根據(jù)土石方平衡關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)算確定，本工程棄土主要來源于線路、站場(chǎng)和橋梁工程，共產(chǎn)生棄方100.13 萬m3，其中永久棄方89.24 萬m3（包括路基棄方24.70 萬 m3，站場(chǎng)棄方 62.85 萬 m3，橋梁棄方 1.69 萬 m3）。

擾動(dòng)地表可能造成新增水土流失量的預(yù)測(cè)，采用經(jīng)驗(yàn)公式法。經(jīng)計(jì)算分析，新增水土流失量54750 t，其中路基區(qū)新增13598 t，站場(chǎng)區(qū)新增 15096 萬 t，橋梁區(qū)新增 1435 t，取土場(chǎng)區(qū)新增2578 t，棄土場(chǎng)區(qū)新增9155 t，施工便道區(qū)新增3255 t，施工場(chǎng)地區(qū)新增9633 t。工程施工期水土流失量遠(yuǎn)大于自然恢復(fù)期，是水土流失重點(diǎn)防護(hù)時(shí)段，必須制定切實(shí)可行的工程、植物措施以及臨時(shí)性防護(hù)措施，對(duì)可能造成水土流失的地段進(jìn)行針對(duì)性的合理治理，以有效控制水土流失。

3 防治對(duì)策

根據(jù)鐵路線建設(shè)和擾動(dòng)地表破壞情況，防治措施主要為施工結(jié)束后回填表土。根據(jù)建設(shè)內(nèi)容不同區(qū)域，分別采取措施。

3.1 站場(chǎng)防治區(qū)

施工前剝離表土，表土集中堆放，并采取臨時(shí)攔擋和苫蓋措施。站場(chǎng)道路采取喬灌防護(hù)，施工結(jié)束后回填表土。主要工程量：工程措施表土剝離9.16 萬m3，表土回填1.89 萬m3；植物措施：?jiǎn)棠?053 株，檸條、紫穗槐2106 株；臨時(shí)措施草袋攔擋558.86 m3，土工布覆蓋3.05 hm2，臨時(shí)排水溝539 m（挖方129 m）3，沉沙池 2 座（挖方 8.40 m3）。

3.2 橋梁防治區(qū)

主體工程設(shè)計(jì)跨溝橋梁基礎(chǔ)采用草袋圍堰進(jìn)行施工，簡(jiǎn)支梁采用架橋機(jī)施工。待圍堰施工完畢后，將基坑中水抽干，進(jìn)行基坑內(nèi)橋梁基礎(chǔ)施工，施工完畢后將圍堰拆除，圍堰裝土利用就近路基挖方。施工結(jié)束后，進(jìn)行場(chǎng)地平整，橋頭種植攀援植物2200 株，在橋下可綠化區(qū)域采用撒播草籽1.86 hm2進(jìn)行綠化。主要工程量：工程措施表土剝離0.62 萬m3，場(chǎng)地平整1.86 hm2，表土回填0.62 萬m3；臨時(shí)措施裝土草袋434.07 m3，土工布覆蓋1.84 hm2，泥漿池 29 座，沉淀池58 座，臨時(shí)排水溝 405 m（挖方97.2 m3），沉沙池 11 座（挖方 46.2 m3）。

3.3 取土場(chǎng)防治區(qū)

取土前剝離表土，集中堆放，并采取臨時(shí)攔擋和苫蓋措施。取土場(chǎng)進(jìn)行削坡處理，周邊設(shè)截水溝，平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)橫向排水溝，截排水溝相連，出口接消能措施。取土結(jié)束后，進(jìn)行土地整治，回覆表土，臺(tái)面及邊坡植灌草恢復(fù)植被。主要工程量：工程措施表土剝離1.65 萬m3，截排水溝1587 m（基礎(chǔ)開挖1269.2 m3，漿砌石 999.8 m3，砂墊層 649.9 m）3，沉沙池 6 座（基礎(chǔ)開挖 42.0 m3，漿砌石54.0 m3，砂墊層16.2 m）3，削坡長(zhǎng)度495 m（開挖土方5222.0 m）3，土質(zhì)排水溝 743 m（開挖土方 178.3 m）3，場(chǎng)地平整5.5 hm2，土地整治面積為5.3 hm2，表土回填1.65 萬m3；植物措施灌草護(hù)坡（種植灌木23850 株，撒播草籽71.6 kg），撒播草籽246.4 kg；臨時(shí)措施裝土草袋臨時(shí)攔擋579.3 m3，土工布覆蓋0.5 hm2。

3.4 棄土場(chǎng)防治區(qū)

棄渣前先擋后棄，底部設(shè)擋渣墻，周邊設(shè)截水溝，各級(jí)堆渣平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)橫向排水溝，截排水溝相連，出口接消能措施。堆渣結(jié)束后，進(jìn)行土地整治，回覆表土，渣面及邊坡植灌草恢復(fù)植被,栽植灌木457440 株，撒播草籽1143.6 kg。考慮到后期覆土要求，擋渣墻頂部高程宜高出堆渣起坡點(diǎn)0.40 m，堆渣邊坡按1∶2 控制，堆渣時(shí)分層碾壓密實(shí)，后期覆土綠化。棄土場(chǎng)擋渣墻采用M10 漿砌塊石砌筑，頂寬1.0 m，背坡1∶0.5，面坡1∶0.1。墻頂采用C15 素混凝土壓頂10 cm；擋墻每隔10 m 設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫，縫寬2 cm～3 cm，縫間填塞瀝青油氈；在擋墻墻身底部設(shè)置Φ100PVC 排水管，排水管水平間距1.5 m，墻背側(cè)用土工布包裹，墻前伸出墻面20 cm。擋墻基礎(chǔ)埋深不小于150 cm，可根據(jù)實(shí)際開挖情況對(duì)開挖深度進(jìn)行調(diào)整。

3.5 施工便道防治區(qū)

施工前首先剝離表土，清除的表土用于后期綠化，堆放到取土場(chǎng)和施工場(chǎng)地范圍內(nèi)。挖填邊坡進(jìn)行植草防護(hù)，開挖邊坡內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝。施工結(jié)束后，進(jìn)行土地整治，撒播草籽恢復(fù)植被。主要工程量：工程措施表土剝離1.99 萬m3，場(chǎng)地平整7.43 hm2，土地整治4.77 hm2，表土回填1.99 萬m3；植物措施植草邊坡防護(hù)168 kg，撒播種草286.2 kg；臨時(shí)措施排水溝7400 m（挖方1776 m3），沉沙池 20 座（挖方 84.0 m3）。

4 結(jié)語(yǔ)

淮北礦業(yè)府谷鐵路專用線所經(jīng)區(qū)域，生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)過分析探討，工程建設(shè)共擾動(dòng)地表、損壞土地和植被面積150.00 hm2，損壞水土保持設(shè)施面積147.13 hm2，可能造成新增水土流失量54750 t。新增水土流失主要區(qū)域?yàn)槁坊鶇^(qū)、站場(chǎng)區(qū)、棄土場(chǎng)區(qū)、施工場(chǎng)地區(qū)、施工便道區(qū)和取土場(chǎng)區(qū)。針對(duì)此，提出采取工程、植物和臨時(shí)措施，可治理水土流失面積84.35 hm2，有效降減工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)破壞，可供項(xiàng)目建設(shè)和監(jiān)管進(jìn)行參考。