西延高鐵水土流失預(yù)測分析

成永斌

（陜西省洛川縣水土保持工作隊(duì)，陜西 洛川 727400）

0 引言

西延高鐵是陜西省米字型高鐵網(wǎng)主骨架中的西安通往延安的高鐵重要線路。線路自西安東站北端引出，向北經(jīng)延安市洛川縣等4 市14 縣區(qū)，正線全長286.954 km，速度目標(biāo)值350 km/h。工程途徑渭北旱塬和黃土高原區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，若工程建設(shè)中水土保持措施不到位，將淤塞河流，對當(dāng)?shù)卦斐蓢?yán)重的水土流失危害。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，做好項(xiàng)目建設(shè)區(qū)水土保持工作，需對項(xiàng)目建設(shè)可能產(chǎn)生的水土流失進(jìn)行預(yù)測。

1 水土流失現(xiàn)狀

項(xiàng)目位于渭北旱塬和黃土高原地帶，主要為低、中山丘陵區(qū)地貌。水土流失類型以風(fēng)力和水力侵蝕為主。為全面反映西延高鐵水土流失現(xiàn)狀，通過現(xiàn)場調(diào)查和影像解譯，綜合疊加分析鐵路沿線300 m 范圍內(nèi)的土壤侵蝕強(qiáng)度，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)水土流失面積比例在50%左右。水土流失面積中，以輕度流失為主，中度流失比例較小。隨著近年來實(shí)施退耕還林、封山育林的力度逐漸加強(qiáng)，水土流失得到有效的控制和改善。沿線土壤侵蝕見表1。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目工程區(qū)擾動土地總面積1742.87 hm2，水土流失面積1689.54 hm2，占總面積的96.94%。其中年土壤侵蝕總量26303.41 t，平均土壤侵蝕模數(shù)1509.21 t/（km2·a）。

2 水土流失影響因素分析

2.1 工程建設(shè)對水土流失的影響

2.1.1 路基、站場工程

在路基、站場施工期中，會對項(xiàng)目區(qū)原地表進(jìn)行開挖、填筑，勢必會壓埋和損壞地原原有植被，破壞原有地貌和水土保持結(jié)構(gòu)，造成一定的水土流失。同時，路基的施工也會直接破壞原有地貌和植被，使地表土壤的抗沖蝕能力降低，增加了水土流失產(chǎn)生的幾率。施工完成后，采取建設(shè)擋土墻、護(hù)坡等工程措施，加強(qiáng)水保功能，可使水土流失得到有效控制。

2.1.2 橋涵工程

開挖較深，在修筑時對地表擾動破壞較大。特別是在雨季，易受河流、溪溝洪水及雨水沖刷，容易加大水土流失，所以在施工時要加強(qiáng)遮蓋等相關(guān)措施，盡量減少水土流失。

表1 沿線土壤侵蝕現(xiàn)狀表

2.1.3 改移工程

溝渠的修建將擾動地表，改變地表原有的植被、地形地貌，尤其在雨季時將產(chǎn)生新的水土流失，同時改移道路邊坡也增加水土流失。

2.1.4 棄渣場

棄渣主要產(chǎn)生于路基、站場等工程的開挖。施工期，渣體結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)濕軟、孔隙大，沒有植被防護(hù)，遇雨或洪水下泄時，易造成嚴(yán)重的沖溝侵蝕；同時，棄渣的堆放，棄渣體坡面容易失穩(wěn)，特別是暴雨期間容易受到雨水沖刷而形成泥石流、滑坡等。棄渣場需要占用林地和耕地、裸地等。鐵路運(yùn)營期，棄渣場坡腳采取支擋防護(hù)工程措施和邊坡綠化措施，棄渣頂部復(fù)耕或綠化，水土流失將得到有效控制。

2.1.5 施工便道

本線既有交通狀況較差，需新建和改建施工便道226.09 km，同時施工便道的修建將擾動地表，改變地表原有的植被、地形地貌，使施工便道在機(jī)械輾壓的作用下，尤其在雨季時將產(chǎn)生新的水土流失，同時施工便道邊坡也增加水土流失。

2.1.6 施工生產(chǎn)生活區(qū)

施工臨時占地區(qū)主要有鋪軌基地、制（存）梁場、施工營地、施工場地等臨時用地區(qū)域。施工營地和施工場地等臨時工程在施工準(zhǔn)備期均將進(jìn)行場地平整，損壞原地貌形態(tài)，在恢復(fù)之前易受到雨水沖刷，產(chǎn)生水土流失。

2.2 擾動地表、損毀植被面積

本工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的面積即為擾動地表的面積，根據(jù)項(xiàng)目主體工程相關(guān)技術(shù)資料，采取實(shí)地調(diào)查與量測圖紙相結(jié)合的方法，確定項(xiàng)目工程擾動地表面積1742.87 m2。其中永久占地面積1271.54 m2，臨時占地面積471.33 hm2。損壞植被面積（扣除住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他用地面積）共計(jì)1142.67m2。

2.3 棄土（石、渣）量

全線總占地面積1742.87 hm2。占地類型包括林地、耕地、水域及水利設(shè)施用地和其它用地等，棄渣場區(qū)工程土石方總量為10295.70 萬m3，其中挖方總量8768.02 萬m3、填方總量1527.68 萬m3。城市固廢消納場消納棄渣443.92 萬m3，綜合利用254.54 萬m3，變更后工程永久棄渣量6607.03 萬m3。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地踏勘后，最終確定啟用原方案設(shè)計(jì)的（對應(yīng)變化后的）1 處棄渣場，并另外重新選址了322 處棄渣場，實(shí)際共使用323 處棄渣場，消納棄渣總量6607.03 萬m3，實(shí)際總占地面積777.07 hm2，占地類型包括林地、耕地、水域及水利設(shè)施用地和其它用地等。

3 土壤流失量預(yù)測

3.1 預(yù)測單元

水土流失預(yù)測的范圍是主體工程施工擾動地表范圍，共計(jì)1742.87 hm2。由于不同地貌類型土壤侵蝕強(qiáng)度不一，根據(jù)地貌為低、中山丘陵區(qū)進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)工程特性，本項(xiàng)目區(qū)劃分為8 個一級預(yù)測單元：路基工程區(qū)、隧道工程區(qū)、橋涵工程區(qū)、站場工程區(qū)、改移工程區(qū)、棄渣場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)和施工便道區(qū)。根據(jù)擾動方式、擾動后地表的物質(zhì)組成、氣象特征等相近的原則劃分一般擾動地表區(qū)、工程開挖面和工程堆積體3 個二級預(yù)測單元，見表2。

表2 程水土流失預(yù)測單元劃分表 單位：hm2

續(xù)表2

3.2 預(yù)測時段

依據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433-2018），施工期為2019 年～2025 年。每個預(yù)測單元的預(yù)測時段按最不利情況考慮，超過雨季長度的按全年計(jì)，不超過雨季（項(xiàng)目區(qū)每年雨季為6 月～8 月）長度的按照所占雨季長度的比例計(jì)算，自然恢復(fù)期根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件，本工程所在地為濕潤區(qū)，因此取2 年。

3.3 預(yù)測結(jié)果

土壤流失量預(yù)測按照下式計(jì)算。當(dāng)預(yù)測單元土壤侵蝕強(qiáng)度恢復(fù)到原地貌土壤侵蝕模數(shù)以下時，不再計(jì)算。水土流失量公式：

式中：W 為擾動地表土壤流失量，t；j 為預(yù)測時段，1、2 即指施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期；i 為預(yù)測單元，1，2，3，……，n-1，n；Fji為第j 個預(yù)測時段、第i 預(yù)測單元的面積，km2；Mji為第j 個預(yù)測時段、第i 預(yù)測單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；Tji為第j 個預(yù)測時段、第i 預(yù)測單元的預(yù)測時段長，a。

①預(yù)測單元面積Fi的確定

預(yù)測單元面積Fji即為各工程單元水土流失面積。工程施工準(zhǔn)備與施工期各工程單元水土流失面積合計(jì)為2588.14 hm2，自然恢復(fù)期各工程單元水土流失面積合計(jì)為1893.06 hm2。

②預(yù)測時間Tji的確定

預(yù)測時間Tji即為各工程單元水土流失預(yù)測時段，分施工準(zhǔn)備與施工期、自然恢復(fù)期（2a）兩大時段。

③Mji的確定表示

Mji表示不同預(yù)測單元擾動后的土壤侵蝕模數(shù)；Mi0表示原生土壤侵蝕量。

本工程施工準(zhǔn)備及施工期造成的水土流失面積為1742.87 hm2，自然恢復(fù)期水土流失面積為1271.35 hm2，水土流失預(yù)測時段由于主體工程施工時間不同而不同，各預(yù)測單元預(yù)測時間段見表3。地表擾動后水土流失量為79.23 萬t，新增水土流失量為60.7 萬t，見表3。

表3 工程水土流失預(yù)測匯總表

3.4 水土流失危害分析

經(jīng)過現(xiàn)場勘踏和調(diào)查，本項(xiàng)目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失主要是施工擾動及棄渣，其危害主要為：①線路、路基和橋涵穿過兩側(cè)，主要為林地和其他用地，工程建設(shè)加劇項(xiàng)目區(qū)的水土流失，對沿線的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生一定的不利影響；②工程施工占用土地、破壞地表植被，對沿線生態(tài)環(huán)境造成危害。三是降低土壤肥力，造成土壤貧瘠；③臨時場地的水土流失影響。如表土剝離、臨時堆土、植被破壞、運(yùn)輸?shù)仍斐傻男碌乃亮魇А?/p>

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)地踏勘調(diào)查，西延高鐵工程水土流失重點(diǎn)時段為施工期，水土流失重點(diǎn)部位為路基工程區(qū)、棄渣場區(qū)、橋涵工程區(qū)，水土流失重點(diǎn)部位也是水土保持監(jiān)測和防治措施布設(shè)的重點(diǎn)部位。項(xiàng)目工程擾動地表面積1742.87 m2，損壞植被面積共計(jì)1142.67 m2。根據(jù)水力侵蝕強(qiáng)度和水土流失影響因子分析，本工程水土流失預(yù)測總量為79.23 萬t，新增水土流失量為60.7 萬t，在項(xiàng)目建設(shè)中，需采用水保措施盡量減少土地破壞。