精伊霍鐵路工程建設的土壤侵蝕評價

摘要 精伊霍鐵路所經地區地處西部干旱內陸，生態環境惡劣、脆弱，對人類擾動極其敏感。敦煌鐵路的建設必將在一定程度上加劇沿線地區的土壤侵蝕現象。利用遙感與地理信息系統技術，結合野外調查分析結果，編制了精伊霍鐵路兩側30 km范圍土壤侵蝕現狀圖。根據鐵路沿線土地退化現狀和工程建設活動對地表生態系統的影響分析，對施工期土壤侵蝕類型與強度的變化以及工程造成的水土流失總量進行了預測，據此分析了工程可能造成的土地退化危害，并就此提出了相應的防治措施。

關鍵詞 鐵路工程；遙感；土地退化；生態環境；土壤侵蝕

中圖分類號 S157

文獻標識碼 A

文章編號 1002-2104(2007)01-0077-04

鐵路線在促進地區貿易的發展、加速礦產資源的開發利用、促進經濟發展等方面發揮著巨大的作用。然而，在我國西部，鐵路工程建設將不可避免地對沿線惡劣、脆弱，對人類擾動極其敏感^[1-3]的生態環境造成一定的影響。人類活動作用于土地系統，首先改變的就是地表形態。而這一過程中往往要破壞掉原始地表的植被，包括地被，以及引起土壤結構的變化。在我國干旱、半干旱及具干旱特征的亞濕潤區，由于植被相對稀疏，每棵植物都有其較大的營養范圍，都參與周圍一定大小區域內的物質與能量循環。人為活動對植被的破壞，使原來的井然有序的微小功能團，不復存在，原來植物體的防風固沙作用也隨之消失。據研究，植被蓋度達到60%是植被抗風蝕能力的一個轉折點^[4]。植被蓋度＜60%時風蝕模數隨風速增大而增加較快；植被蓋度＞60%以后風蝕模數增加緩慢。精伊霍鐵路的修建勢必會對沿線的植被造成不同程度的破壞；再則，鐵路的修建本身也會擴大人類的活動范圍，從而增加了人類活動沿線地表的擾動。

1 鐵路工程概況

精伊霍線（精河-伊犁-霍爾果斯）位于新疆維吾爾自治區西部的博爾塔拉蒙古自治州和伊犁哈薩克自治州境內，該線從蘭新線西段的精河車站接軌，經精河縣穿越北天山后進入伊犁哈薩克自治州境內，經伊寧縣、伊寧市，再向西經霍城、清水河鎮，沿218、312國道至霍爾果斯口岸。根據推薦方案（CK方案），線路總長285.98 km，共設置橋涵工點1 017座，工點分布密度平均3.56座/km，其中特大中橋22 081.5 m/101座，公路中橋40 m/1座，箱形橋24 m/2座，小橋1 526.2 m/59座，涵洞24 277.3 m/854座；精伊霍線設計方案共有隧道31座，總延長為52 377 m，占全線正線285.98 km長度的18.31%，其中越嶺特長隧道1座(天山隧道長13 573 m)，雙線車站隧道一座，長1 360 m，雙線喇叭口隧道二座（喇叭口段長533 m），共產生棄碴365.76萬m3，本次工程棄碴集中堆棄，共占地55 hm²。新建鐵路精伊霍線前期工程2004年11月開工，鋪架工程自2006年6月開工。

2 評價方法

采用2001年Landsat-5TM影像和Landsat-7 ETM+影像，經過幾何糾正與投影轉換，并參考鐵路所經地區地形圖、土地利用圖及其它土壤侵蝕相關資料及圖件，分析土壤侵蝕類型、坡度、植被覆蓋度、地表組成物質等狀況，利用ERDAS和ARCINFO軟件，采用人機交互判讀方法，綜合分析判定鐵路沿線30 km范圍內土壤侵蝕類型與強度，即在微機屏幕上進行土壤侵蝕類型與強度勾繪、制圖。作業比例尺1∶10萬。

3 工程對鐵路兩側的土壤侵蝕評價

3.1 鐵路工程區土壤侵蝕現狀

苑韶峰：精伊霍鐵路工程建設的土壤侵蝕評價中國人口·資源與環境 2007年 第1期根據鐵路沿線兩側1 km、10 km和30 km范圍水土流失現狀圖，精伊霍鐵路段有水力侵蝕、風力侵蝕、凍融侵蝕3種侵蝕類型，其侵蝕范圍（面積）為水蝕＞風蝕＞凍融侵蝕；侵蝕強度有微度、輕度、中度、強度和劇烈5級（確定方法與標準見表2），其中水力侵蝕以微度和輕度為主，風力侵蝕以中度和輕度為主，凍融侵蝕以輕度為主，具體情況見表1。

水力侵蝕：高強度的降水和高山冰雪融水形成大量的地表徑流成為水蝕的主要外營力。鐵路沿線，由于土層松散，一旦地表遭到擾動或破壞，極易造成大面積的面蝕，甚至誘發滑坡或泥石流的發生。在鐵路兩側1 km和10 km范圍內，水蝕面積分別為456.7 km²和4 759.5 km²，分別占水土流失總面積的78.54%和75.96%。總體上看，本段水力侵蝕強度較小，以微度和輕度水蝕為主，也存在小面積中度和強度侵蝕，其中微度水蝕面積分別占土壤侵蝕面積的48.64%和43.42%，輕度水蝕占22.92%和19.42%，中度水蝕占1.45%和10.72%，強度水蝕占5.52%和2.40%。[JP]

風力侵蝕：鐵路經過地區具有沙質荒漠化形成的風力和物質條件，其表現形式以流動沙丘、平沙地和大面積的戈壁、裸巖、石礫地為主，其中以戈壁和沙地分布最廣。風蝕地區，由于土質疏松，干旱少雨，導致地表植被稀少，在大風的作用下，地面細顆粒物質隨風漂移，造成風力侵蝕精伊霍鐵路段風蝕面積較大，在鐵路兩側1 km和10 km范圍內，風蝕面積分別為124.82 km²和1 477.75 km²，占水土流失總面積的21.46%和23.58%，侵蝕強度包括微度、輕度、中度和劇烈四級，以中度和輕度風蝕為主。其中，微度風蝕面積僅占土壤侵蝕面積的0%和0.09%，輕度風蝕占6.20%和6.79%，中度風蝕占14.44%和16.24%，劇烈風蝕占0.83%和0.47%，該段為土地退化快速發展和加劇地段，面積較小。

凍融侵蝕：凍融侵蝕是本段土壤侵蝕面積最小的侵蝕類型之一，鐵路兩側1 km范圍內侵蝕強度較弱，只有輕度侵蝕。鐵路兩側1 km范圍內，無凍融侵蝕面積；鐵路兩側10 km范圍內，凍融侵蝕面積為28.74 km²，占水土流失總面積的0.46%。

3.2 土壤侵蝕預測與評價

根據施工區地貌、土壤、植被的特性，結合施工區施工特性及當地氣候特征對工程建設可能引起的土壤侵蝕影響進行評價。

和由振動碾壓而引起的土體結構的破壞，從而加劇了對施工地面及其周圍土壤的侵蝕，使得土地退化范圍擴大。

鐵路工程將明顯地加重沿線較近范圍內地表的土壤侵蝕狀況，將不可避免地造成一定的土地退化危害。

3.2.1 評價方法

目前，國內主要應用類比法、實地測試法和數學模型法來預測工程建設造成的水土流失量及對土地退化影響。本段工程造成的水土流失量預測采用遙感解譯結合數學模型法，即在水土流失現狀基礎上根據工程活動對地表的破壞和擾動程度預測土壤侵蝕類型與強度的變化，根據預測模型計算工程造成的水土流失總量，進而評價工程對當地生態系統的影響。

3.2.2 鐵路工程引起的土壤侵蝕影響預測

3.2.2.1 土壤侵蝕模數的確定

風力侵蝕和水力侵蝕土壤侵蝕模數的確定根據中華人民共和國行業標準SL190-96《土壤侵蝕分類分級標準》。凍融侵蝕土壤侵蝕模數的確定是一項極其復雜的工作，國內有關凍融侵蝕模數的定量研究較少。由于凍融侵蝕是因寒凍和熱融交替作用，使地表土體和松散物質發生蠕動、滑塌和產生泥流的一種現象，但其往往同水力侵蝕、重力侵蝕交互影響、共同作用，土壤侵蝕流失量較小^[5，6]。因此，同級土壤侵蝕強度下，凍融侵蝕模數比風蝕和水蝕模數要小。這里采取在風蝕和水蝕模數的基礎上降低一級的方法計算凍融侵蝕模數^[7]。在工程施工導致的土壤侵蝕類型由凍融侵蝕變為風力、水力和凍融綜合侵蝕的情況下，其侵蝕模數的計算與風力和水力侵蝕模數相同。本預測中土壤侵蝕強度劃分標準見表2。

該段鐵路工程施工前鐵路沿線1 km范圍內土壤侵蝕總量為1 039 735 t/a，平均侵蝕模數為1 787.9 t/km²·a。施工期土壤侵蝕總量為2 124 901 t/a，平均侵蝕模數為3 653.9 t/km²·a。施工期鐵路沿線1km范圍內土壤侵蝕量增加1 085 166 t/a，平均土壤侵蝕模數增加1 866.0 t/km²·a（表2）。鐵路工程對鐵路兩側的擾動集中在1 km的范圍內，從分析結果可以看出，施工對鐵路沿線周邊地區的生態影響劇烈，土壤侵蝕強度平均增加一個級別。施工期及工程竣工后若不采取有效的保護措施，不僅會引起施工區土地沙漠化程度的加劇，而且流沙會侵襲施工區以外的地區，造成土地退化范圍的擴大與蔓延。

4 生態保護對策與恢復措施

4.1 生態保護對策

鐵路通過地區生態環境極為脆弱，一經擾動、破壞就難以恢復。對生態環境的保持以預防為主，預防與生態恢復相結合，主要的保護與預防措施有：

（1）加強對管理人員和施工人員的教育，提高其環保意識。注意保護植被，生活垃圾和建筑垃圾集中收集、集中處理等。

（2）工程取土場的選擇應避開濕地、景觀保護區，以保護其特殊的生態功能，取料不改變河道、河岸原貌；取土、取料、棄土、棄碴要嚴格在規定區域內取棄，禁止亂取亂棄。在沿線野生動物遷徙的主要通道上不應設置取棄土（渣）場。在沿線固定、增固定沙丘地段不設置取土場，在流動沙丘、沙地地段設置取棄土場時，應當選擇其下風側并采取平整、覆蓋等措施。對取土場表層的熟土在取土前應推置一邊集中堆放，等取土完畢后覆蓋平鋪以便恢復其生產力；對取土場的草甸植被應當采取分割劃塊鏟起、移植于適當地方培植，以備利用。對于河谷地帶的取土場和砂石料場，應對河道不穩定邊坡采取相應防護措施，保證河岸邊坡穩定，間接保護河道生態環境及生態系統。

（3）在施工過程中，施工便道隨車輛運行碾壓將產生揚塵污染環境，從環保角度應考慮施工便道的降塵措施，從而減少施工便道產生的大量塵土埋壓便道兩側的天然植被，減少人為活動對影響區地表植被的影響。

（4）使用清潔能源，減少污染。各設施管線要多采用暗管，埋藏于地下，杜絕對地表景觀的毀壞。廢棄物處理設施作為人工建筑的一部分，須設置在隱蔽地段。應及時妥善處理游人帶來的各種廢棄物，利用一切生物措施或其它高技術，將廢棄物變成肥料就地回歸自然，參與景觀內流的循環。

4.2 生態恢復措施

（1）取棄土場的生態恢復措施：取棄土場宜采用人工恢復和自然恢復相結合，加快植被的自然恢復。其主要措施包括土地平整、草皮移植（包括草皮切割、保存、移植、栽培、保育等植被恢復技術）或人工播種（包括表土回填、土壤改良、種子播種、栽培管理等植被恢復技術）、鼠害防治、禁牧封育等。

（2）施工便道和臨時場地的生態恢復措施：施工便道和臨時場地在施工期受到車輛機械的反復碾壓，致使便道植被枯死、土壤結構被破壞，在施工期結束之后形成條帶狀的裸露地表景觀和人類活動痕跡特有的斑塊狀結構。應采取相應的措施加快植被恢復進程。

（3）砂石料場的生態恢復措施：鑒于砂石料場設點位置以及相應的生態系統類型，建議在采取工程防護以及景觀恢復的基礎上，植被恢復以自然恢復過程為主。季節性洪水在植被變化過程中起著重要作用，在工程施工結束后，通過河道整治，促進植被自然恢復。

此外，在破壞和施工后區域應當采取提高森林覆蓋率、保存人工林、封育天然植被、設置柴草阻沙障、網格沙障等措施來恢復和提高其生態功能。

(編輯：溫武軍)

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Land Desertification Impact from Jinghe-Yili-Huoerguosi Railway Construction

YUAN Shao-feng

(Department of Land Resources Management， College of Public Management，

Zhejiang Gongshang University， Hangzhou Zhejiang 310035， China)

Abstract The area， where theJinghe-Yili-Huoerguosi Railway will pass across， is the western region with most fragile ecological environment， and is also one of the regions with the high susceptive to man-made disturbance. The construction of the railway will intensify soil erosion along the railway line to a certain degree. The map of soil erosion condition in the range of 30 kilometers each side along the line was drawn by using the techniques of remote sensing and geographic information system (GIS). Based on analysis of the status of land degradation and the influence of the railway construction projects，the changes of the types， intensities and the total amount of the soil erosion caused by the construction were predicted，and the impacts from land degradation was also analyzed， and then the corresponding prevention and cure measurements were put forward.

Key words railway engineering; remote sensing; land degradation; ecological environment; soil erosion

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”