中國旱區(qū)鐵路路基綠色防護區(qū)劃

郭瀏卉，陳鋒，王仲錦，史存林

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

中國旱區(qū)鐵路路基綠色防護區(qū)劃

郭瀏卉，陳鋒，王仲錦，史存林

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

分析了國內(nèi)各區(qū)劃系統(tǒng)的目的、影響因素及指標，以《鐵路綠色通道建設(shè)指南》為基礎(chǔ)，結(jié)合鐵路綠色防護特點及環(huán)境概況，提出了鐵路路基綠色防護的區(qū)劃方案。該方案遵循了氣候區(qū)、自然區(qū)及生態(tài)區(qū)區(qū)劃工作中普遍運用到的區(qū)劃原則，提出了以氣候、地貌及植被和水資源分布為主導(dǎo)因素，以溫度及干燥程度、地貌及植被和有無灌溉條件為主要指標的二級區(qū)劃系統(tǒng)，并推薦了干旱區(qū)及過干旱區(qū)的適宜植被。旱區(qū)鐵路路基綠色防護區(qū)劃方案對旱區(qū)鐵路綠色通道建設(shè)有一定的促進作用，并為制定防護區(qū)劃的細化方案及采取相應(yīng)的工程措施奠定了基礎(chǔ)。

鐵路路基 綠色防護 鐵路綠色通道 旱區(qū)植被區(qū)劃 水資源分布

我國地域遼闊，地形及地貌類型復(fù)雜，降水及內(nèi)陸的水資源差別大，形成了復(fù)雜的氣候及自然環(huán)境，植物生長差異明顯，植被防護的難度加大。《鐵路工程綠色通道建設(shè)指南》將年降水量不少于400 mm、最冷月月平均氣溫高于－5℃的較溫暖、濕潤地區(qū)作為鐵路綠色通道建設(shè)的重點區(qū)域［1］。對于干旱、半干旱地區(qū)及寒冷地區(qū)等其他地區(qū)的鐵路，應(yīng)結(jié)合項目情況及經(jīng)濟情況分區(qū)建設(shè)綠色通道［2］。因此，旱區(qū)鐵路植被防護區(qū)域的劃分對綠色通道建設(shè)有非常重要的指導(dǎo)意義。

1 國內(nèi)各區(qū)劃分析

1.1 中國氣候區(qū)劃

中國氣候區(qū)劃的目的是在綜合考慮各地氣候特征及差異的基礎(chǔ)上，對氣候狀況進行規(guī)律性的區(qū)域劃分。因而其對各地工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟、人類活動及科學(xué)研究有非常重要的意義［3］。

我國已開展了近百年的氣候區(qū)劃工作，形成了以溫度帶、干濕區(qū)以及氣候區(qū)為主要因素的三級區(qū)劃體系。其中，根據(jù)農(nóng)業(yè)氣候資源的通用指標以及地域分異的特征，中國科學(xué)院和中國氣象局等部門以穩(wěn)定的日平均氣溫≥10℃的日數(shù)作為劃分溫度帶的主要指標。在考慮植物生長條件的情況下，以1月及7月平均氣溫作為劃分溫度帶的輔助指標。同時，以穩(wěn)定的日平均氣溫≥10℃的積溫以及極端最低氣溫的多年平均值為其參考指標來更好地體現(xiàn)區(qū)劃的綜合性。以年干燥度(多年潛在平均蒸發(fā)量與多年平均降水量的比值)作為干濕區(qū)劃分的主要指標，同時以年平均降水量為輔助指標(半干旱:年干燥指數(shù)1.5～4.0，降水量200～250 mm至400～500 mm，干旱:年干燥指數(shù)＞4.00，降水量＜200～250 mm)。因為夏季氣溫是決定喜溫作物能否種植的關(guān)鍵因素，氣候區(qū)采用7月平均氣溫作為氣候區(qū)的劃分指標［4］。

1.2 中國植被區(qū)劃

植被區(qū)劃是指在一定的地域空間，依據(jù)植被類型、地理分布特征以及各等級內(nèi)部的相對一致性規(guī)律劃分出的高、中、低等級的植被組合單位系統(tǒng)［5］。植被區(qū)劃在為自然地理區(qū)劃及環(huán)境保護區(qū)劃提供依據(jù)的同時，對不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展及土地利用有著重要的指導(dǎo)意義［6］。

植被區(qū)劃由高到低依次分為植被區(qū)域、植被地帶、植被區(qū)以及植被小區(qū)4級，每一級分別以水平地帶性—水分綜合因素、光熱條件變化以及植被地帶內(nèi)的水、熱、以及地貌條件差異為依據(jù)進行每一等級的植被區(qū)域劃分。

1.3 公路自然區(qū)劃標準

公路自然區(qū)劃的目的是區(qū)分自然條件對不同地理區(qū)域公路工程建設(shè)的影響及差異性，并在確保路基、路面的強度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，制定區(qū)劃標準，為路基的設(shè)計、施工及養(yǎng)護提供適當?shù)膮?shù)。

在公路自然區(qū)劃方案中，共有三級區(qū)劃，每一級都有相應(yīng)的影響因素及區(qū)劃指標。其中，一級區(qū)劃的主導(dǎo)因素是地理、地貌、氣候等，區(qū)劃指標是均溫等值線和三階梯的兩條等高線。二級區(qū)劃的主導(dǎo)因素是潮濕系數(shù)(年降水量與年蒸發(fā)量的比值)，并以其確定干濕程度(潤干區(qū)1.00～0.50;中干區(qū)0.50～0.25;過干區(qū)0.25及以下)。根據(jù)不同的具體情況，三級區(qū)劃可以在二級區(qū)劃的基礎(chǔ)上按照地貌、水溫和土質(zhì)類型進行細劃，也可以水熱、地理和地貌等為指標將二級區(qū)劃細化［7］。

1.4 中國西北干旱區(qū)生態(tài)區(qū)劃

生態(tài)區(qū)劃是指利用生態(tài)系統(tǒng)的相似特征以及驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)變異的諸多環(huán)境因素對生態(tài)系統(tǒng)復(fù)合體進行分類和劃分，達到整合并管理各生態(tài)區(qū)資源以及生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目的。

西北干旱區(qū)生態(tài)區(qū)劃是根據(jù)區(qū)域分異規(guī)律及經(jīng)濟發(fā)展特點對該區(qū)域進行生態(tài)區(qū)劃，并以將所建立的生態(tài)區(qū)劃方案及體系用于整合當?shù)氐耐恋刭Y源、規(guī)范生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為目的，最終實現(xiàn)西北干旱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

西北干旱區(qū)生態(tài)區(qū)劃主要考慮氣候與巨地形氣候、地貌與基質(zhì)、植被與土壤、土地利用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。該區(qū)劃根據(jù)不同的主導(dǎo)因素采用了三級區(qū)劃，即生態(tài)域、生態(tài)區(qū)、生態(tài)小區(qū)，并依照每一個區(qū)劃級別的主導(dǎo)因素為該區(qū)域命名［8］。

1.5 鐵路綠色通道建設(shè)指南

《鐵路工程綠色通道建設(shè)指南》參照《生態(tài)公益林建設(shè)導(dǎo)則》將自然環(huán)境分成了東北地區(qū)、三北風(fēng)沙地區(qū)、華北中原地區(qū)、黃河中上游地區(qū)、長江中上游地區(qū)、中南華東(南方)地區(qū)、東南沿海及熱帶地區(qū)、青藏高原凍融地區(qū)8個大區(qū)，其中干旱及半干旱地區(qū)主要是三北風(fēng)沙地區(qū)及黃河上游地區(qū)。

三北風(fēng)沙地區(qū)主要包括東北西部、華北北部、西北大部的干旱地區(qū)。其自然條件惡劣，干燥多風(fēng)，風(fēng)沙較大。此外，該地區(qū)普遍植被稀少，沙化、鹽漬化等問題也引起了天然草場的退化，生態(tài)十分脆弱。黃河中上游地區(qū)包括陜、蒙、甘、寧、青、豫、晉的大部或部分地區(qū)，由于此區(qū)域氣候干旱以及過墾過牧，造成了植被覆蓋度低、水土流失嚴重等現(xiàn)象［9］。由于氣候條件及地形地貌的影響，這兩個大區(qū)在綠色通道建設(shè)中需要將生態(tài)護坡及工程護坡相結(jié)合，逐步提高植被覆蓋度，改善自然條件。

2 鐵路旱區(qū)綠色防護區(qū)劃分析

2.1 區(qū)劃的原則

2.1.1 綜合性和主導(dǎo)因素相互結(jié)合

綜合性和主導(dǎo)因素相互結(jié)合原則是指在進行某一級區(qū)劃時，必須全面考慮構(gòu)成該區(qū)劃體系中的各類因素的相似性和差異性，然后從整體的角度挑選出相互關(guān)聯(lián)的指標作為確定區(qū)界的因素。與此同時，在進行不同級別的區(qū)劃時，必須在眾多因素中選擇有主導(dǎo)作用的統(tǒng)一指標對特定級別的區(qū)劃進行統(tǒng)一劃分。因此，在綜合考慮區(qū)劃系統(tǒng)中各個因素的基礎(chǔ)上，確定合理的主導(dǎo)因素作為各級的區(qū)劃指標是一個重要的區(qū)劃原則。

2.1.2 發(fā)生一致性及差異性

發(fā)生一致性及差異性原則是指在追溯各區(qū)域成因一致性的基礎(chǔ)上，深入考慮各區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)及差異。對同一級別的區(qū)劃單位，在考慮綜合因素和主導(dǎo)因素的基礎(chǔ)下，了解各區(qū)域間發(fā)展、發(fā)生的關(guān)系，通過引發(fā)各區(qū)域環(huán)境差異的自然特征的一致性，選擇各區(qū)劃等級相應(yīng)的區(qū)劃因素。

2.1.3 區(qū)域劃分空間分布的整體性與連續(xù)性

區(qū)域劃分空間分布的整體性與連續(xù)性是指每一個區(qū)劃單位都必須是一個連續(xù)的地域單位，不能存在著獨立于區(qū)域之外而又屬于該區(qū)的單位。在區(qū)劃的過程中，如果只考慮區(qū)劃的因素及指標，區(qū)劃的結(jié)果可能會極為破碎。因此，這一原則在考慮到主要地帶性指標的同時，根據(jù)地域的共軛性，結(jié)合大范圍的非地帶性因素來決定區(qū)劃單位的整體性和連續(xù)性。

2.2 區(qū)劃的影響因素及指標體系

2.2.1 氣候

在植被區(qū)劃中，氣候是決定植被的分布、演替及地帶性的基礎(chǔ)及關(guān)鍵因素。由于中國旱區(qū)的年平均溫度及年降雨量的懸殊差異，使該區(qū)植物區(qū)系也存在著巨大的差異性及不均勻性［10－11］。因此，可將氣候作為第一級區(qū)劃的主導(dǎo)因素。

2.2.2 地貌與植被

地形及地貌是影響氣候的重要因素。大氣環(huán)流及氣候主要受大型的山區(qū)與盆地影響，因此具有代表性的地形及地貌是氣候區(qū)劃中重要的分界線。由于氣候和地貌的差異，不同的地表組成及多樣的生態(tài)條件呈現(xiàn)了植被分布的差異性及規(guī)律性。因此，將地貌與植被作為第二級區(qū)劃的重要指導(dǎo)因素。

2.2.3 水資源分布

總體來說，旱區(qū)的降水量較少，尤其是干旱區(qū)以及過干旱區(qū)，主要的植被帶是草原及荒漠。水資源是影響植被分布的關(guān)鍵因素。草原、灌叢、森林和各類草甸植被等主要分布在降雨量較多的地區(qū)以及徑流水分積聚的河流、湖泊及洼地周圍［12］。研究表明，在干旱地區(qū)，干流的河岸兩側(cè)的植被覆蓋率較高，其次是支流河岸兩側(cè)，離河流稍遠區(qū)域的植被覆蓋率普遍偏低［13］。因此，結(jié)合地貌、地表及地下水的情況，植被周邊的水資源的分布情況則成為了二級區(qū)劃另一個非常重要的指導(dǎo)因素。

2.3 區(qū)劃體系及指標

2.3.1 一級區(qū)劃

氣候主要是指溫度及降水，也是各類區(qū)劃體系中最關(guān)鍵的因素之一，因此將溫度帶及干旱程度作為一級區(qū)劃的主要指標。具體內(nèi)容如下:

1)溫度帶。以穩(wěn)定的日平均氣溫≥10℃的日數(shù)作為劃分溫度帶的主要指標，以穩(wěn)定的日平均氣溫≥10℃的積溫為參考指標。在植物的種植過程中，夏季及冬季氣溫是中緯度地區(qū)決定喜溫作物能否種植的關(guān)鍵，1月及7月平均氣溫則是劃分溫度帶的輔助指標。

2)干旱程度。干旱程度按照干燥指數(shù)K(多年平均蒸發(fā)量與多年平均降水量的比值)分為3個分區(qū)等級:半干旱區(qū)1.50≤K＜4;干旱區(qū)4≤K＜20;過干旱區(qū)K＞20。

2.3.2 二級區(qū)劃

二級區(qū)劃的指標是地貌、植被以及有無灌溉條件。有灌溉條件是指在鐵路綠色通道的建設(shè)中，根據(jù)降雨量等級，結(jié)合當?shù)氐乃Y源分布及地形地貌設(shè)計相應(yīng)的灌溉系統(tǒng)，并對其進行定期的養(yǎng)護。對于干旱區(qū)及過干旱區(qū)，由于降水量較低，河流、湖泊、冰川融水等水資源在保持相對穩(wěn)定徑流量的同時，對植被生長條件產(chǎn)生了很大的影響［14］，同時為設(shè)計灌溉系統(tǒng)提供了有利的條件，降低了降雨量較少的地區(qū)及過干旱地區(qū)綠色通道建設(shè)的難度。

2.4 旱區(qū)鐵路路基區(qū)劃及推薦的植被

根據(jù)區(qū)劃原則、影響因素以及指標，提出了適合鐵路路基植被防護的二級區(qū)劃系統(tǒng)，每一級的具體區(qū)劃結(jié)果及相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 旱區(qū)區(qū)劃結(jié)果及其指標

由于干旱地區(qū)及過干旱地區(qū)降水量較少，植被防護難度較大，所以其植被防護的植物要更加適應(yīng)當?shù)氐纳L環(huán)境，并在有水資源的基礎(chǔ)上設(shè)計合適的灌溉系統(tǒng)。

表2是適宜干旱區(qū)及過干旱區(qū)生長的植物及其灌溉條件。

表2 干旱區(qū)及過干區(qū)適宜植物及灌溉條件

3 結(jié)語及展望

1)對比了各區(qū)劃系統(tǒng)，討論了其目的、指標及相關(guān)因素，分析了旱區(qū)鐵路綠色通道的現(xiàn)狀，為旱區(qū)鐵路路基植被防護區(qū)域劃分的相關(guān)細則的制定奠定了良好的基礎(chǔ)。

2)提出了鐵路路基綠色防護區(qū)劃的三個基本原則:綜合性和主導(dǎo)因素相互結(jié)合原則、發(fā)生一致性及差異性原則和區(qū)域劃分空間分布的整體性與連續(xù)性原則。

3)提出了以氣候、地貌及植被和水資源分布情況為主導(dǎo)因素的鐵路路基綠色防護區(qū)劃系統(tǒng)的區(qū)劃指標。

4)提出了鐵路路基綠色防護二級區(qū)劃系統(tǒng)，其中，以溫度帶及干燥程度為第一級區(qū)劃指標，以地貌、植被和有無灌溉條件為第二級區(qū)劃指標。

5)根據(jù)干旱區(qū)以及過干旱區(qū)，結(jié)合當?shù)刈匀恢脖坏默F(xiàn)狀，推薦了各區(qū)域適宜生長的草灌植物，描述了水資源分布的情況。

6)根據(jù)旱區(qū)植被防護區(qū)域水資源特點以及有無灌溉條件，可以將干旱程度、灌溉條件及工程措施相結(jié)合，提出針對鐵路路基植被防護區(qū)劃的進一步細化方案及相關(guān)的工程措施。

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Division of railway subgrade green protection grade in arid area of China

GUO Liuhui，CHEN Feng，WANG Zhongjin，SHI Cunlin
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

T his paper analysis the purpose，influence factor and index of division in different academic disciplines.A green protection regionalization plan for railway subgrade is proposed based on construction guide for green space attached of railway engineering，and combined with the characteristic and the environmental profile of railway green protection.T his planfollowedthe commondivisionprinciples usedinthe climatic，natural，andecological regionalization，and proposed a two level division system.The primary factors of the division system are climate，landform and vegetation，and water resources distribution.And the key indicators are temperature and drying degree，landform and vegetation，and irrigation condition.The suitable plants for arid area and excessive arid area based on the regionalization plan were recommended.The green protection regionalization improved the construction for green corridor of railway and laid the foundation for the further work.

Railway subgrade;Green protection;Green corridor of railway;Arid area vegetation division;W ater resources distribution

U213.1;TU985.1

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.25

(責(zé)任審編 李付軍)

1003－1995(2015)10－0117－05

2015－06－21;

2015－08－23

國家科技支撐計劃項目(2013BAG20B00);中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目(2014G005－A，2014G003－A; 2014Z003－B;2014G003－D);鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心課題(J2014G006)

郭瀏卉(1990—)，女，研究實習(xí)員，碩士。