榆林市淮北礦業鐵路專用線建設水土流失預測及對策

韓二飛

（陜西省府谷縣水利水保工作隊，陜西 榆林 719499）

0 前言

新建淮北礦業府谷鐵路專用線地處榆林市府谷縣北端，與朔準線油坊坪站接軌，是府谷縣古城礦區煤炭外運的運輸線路。線路全長16.717 km（含油坊坪站），其中路基工程14.362 km，全線共設車站3 個，橋梁2.355 km，涵洞47 座，項目總占地150.00 hm2。工程建設由路基、站場、橋梁、取土場、棄土場、施工便道和施工場地組成。根據項目開發建設水土保持開發規定，需對項目建設產生的水土流失進行預測。

1 項目區水土流失與水保現狀

本線地處陜北黃土高原的北端，緊鄰十里長川、皇甫川，地形波狀起伏，溝壑縱橫，支溝極為發育，相對高差100 m～200 m，地勢東北高、西南低，屬黃土梁峁區。氣候類型屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候，降水量多集中在7 月份～8 月份，年平均降水量為400.3 mm，年平均風速2.1 m/s。工程沿線土壤類別以黃綿土、紅粘土和風沙土為主，沿線沙化嚴重。線位所經區域屬于溫帶南部草甸草原亞地帶，林草覆蓋率為46%。項目區土壤侵蝕類型以極強烈和劇烈水力侵蝕為主，兼有中度風力侵蝕，容許土壤流失量1000 t（/km2·a）。水蝕模數為5000 t/(km·2a)～13000 t/(km·2a)，風蝕模數為 1300 t/(km·2a)～3500 t/(km·2a)。

2 水土流失預測

2.1 可能造成的水土流失因素分析

淮北礦業府谷鐵路專用線建設過程中的水土流失主要發生在路基站場開挖、回填、平整以及取土、棄土、橋梁修筑，擾動原地表，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。影響項目區水土流失的主要因素有：侵蝕營力、抗侵蝕力。鐵路建設造成的水土流失類型以水力侵蝕為主，風力侵蝕為輔，主要分布在鐵路路基及兩側占地區、站場、取土場、棄土場、施工便道、施工場地區等。

2.2 預測范圍內容和預測時段

水土流失預測范圍為項目建設區。根據《開發建設項目水土保持技術規范》[1]的要求，結合本項工程的具體建設內容，水土流失預測內容包括：擾動原地貌、破壞土地和植被面積預測；棄土量預測；損壞水土保持設施面積預測；可能造成的水土流失面積、強度及水土流失危害預測等。預測時段為項目建設全過程，根據工程進度安排和當地氣候特點，按發生風、水蝕的侵蝕季節計（水蝕季節主要集中6 月～9 月，風蝕季節主要集中在3 月～5 月），施工期總預測時段為2 年。施工擾動結束后即進入自然恢復期。根據當地的自然條件，天然植物恢復或表土形成相對穩定的結構并發揮水土保持功效約需要3 年。

2.3 預測方法

項目區水土流失成因復雜、類型多樣，本方案采取實地調查法、引用資料法、類比實測法相結合的方法，進行水土流失強度和水土流失量預測。可能造成的水土流失危害采用當地同類型水土流失危害和相關經驗分析確定，其他預測內容的方法采用對主體工程設計資料的統計、分析和計算確定。

擾動地表可能造成新增水土流失量的預測，采用經驗公式法。擾動地表新增流失量，依據造成加速土壤侵蝕的面積、施工擾動前后土壤侵蝕模數和流失年限，采用經驗公式法預測。

原生地表、擾動地表侵蝕量按下列公式分別計算：

式中：W 為土壤侵蝕量，t；Fi為原生地表、擾動地表面積，km2；Mi為原生地表、擾動地表的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Ti為預測時段，a。

新增水力侵蝕流失量則可按下式計算：

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為擾動地面侵蝕量，萬 t。

結合項目區各地類,確定其原地表風蝕3500 t/(km2·a)，水蝕8000 t/(km2·a)。在自然恢復期，植被逐漸恢復，擾動后的侵蝕模數逐步減小，在自然恢復期內植被恢復系數第一年、第二年和第三年分別按擾動地貌的依次減少20%、40%和60%。結合本工程地處土壤侵蝕敏感地區的實際情況和本工程施工工藝進行綜合評判，確定再塑地貌土壤侵蝕模數見表1。

表1 項目擾動后微地貌單元侵蝕模數表

鐵路工程建設用地范圍包括工程永久征地和臨時用地，對于擾動原地貌、損壞土地和植被、損壞水土保持設施的類型和數量的預測，主要通過查閱項目設計資料、利用設計圖紙現場調繪的方法確定。根據主體工程設計及現場調查，分別對各預測單元各項工程施工占地進行分析統計，工程擾動地表面積為永久征地和臨時用地之和，共計150.00 hm2，其中永久占地91.14 hm2，臨時占地58.86 m2。根據對建設區占地類型的統計分析，占壓和破壞的土地類型為旱地、林地、草地草地，共損壞水土保持設施面積147.13 hm2，其中旱地70.49 hm2、林地20.20 hm2、草地56.44 hm2。

2.4 預測結果

根據工程建設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，確定工程建設可能造成的水土流失面積與水土流失強度指標，并計算水土流失量。根據《黃河中游粗泥沙集中來源區界定研究》[2]和《皇甫川流域開發建設項目新增水土流失試驗研究》，確定工程區風力侵蝕模數為 3500 t/(km2·a)，水力侵蝕模數為 8000 t/(km2·a)。結合項目區各地類確定其水力侵蝕和風力侵蝕背景值，對照《土壤侵蝕分類分級標準》[3]，該區屬西北黃土高原區，土壤容許流失量為1000 t/(km·2a)。根據土石方平衡關系，結合現場調查、測算確定，本工程棄土主要來源于線路、站場和橋梁工程，共產生棄方100.13 萬m3，其中永久棄方89.24 萬m3（包括路基棄方24.70 萬 m3，站場棄方 62.85 萬 m3，橋梁棄方 1.69 萬 m3）。

擾動地表可能造成新增水土流失量的預測，采用經驗公式法。經計算分析，新增水土流失量54750 t，其中路基區新增13598 t，站場區新增 15096 萬 t，橋梁區新增 1435 t，取土場區新增2578 t，棄土場區新增9155 t，施工便道區新增3255 t，施工場地區新增9633 t。工程施工期水土流失量遠大于自然恢復期，是水土流失重點防護時段，必須制定切實可行的工程、植物措施以及臨時性防護措施，對可能造成水土流失的地段進行針對性的合理治理，以有效控制水土流失。

3 防治對策

根據鐵路線建設和擾動地表破壞情況，防治措施主要為施工結束后回填表土。根據建設內容不同區域，分別采取措施。

3.1 站場防治區

施工前剝離表土，表土集中堆放，并采取臨時攔擋和苫蓋措施。站場道路采取喬灌防護，施工結束后回填表土。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：喬木1053 株，檸條、紫穗槐2106 株；臨時措施草袋攔擋558.86 m3，土工布覆蓋3.05 hm2，臨時排水溝539 m（挖方129 m）3，沉沙池 2 座（挖方 8.40 m3）。

3.2 橋梁防治區

主體工程設計跨溝橋梁基礎采用草袋圍堰進行施工，簡支梁采用架橋機施工。待圍堰施工完畢后，將基坑中水抽干，進行基坑內橋梁基礎施工，施工完畢后將圍堰拆除，圍堰裝土利用就近路基挖方。施工結束后，進行場地平整，橋頭種植攀援植物2200 株，在橋下可綠化區域采用撒播草籽1.86 hm2進行綠化。主要工程量：工程措施表土剝離0.62 萬m3，場地平整1.86 hm2，表土回填0.62 萬m3；臨時措施裝土草袋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 取土場防治區

取土前剝離表土，集中堆放，并采取臨時攔擋和苫蓋措施。取土場進行削坡處理，周邊設截水溝，平臺內側設橫向排水溝，截排水溝相連，出口接消能措施。取土結束后，進行土地整治，回覆表土，臺面及邊坡植灌草恢復植被。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（基礎開挖 42.0 m3，漿砌石54.0 m3，砂墊層16.2 m）3，削坡長度495 m（開挖土方5222.0 m）3，土質排水溝 743 m（開挖土方 178.3 m）3，場地平整5.5 hm2，土地整治面積為5.3 hm2，表土回填1.65 萬m3；植物措施灌草護坡（種植灌木23850 株，撒播草籽71.6 kg），撒播草籽246.4 kg；臨時措施裝土草袋臨時攔擋579.3 m3，土工布覆蓋0.5 hm2。

3.4 棄土場防治區

棄渣前先擋后棄，底部設擋渣墻，周邊設截水溝，各級堆渣平臺內側設橫向排水溝，截排水溝相連，出口接消能措施。堆渣結束后，進行土地整治，回覆表土，渣面及邊坡植灌草恢復植被,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0.40 m，堆渣邊坡按1∶2 控制，堆渣時分層碾壓密實，后期覆土綠化。棄土場擋渣墻采用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 設一道結構縫，縫寬2 cm～3 cm，縫間填塞瀝青油氈；在擋墻墻身底部設置Φ100PVC 排水管，排水管水平間距1.5 m，墻背側用土工布包裹，墻前伸出墻面20 cm。擋墻基礎埋深不小于150 cm，可根據實際開挖情況對開挖深度進行調整。

3.5 施工便道防治區

施工前首先剝離表土，清除的表土用于后期綠化，堆放到取土場和施工場地范圍內。挖填邊坡進行植草防護，開挖邊坡內側設排水溝。施工結束后，進行土地整治，撒播草籽恢復植被。主要工程量：工程措施表土剝離1.99 萬m3，場地平整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168 kg，撒播種草286.2 kg；臨時措施排水溝7400 m（挖方1776 m3），沉沙池 20 座（挖方 84.0 m3）。

4 結語

淮北礦業府谷鐵路專用線所經區域，生態環境脆弱，經過分析探討，工程建設共擾動地表、損壞土地和植被面積150.00 hm2，損壞水土保持設施面積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域為路基區、站場區、棄土場區、施工場地區、施工便道區和取土場區。針對此，提出采取工程、植物和臨時措施，可治理水土流失面積84.35 hm2，有效降減工程建設對當地的生態破壞，可供項目建設和監管進行參考。