西延高鐵水土流失預測分析

成永斌

（陜西省洛川縣水土保持工作隊，陜西 洛川 727400）

0 引言

西延高鐵是陜西省米字型高鐵網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，向北經延安市洛川縣等4 市14 縣區，正線全長286.954 km，速度目標值350 km/h。工程途徑渭北旱塬和黃土高原區，生態環境脆弱，若工程建設中水土保持措施不到位，將淤塞河流，對當地造成嚴重的水土流失危害。為了保護生態環境，做好項目建設區水土保持工作，需對項目建設可能產生的水土流失進行預測。

1 水土流失現狀

項目位于渭北旱塬和黃土高原地帶，主要為低、中山丘陵區地貌。水土流失類型以風力和水力侵蝕為主。為全面反映西延高鐵水土流失現狀，通過現場調查和影像解譯，綜合疊加分析鐵路沿線300 m 范圍內的土壤侵蝕強度，項目區內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。隨著近年來實施退耕還林、封山育林的力度逐漸加強，水土流失得到有效的控制和改善。沿線土壤侵蝕見表1。

據統計，項目工程區擾動土地總面積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1509.21 t/（km2·a）。

2 水土流失影響因素分析

2.1 工程建設對水土流失的影響

2.1.1 路基、站場工程

在路基、站場施工期中，會對項目區原地表進行開挖、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構，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，增加了水土流失產生的幾率。施工完成后，采取建設擋土墻、護坡等工程措施，加強水保功能，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遮蓋等相關措施，盡量減少水土流失。

表1 沿線土壤侵蝕現狀表

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

棄渣主要產生于路基、站場等工程的開挖。施工期，渣體結構疏松，土質濕軟、孔隙大，沒有植被防護，遇雨或洪水下泄時，易造成嚴重的沖溝侵蝕；同時，棄渣的堆放，棄渣體坡面容易失穩，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。鐵路運營期，棄渣場坡腳采取支擋防護工程措施和邊坡綠化措施，棄渣頂部復耕或綠化，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，使施工便道在機械輾壓的作用下，尤其在雨季時將產生新的水土流失，同時施工便道邊坡也增加水土流失。

2.1.6 施工生產生活區

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

2.2 擾動地表、損毀植被面積

本工程項目建設區的面積即為擾動地表的面積，根據項目主體工程相關技術資料，采取實地調查與量測圖紙相結合的方法，確定項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用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地和其他用地面積）共計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、水域及水利設施用地和其它用地等，棄渣場區工程土石方總量為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。經現場實地踏勘后，最終確定啟用原方案設計的（對應變化后的）1 處棄渣場，并另外重新選址了322 處棄渣場，實際共使用323 處棄渣場，消納棄渣總量6607.03 萬m3，實際總占地面積777.07 hm2，占地類型包括林地、耕地、水域及水利設施用地和其它用地等。

3 土壤流失量預測

3.1 預測單元

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

表2 程水土流失預測單元劃分表 單位：hm2

續表2

3.2 預測時段

依據《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433-2018），施工期為2019 年～2025 年。每個預測單元的預測時段按最不利情況考慮，超過雨季長度的按全年計，不超過雨季（項目區每年雨季為6 月～8 月）長度的按照所占雨季長度的比例計算，自然恢復期根據當地自然條件，本工程所在地為濕潤區，因此取2 年。

3.3 預測結果

土壤流失量預測按照下式計算。當預測單元土壤侵蝕強度恢復到原地貌土壤侵蝕模數以下時，不再計算。水土流失量公式：

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

①預測單元面積Fi的確定

預測單元面積Fji即為各工程單元水土流失面積。工程施工準備與施工期各工程單元水土流失面積合計為2588.14 hm2，自然恢復期各工程單元水土流失面積合計為1893.06 hm2。

②預測時間Tji的確定

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

③Mji的確定表示

Mji表示不同預測單元擾動后的土壤侵蝕模數；Mi0表示原生土壤侵蝕量。

本工程施工準備及施工期造成的水土流失面積為1742.87 hm2，自然恢復期水土流失面積為1271.35 hm2，水土流失預測時段由于主體工程施工時間不同而不同，各預測單元預測時間段見表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 工程水土流失預測匯總表

3.4 水土流失危害分析

經過現場勘踏和調查，本項目建設產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，主要為林地和其他用地，工程建設加劇項目區的水土流失，對沿線的農業生產、生活產生一定的不利影響；②工程施工占用土地、破壞地表植被，對沿線生態環境造成危害。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、運輸等造成的新的水土流失。

4 結語

經過實地踏勘調查，西延高鐵工程水土流失重點時段為施工期，水土流失重點部位為路基工程區、棄渣場區、橋涵工程區，水土流失重點部位也是水土保持監測和防治措施布設的重點部位。項目工程擾動地表面積1742.87 m2，損壞植被面積共計1142.67 m2。根據水力侵蝕強度和水土流失影響因子分析，本工程水土流失預測總量為79.23 萬t，新增水土流失量為60.7 萬t，在項目建設中，需采用水保措施盡量減少土地破壞。