蘭合鐵路水土流失分析與預測

張 帥

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西 西安 710043）

1 工程概況

1.1 項目基本情況

蘭合鐵路位于甘肅省境內,行經蘭州市、臨夏回族自治州和甘南藏族自治州。線路自西固城站西端設柳泉線路所引出,沿途經過蘭州市西固區、臨夏回族自治州、甘南藏族自治州,引入西寧至成都鐵路唐尕昂站,與西寧至成都鐵路共線至合作。蘭合鐵路線路全長183.326 km,其中利用蘭新線蘭州西至柳泉16.489 km,利用西寧至成都鐵路唐尕昂站至合作19.794 km,新建柳泉至唐尕昂正線長度147.417 km。本項目為新建雙線電氣化鐵路、鐵路等級為I 級、設計行車速度200 km/h（預留250 km/h）、電力機車牽引。新建正線長度147.417 km；新建正線路基（含站場）長度33.80 km；新建車站3 座（劉家峽站、臨夏站、雙城站）,利用接軌站2 座（西固城站、唐尕昂站）；新建正線橋梁33.91 km/44 座；箱形橋6524.5 頂平米/21 座,涵洞4310.36 橫延米/154 座；新建正線隧道79.885 km/20 座。引入蘭州樞紐柳泉疏解區的改建工程,改建蘭新下行線1.250 km,改建蘭新上行線1.032 km,改建北環上行貨線長度1.011 km。新建蘭州至中川機場鐵路與本線聯絡線工程,下行聯絡線長度3.937 km,上行聯絡線長度4.123 km。全線新建便道115.48 km,改擴建便道65.90 km；設鋪軌基地1 處、預制梁場3 處、混凝土拌合站30 處。

1.2 自然概況

項目區地貌類型為黃土高原河谷階地區、黃土高原低中山區和青藏高原中山峽谷區；全線水系屬于黃河水系,跨越的主要河流有黃河及其支流洮河、大夏河等；氣候類型屬大陸性溫帶內陸半干旱區向青藏高寒半濕潤區過渡的氣候特征,具有北部干燥、南部濕潤的高原地理自然環境。多年平均氣溫3.7℃～10.4℃,大于或等于10℃有效積溫1200℃～3244℃,多年平均蒸發量1061.4 mm～1628.5 mm,多年平均降水量292.0 mm～521.2 mm,無霜期177 天～279 天,年均風速0.8 m/s～3 m/s,最大積雪深度7 cm～23 cm,最大季節土壤凍結深度86 cm～127 cm,6 月～9 月為雨季；土壤類型主要有灌淤土、黃綿土、栗鈣土等；項目區表層土厚度在15 cm～45 cm不等；蘭州以南黃土丘陵區、干草原類型植被和矮半灌叢為主；臨夏自治州黃土丘陵區,多以退耕還林的次生林為主；夏河縣植被以高山草原和云杉、冷山林為主；全線植被覆蓋率約30%～40%。

2 水土流失現狀

蘭合鐵路線路所經區域地處黃土高原與青藏高原的過渡地帶,具有溫帶大陸性干旱區向青藏高寒半濕潤區過渡的氣候特征,降雨季節性分配不均,水土流失以水力侵蝕為主。根據甘肅省水利廳發布的2019 年度《甘肅省水土保持監測公報》中的監測結果,黃土高原河谷地區水土流失以輕度水土流失為主；黃土丘陵區中低山區以中度水土流失為主；青藏高原區以輕度侵蝕為主。

本次利用美國陸地資源衛星TM5 影像數據,參考工作區的地形圖、土地利用圖、植被類型圖及既有土壤侵蝕圖件,綜合分析項目區的風速、干燥度、濕潤指數及地形等專題資料,根據土壤侵蝕強度的分級指標,在ERDAS 和ARCGIS 等遙感和地理信息軟件支持下,綜合疊加分析鐵路沿線一定范圍內的土壤侵蝕類型和強度,得出本工程鐵路沿線土壤侵蝕現狀圖。項目區原生地表土壤侵蝕模數黃土高原河谷階地區2200 t/（km2·a）、黃土高原低中山區3200 t/（km2·a）、青藏高原中山峽谷區1000 t/（km2·a）。

圖1 蘭合鐵路土壤侵蝕現狀圖

3 土壤流失量預測

3.1 預測單元

根據工程建設中水土流失影響因素與不同區域水土流失的特點,依據水土流失防治分區,本次水土流失預測范圍劃分為路基工程區、站場工程區、橋梁工程區、隧道工程區、改移工程區、棄渣場區、取土場區、施工便道區及施工生產生活區等9 個預測單元。預測范圍面積見表1。

表1 水土流失預測范圍面積

續表1

3.2 預測時段

路基工程水土流失主要發生在土石方工程挖填作業階段,路基工程于施工準備期后建設,施工期27 個月,預測時段按2.3 年計算；站場工程與路基工程同時開工,站場施工期水土流失主要為土石方工程,預測時段按2.3 年計算；橋梁工程區水土流失主要發生在橋梁下部基坑開挖階段,施工準備結束后進場地,施工期按51 個月考慮,施工期預測時段取4.3 年；改移道路在施工結束后才進行恢復,其預測時段6.0 年計列；隧道工程施工期為57 個月,因此水土流失預測時段按5.0 年計；取土場主要用于路基和站場填筑階段,水土流失預測時段按最不利條件預測,確定為2.3 年；棄渣場水土流失預測時段按最不利條件預測,確定為6.0 年；施工便道在施工結束后才進行恢復,其預測時段6.0 年計列；施工生產生活區發生水土流失主要時期為建設期,建設期結束后場地基本硬化無水土流失,因此,其預測時段取6.0 年。根據本工程特點,根據項目區降雨情況和干燥度項目區氣候類型屬于半干旱區,自然恢復期按5 年考慮。

3.3 擾動后土壤侵蝕模數

根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》（SL 773-2018）確定項目區擾動后土壤侵蝕模數值。擾動后土壤侵蝕模數根據預測單元分別確定,受到下墊面工程擾動形態、擾動程度、上方有無來水等因素影響。結合項目區的地形地貌、氣候、植被、土壤等水土流失影響因子特性,不同預測單元土壤流失類型劃分及土壤流失測算。擾動后土壤侵蝕模數見表2。

3.4 預測結果

基于預測面積、預測時段及土壤侵蝕模數值,計算土壤流失總量及新增土壤流失量。

預測時段內擬采用的數學模型法計算公式如下：

式中：W為土壤流失量,t；j為預測時段,j=1,2,即施工期（含施工準備期）和自然恢復期兩個時段；i為表示預測單元,i=1、2、3……、n；Fji為第j預測時段、第i預測單元的面積,km2；Mji為第j預測時段、第i預測單元的土壤侵蝕模數,t/（km2·a）；Tji為第j預測時段、第i預測單元的預測時段長,a。

在不采取防護措施的情況下,本項目可能造成的水土流失總量為22.19 萬t,原地貌水土流失量11.18 萬t,新增水土流失量11.01 萬t,其中路基增加0.82 萬t,隧道增加0.14 萬t,橋梁增加0.72 萬t,站場增加0.42 萬t,改移工程增加0.37 萬t,取土場增加0.25 萬t,棄渣場增加6.10 萬t,便道增加1.06 萬t,施工生產生活區增加1.14 萬t。

4 結語及建議

根據水土流失預測分析結果,工程建設過程中將產生一定的水土流失,項目分區采用邊坡防護、截排水、臨時攔擋、苫蓋措施、綠化措施,以有效控制項目建設所帶來的水土流失量。對棄渣場、便道、及施工生產生活區水土流失的重點區域,在水土保持措施布設時,應進行重點考慮和布設。

本文通過對蘭合鐵路各防治分區水土流失量的預測分析,旨在為后期開展類似項目水土保持防治等工作提供參考,特別是要高度重視臨時工程水土流失防治措施的有效落實。