扰动指数方法在兰渝铁路水土保持监测中的应用

杨靖文

（甘肃省水土保持科学研究所，730030，兰州）

生产建设项目在前期可研阶段的水土保持方案编制以及施工阶段水土流失防治工作中，均需确定水土流失重点区域，以确保水土流失防治工作有的放矢。目前通常采用生产建设项目各水土流失分区 （或侵蚀单元）在施工期和自然恢复期造成的土壤侵蚀量及新增土壤侵蚀量占土壤侵蚀总量及新增土壤侵蚀总量的比例来确定，这种方法主要反映了土壤侵蚀量绝对量的大小，在一定程度上反映了生产建设项目扰动后的水土流失情况。但在相对程度上，尤其是对扰动强度反映不足，不能完全真实地反映扰动变化情况。本文以兰渝铁路甘肃段工程水土流失监测为例，采用扰动指数确定水土流失重点区域。

一、兰渝铁路甘肃段工程及施工扰动概况

兰渝铁路在甘肃境内长436 km，跨越黄河、长江两大流域，穿越黄土丘陵区和西秦岭土石山区两大地貌类型区，连接兰州、定西、陇南三市十县区。截至2014年年底，施工扰动面积 2 322.87 hm2（见表 1）。

工程施工中，由于局部改线及可研设计深度影响，《新建铁路兰州至重庆线水土保持方案报告书》（以下简称兰渝铁路水保方案）对长隧道施工斜井估算不足，原确定的弃渣场位置、弃渣量有一定变化，取土场有较大变化。同时，工程前期以隧道施工为主，2010年后才逐渐开工建设路基、站场工程，导致兰渝铁路水保方案拟定的土石方调配计划部分不能实现，造成取、弃土量的增加和取、弃土场的增加 （其对比情况见表2），原设计的水土流失防治措施体系和监测方案不能完全满足水土流失防治工作需要。

二、施工扰动特点

路基施工为全面开挖、碾压扰动。在基础施工期间扰动面全部裸露，基础完工后通过修筑防护设施、整治边坡以及铺道碴、铺轨，仅剩路肩及部分边坡裸露。经调查，最终裸露面45%左右。

站场施工同样为全面开挖、碾压扰动。在基础施工期间扰动面全部裸露，基础完工后通过修筑防护设施、站场各类设施以及铺道碴、铺轨、绿化，地面基本全部硬化、铺砌砖块、覆盖道碴。经调查，最终裸露面仅有2%左右。

桥梁工程施工为桩基开挖、场地占压扰动。由于工程桥梁跨越的河、沟除了黄河、洮河、白龙江等大江大河外，其余均水量较小、河床较窄，或者是季节性河流、干沟，桥梁施工时除桩基范围开挖扰动，整个桥梁地面范围都因车辆走动、桥梁材料堆放等原因事实上被占压扰动。施工期间扰动面全部裸露，桥梁建成后除桩基占地外，其余扰动面仍然裸露。经调查，最终裸露面达98%左右。

隧道、斜井施工主要是洞口工作面开挖平整及洞渣运输扰动。洞口工作面与隧道施工场地形成一个整体隧道施工生产区，无须单独划分隧道占地面积。隧道洞口工作面形成期间扰动面全部裸露，工作面形成后由于建设隧道施工安全、检查、保卫、车辆停放场地等，部分区域硬化处理或被各类构建筑物遮盖。隧道主体工程完工后，随着各类临建物被拆除，洞口施工工作面重新全部裸露。

弃土（渣）场为弃渣堆放造成的扰动，包括弃土（石、渣）在渣场内的倒运、堆放、碾压。经调查，弃土（石、渣）开始时扰动面全裸露，随着挡渣墙、截排水沟的建成，除了已做他途的渣场外，最终裸露面为95%左右。

取土场为取土活动造成的扰动，包括取土场内开挖、装运等。经调查，除了已做他途的取土场外，最终裸露面基本为100%。

施工便道主要为道路修整平整、车辆行驶造成的扰动。兰渝铁路甘肃段工程沿线交通运输条件较差，路基、隧道、桥梁等工程施工多处需要新修便道或修整原有乡村道路与既有公路相接，以满足施工要求。施工便道一般为土路面，修整过程中不可避免地扰动、破坏原地表形态，并且路基挖高填低过程中有土石方的倒运、平整碾压等，车辆行驶中还有撒落的土石方、碾压扬尘等。经调查，从开始修整、使用到施工结束全过程扰动范围均全裸露。

施工场地主要是施工前场地平整及施工过程中材料、设备堆放及各类加工活动、车辆行驶等造成的扰动。施工场地包括各作业点的各类材料堆放场、搅拌站、钢筋加工场、模具加工场、各类机械停放场地、施工车辆机具维修场地、各类库房等生产临时占地及施工人员办公、生活场所临时占地。施工场地随施工标段及施工需要设置，一般每个标段、每个施工队伍都会设置各自施工场地，每个隧道、斜井、大中型桥梁、路基施工点也会设置施工场地。因此，线性工程施工场地的施工扰动在工程前期可研阶段水土保持方案编制中是最难估算的。施工场地需要在施工前搭建完成。经调查，施工场地建设开始时全部裸露，建成后部分区域硬化处理或被各类构建筑物遮盖，此期间裸露面为35%左右。主体工程完工后，随着各类临建物被拆除，除了用做他途，施工场地将重新全部裸露。

表1 兰渝铁路甘肃段工程分区扰动面积

表2 兰渝铁路甘肃段工程可研阶段水土保持方案设计扰动与施工实际扰动情况对比

表3 工程扰动指数计算结果

三、水土流失重点区域

水土流失重点区域，是指与背景侵蚀量对比，因施工活动造成的土壤侵蚀量明显增大、水土流失潜在危害显著的区域。表现为4个方面：①扰动后侵蚀情况，采用扰动后土壤侵蚀变化比例表示；②扰动持续性，采用扰动时间比例表示；③扰动造成土壤侵蚀的区域，采用扰动后土壤侵蚀面积比例表示；④水土流失潜在危害。

以上前3项为生产建设项目施工扰动强度，采用扰动指数表示。在假定弃土（石、渣）场均安全、稳定的前提下，则施工扰动强度能够完全反映出水土流失重点区域。

式中，i为扰动指数；Mi为扰动后土壤侵蚀变化比例，Mi＝（M－M0）/M；M 为扰动后土壤侵蚀模数，t/（a·km2）；M0为侵蚀模数背景值，t/（a·km2）；Ti为扰动时间比例，Ti＝t/T；t为扰动时间，a；T为施工总工期，a，为9年；Si为扰动后土壤侵蚀面积比例，逐年计算，加权平均，Si＝s/S；s 为扰动后土壤侵蚀面积，以裸露面积计算，hm2；S为施工扰动总面积，hm2。

按照以上方法对兰渝铁路甘肃段施工扰动情况计算，结果见表3。由于各种原因，各水土流失分区（或扰动单元）施工扰动强度均不相同，超过平均施工扰动强度的区域就是要重点防治的区域，即水土流失重点区域。计算结果显示，扰动指数从大到小排序依次为：弃土（渣）场、施工便道、桥梁、取土场、站场、路基、施工场地，其中弃土（渣）场、施工便道、桥梁扰动指数值均超过了平均值，说明弃土（渣）场、施工便道、桥梁为水土流失重点区域。兰渝铁路甘肃段工程西秦岭土石山区扰动指数值大于黄土丘陵区扰动指数值，说明施工造成的扰动强度西秦岭土石山区要大于黄土丘陵区。兰渝铁路甘肃段工程水土流失监测结果显示，弃土（渣）场是造成水土流失最为严重的区域，施工便道和桥梁造成的水土流失影响及危害也明显高于站场、路基和施工场地；取土场在取土期间造成的水土流失比较严重，但因取土时间相对较短，从整个总工期来看影响一般。综上可知，分析结果与工程建设过程中造成的水土流失影响基本一致，说明采用扰动指数确定水土流失重点区域的方法可行。

四、结 论

扰动指数综合反映了生产建设项目施工扰动后造成的土壤侵蚀变化、扰动时长、扰动造成的土壤侵蚀范围，避免了单一因素决定判断结果的情况。兰渝铁路建设过程中，在假定弃土（石、渣）场均安全、稳定的前提下，利用扰动指数确定了弃土（渣）场、施工便道、桥梁为水土流失重点区域，西秦岭土石山区施工造成的扰动强度和土壤侵蚀程度大于黄土丘陵区。该方法结果比较客观，不仅适用于生产建设项目施工期水土保持工作，也适用于项目前期可研阶段的水土保持方案编制工作。 ■

[1]甘肃省水土保持科学研究所.兰渝铁路甘肃段工程2009—2014年水土保持监测总结报告[R].2014.

[2]中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路兰州至重庆线水土保持方案报告书[R].2008.

[3]姜德文.开发建设项目水土流失影响度评价方法研究[J].中国水土保持科学，2007(2).