西延高铁水土流失预测分析

成永斌

（陕西省洛川县水土保持工作队，陕西 洛川 727400）

0 引言

西延高铁是陕西省米字型高铁网主骨架中的西安通往延安的高铁重要线路。线路自西安东站北端引出，向北经延安市洛川县等4 市14 县区，正线全长286.954 km，速度目标值350 km/h。工程途径渭北旱塬和黄土高原区，生态环境脆弱，若工程建设中水土保持措施不到位，将淤塞河流，对当地造成严重的水土流失危害。为了保护生态环境，做好项目建设区水土保持工作，需对项目建设可能产生的水土流失进行预测。

1 水土流失现状

项目位于渭北旱塬和黄土高原地带，主要为低、中山丘陵区地貌。水土流失类型以风力和水力侵蚀为主。为全面反映西延高铁水土流失现状，通过现场调查和影像解译，综合叠加分析铁路沿线300 m 范围内的土壤侵蚀强度，项目区内水土流失面积比例在50%左右。水土流失面积中，以轻度流失为主，中度流失比例较小。随着近年来实施退耕还林、封山育林的力度逐渐加强，水土流失得到有效的控制和改善。沿线土壤侵蚀见表1。

据统计，项目工程区扰动土地总面积1742.87 hm2，水土流失面积1689.54 hm2，占总面积的96.94%。其中年土壤侵蚀总量26303.41 t，平均土壤侵蚀模数1509.21 t/（km2·a）。

2 水土流失影响因素分析

2.1 工程建设对水土流失的影响

2.1.1 路基、站场工程

在路基、站场施工期中，会对项目区原地表进行开挖、填筑，势必会压埋和损坏地原原有植被，破坏原有地貌和水土保持结构，造成一定的水土流失。同时，路基的施工也会直接破坏原有地貌和植被，使地表土壤的抗冲蚀能力降低，增加了水土流失产生的几率。施工完成后，采取建设挡土墙、护坡等工程措施，加强水保功能，可使水土流失得到有效控制。

2.1.2 桥涵工程

开挖较深，在修筑时对地表扰动破坏较大。特别是在雨季，易受河流、溪沟洪水及雨水冲刷，容易加大水土流失，所以在施工时要加强遮盖等相关措施，尽量减少水土流失。

表1 沿线土壤侵蚀现状表

2.1.3 改移工程

沟渠的修建将扰动地表，改变地表原有的植被、地形地貌，尤其在雨季时将产生新的水土流失，同时改移道路边坡也增加水土流失。

2.1.4 弃渣场

弃渣主要产生于路基、站场等工程的开挖。施工期，渣体结构疏松，土质湿软、孔隙大，没有植被防护，遇雨或洪水下泄时，易造成严重的冲沟侵蚀；同时，弃渣的堆放，弃渣体坡面容易失稳，特别是暴雨期间容易受到雨水冲刷而形成泥石流、滑坡等。弃渣场需要占用林地和耕地、裸地等。铁路运营期，弃渣场坡脚采取支挡防护工程措施和边坡绿化措施，弃渣顶部复耕或绿化，水土流失将得到有效控制。

2.1.5 施工便道

本线既有交通状况较差，需新建和改建施工便道226.09 km，同时施工便道的修建将扰动地表，改变地表原有的植被、地形地貌，使施工便道在机械辗压的作用下，尤其在雨季时将产生新的水土流失，同时施工便道边坡也增加水土流失。

2.1.6 施工生产生活区

施工临时占地区主要有铺轨基地、制（存）梁场、施工营地、施工场地等临时用地区域。施工营地和施工场地等临时工程在施工准备期均将进行场地平整，损坏原地貌形态，在恢复之前易受到雨水冲刷，产生水土流失。

2.2 扰动地表、损毁植被面积

本工程项目建设区的面积即为扰动地表的面积，根据项目主体工程相关技术资料，采取实地调查与量测图纸相结合的方法，确定项目工程扰动地表面积1742.87 m2。其中永久占地面积1271.54 m2，临时占地面积471.33 hm2。损坏植被面积（扣除住宅用地、公共管理与公共服务用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他用地面积）共计1142.67m2。

2.3 弃土（石、渣）量

全线总占地面积1742.87 hm2。占地类型包括林地、耕地、水域及水利设施用地和其它用地等，弃渣场区工程土石方总量为10295.70 万m3，其中挖方总量8768.02 万m3、填方总量1527.68 万m3。城市固废消纳场消纳弃渣443.92 万m3，综合利用254.54 万m3，变更后工程永久弃渣量6607.03 万m3。经现场实地踏勘后，最终确定启用原方案设计的（对应变化后的）1 处弃渣场，并另外重新选址了322 处弃渣场，实际共使用323 处弃渣场，消纳弃渣总量6607.03 万m3，实际总占地面积777.07 hm2，占地类型包括林地、耕地、水域及水利设施用地和其它用地等。

3 土壤流失量预测

3.1 预测单元

水土流失预测的范围是主体工程施工扰动地表范围，共计1742.87 hm2。由于不同地貌类型土壤侵蚀强度不一，根据地貌为低、中山丘陵区进行预测，根据工程特性，本项目区划分为8 个一级预测单元：路基工程区、隧道工程区、桥涵工程区、站场工程区、改移工程区、弃渣场区、施工生产生活区和施工便道区。根据扰动方式、扰动后地表的物质组成、气象特征等相近的原则划分一般扰动地表区、工程开挖面和工程堆积体3 个二级预测单元，见表2。

表2 程水土流失预测单元划分表 单位：hm2

续表2

3.2 预测时段

依据《生产建设项目水土保持技术标准》（GB 50433-2018），施工期为2019 年～2025 年。每个预测单元的预测时段按最不利情况考虑，超过雨季长度的按全年计，不超过雨季（项目区每年雨季为6 月～8 月）长度的按照所占雨季长度的比例计算，自然恢复期根据当地自然条件，本工程所在地为湿润区，因此取2 年。

3.3 预测结果

土壤流失量预测按照下式计算。当预测单元土壤侵蚀强度恢复到原地貌土壤侵蚀模数以下时，不再计算。水土流失量公式：

式中：W 为扰动地表土壤流失量，t；j 为预测时段，1、2 即指施工期（含施工准备期）和自然恢复期；i 为预测单元，1，2，3，……，n-1，n；Fji为第j 个预测时段、第i 预测单元的面积，km2；Mji为第j 个预测时段、第i 预测单元的土壤侵蚀模数，t/（km2·a）；Tji为第j 个预测时段、第i 预测单元的预测时段长，a。

①预测单元面积Fi的确定

预测单元面积Fji即为各工程单元水土流失面积。工程施工准备与施工期各工程单元水土流失面积合计为2588.14 hm2，自然恢复期各工程单元水土流失面积合计为1893.06 hm2。

②预测时间Tji的确定

预测时间Tji即为各工程单元水土流失预测时段，分施工准备与施工期、自然恢复期（2a）两大时段。

③Mji的确定表示

Mji表示不同预测单元扰动后的土壤侵蚀模数；Mi0表示原生土壤侵蚀量。

本工程施工准备及施工期造成的水土流失面积为1742.87 hm2，自然恢复期水土流失面积为1271.35 hm2，水土流失预测时段由于主体工程施工时间不同而不同，各预测单元预测时间段见表3。地表扰动后水土流失量为79.23 万t，新增水土流失量为60.7 万t，见表3。

表3 工程水土流失预测汇总表

3.4 水土流失危害分析

经过现场勘踏和调查，本项目建设产生的水土流失主要是施工扰动及弃渣，其危害主要为：①线路、路基和桥涵穿过两侧，主要为林地和其他用地，工程建设加剧项目区的水土流失，对沿线的农业生产、生活产生一定的不利影响；②工程施工占用土地、破坏地表植被，对沿线生态环境造成危害。三是降低土壤肥力，造成土壤贫瘠；③临时场地的水土流失影响。如表土剥离、临时堆土、植被破坏、运输等造成的新的水土流失。

4 结语

经过实地踏勘调查，西延高铁工程水土流失重点时段为施工期，水土流失重点部位为路基工程区、弃渣场区、桥涵工程区，水土流失重点部位也是水土保持监测和防治措施布设的重点部位。项目工程扰动地表面积1742.87 m2，损坏植被面积共计1142.67 m2。根据水力侵蚀强度和水土流失影响因子分析，本工程水土流失预测总量为79.23 万t，新增水土流失量为60.7 万t，在项目建设中，需采用水保措施尽量减少土地破坏。