兰合铁路水土流失分析与预测

张 帅

（中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安 710043）

1 工程概况

1.1 项目基本情况

兰合铁路位于甘肃省境内,行经兰州市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州。线路自西固城站西端设柳泉线路所引出,沿途经过兰州市西固区、临夏回族自治州、甘南藏族自治州,引入西宁至成都铁路唐尕昂站,与西宁至成都铁路共线至合作。兰合铁路线路全长183.326 km,其中利用兰新线兰州西至柳泉16.489 km,利用西宁至成都铁路唐尕昂站至合作19.794 km,新建柳泉至唐尕昂正线长度147.417 km。本项目为新建双线电气化铁路、铁路等级为I 级、设计行车速度200 km/h（预留250 km/h）、电力机车牵引。新建正线长度147.417 km；新建正线路基（含站场）长度33.80 km；新建车站3 座（刘家峡站、临夏站、双城站）,利用接轨站2 座（西固城站、唐尕昂站）；新建正线桥梁33.91 km/44 座；箱形桥6524.5 顶平米/21 座,涵洞4310.36 横延米/154 座；新建正线隧道79.885 km/20 座。引入兰州枢纽柳泉疏解区的改建工程,改建兰新下行线1.250 km,改建兰新上行线1.032 km,改建北环上行货线长度1.011 km。新建兰州至中川机场铁路与本线联络线工程,下行联络线长度3.937 km,上行联络线长度4.123 km。全线新建便道115.48 km,改扩建便道65.90 km；设铺轨基地1 处、预制梁场3 处、混凝土拌合站30 处。

1.2 自然概况

项目区地貌类型为黄土高原河谷阶地区、黄土高原低中山区和青藏高原中山峡谷区；全线水系属于黄河水系,跨越的主要河流有黄河及其支流洮河、大夏河等；气候类型属大陆性温带内陆半干旱区向青藏高寒半湿润区过渡的气候特征,具有北部干燥、南部湿润的高原地理自然环境。多年平均气温3.7℃～10.4℃,大于或等于10℃有效积温1200℃～3244℃,多年平均蒸发量1061.4 mm～1628.5 mm,多年平均降水量292.0 mm～521.2 mm,无霜期177 天～279 天,年均风速0.8 m/s～3 m/s,最大积雪深度7 cm～23 cm,最大季节土壤冻结深度86 cm～127 cm,6 月～9 月为雨季；土壤类型主要有灌淤土、黄绵土、栗钙土等；项目区表层土厚度在15 cm～45 cm不等；兰州以南黄土丘陵区、干草原类型植被和矮半灌丛为主；临夏自治州黄土丘陵区,多以退耕还林的次生林为主；夏河县植被以高山草原和云杉、冷山林为主；全线植被覆盖率约30%～40%。

2 水土流失现状

兰合铁路线路所经区域地处黄土高原与青藏高原的过渡地带,具有温带大陆性干旱区向青藏高寒半湿润区过渡的气候特征,降雨季节性分配不均,水土流失以水力侵蚀为主。根据甘肃省水利厅发布的2019 年度《甘肃省水土保持监测公报》中的监测结果,黄土高原河谷地区水土流失以轻度水土流失为主；黄土丘陵区中低山区以中度水土流失为主；青藏高原区以轻度侵蚀为主。

本次利用美国陆地资源卫星TM5 影像数据,参考工作区的地形图、土地利用图、植被类型图及既有土壤侵蚀图件,综合分析项目区的风速、干燥度、湿润指数及地形等专题资料,根据土壤侵蚀强度的分级指标,在ERDAS 和ARCGIS 等遥感和地理信息软件支持下,综合叠加分析铁路沿线一定范围内的土壤侵蚀类型和强度,得出本工程铁路沿线土壤侵蚀现状图。项目区原生地表土壤侵蚀模数黄土高原河谷阶地区2200 t/（km2·a）、黄土高原低中山区3200 t/（km2·a）、青藏高原中山峡谷区1000 t/（km2·a）。

图1 兰合铁路土壤侵蚀现状图

3 土壤流失量预测

3.1 预测单元

根据工程建设中水土流失影响因素与不同区域水土流失的特点,依据水土流失防治分区,本次水土流失预测范围划分为路基工程区、站场工程区、桥梁工程区、隧道工程区、改移工程区、弃渣场区、取土场区、施工便道区及施工生产生活区等9 个预测单元。预测范围面积见表1。

表1 水土流失预测范围面积

续表1

3.2 预测时段

路基工程水土流失主要发生在土石方工程挖填作业阶段,路基工程于施工准备期后建设,施工期27 个月,预测时段按2.3 年计算；站场工程与路基工程同时开工,站场施工期水土流失主要为土石方工程,预测时段按2.3 年计算；桥梁工程区水土流失主要发生在桥梁下部基坑开挖阶段,施工准备结束后进场地,施工期按51 个月考虑,施工期预测时段取4.3 年；改移道路在施工结束后才进行恢复,其预测时段6.0 年计列；隧道工程施工期为57 个月,因此水土流失预测时段按5.0 年计；取土场主要用于路基和站场填筑阶段,水土流失预测时段按最不利条件预测,确定为2.3 年；弃渣场水土流失预测时段按最不利条件预测,确定为6.0 年；施工便道在施工结束后才进行恢复,其预测时段6.0 年计列；施工生产生活区发生水土流失主要时期为建设期,建设期结束后场地基本硬化无水土流失,因此,其预测时段取6.0 年。根据本工程特点,根据项目区降雨情况和干燥度项目区气候类型属于半干旱区,自然恢复期按5 年考虑。

3.3 扰动后土壤侵蚀模数

根据《生产建设项目土壤流失量测算导则》（SL 773-2018）确定项目区扰动后土壤侵蚀模数值。扰动后土壤侵蚀模数根据预测单元分别确定,受到下垫面工程扰动形态、扰动程度、上方有无来水等因素影响。结合项目区的地形地貌、气候、植被、土壤等水土流失影响因子特性,不同预测单元土壤流失类型划分及土壤流失测算。扰动后土壤侵蚀模数见表2。

3.4 预测结果

基于预测面积、预测时段及土壤侵蚀模数值,计算土壤流失总量及新增土壤流失量。

预测时段内拟采用的数学模型法计算公式如下：

式中：W为土壤流失量,t；j为预测时段,j=1,2,即施工期（含施工准备期）和自然恢复期两个时段；i为表示预测单元,i=1、2、3……、n；Fji为第j预测时段、第i预测单元的面积,km2；Mji为第j预测时段、第i预测单元的土壤侵蚀模数,t/（km2·a）；Tji为第j预测时段、第i预测单元的预测时段长,a。

在不采取防护措施的情况下,本项目可能造成的水土流失总量为22.19 万t,原地貌水土流失量11.18 万t,新增水土流失量11.01 万t,其中路基增加0.82 万t,隧道增加0.14 万t,桥梁增加0.72 万t,站场增加0.42 万t,改移工程增加0.37 万t,取土场增加0.25 万t,弃渣场增加6.10 万t,便道增加1.06 万t,施工生产生活区增加1.14 万t。

4 结语及建议

根据水土流失预测分析结果,工程建设过程中将产生一定的水土流失,项目分区采用边坡防护、截排水、临时拦挡、苫盖措施、绿化措施,以有效控制项目建设所带来的水土流失量。对弃渣场、便道、及施工生产生活区水土流失的重点区域,在水土保持措施布设时,应进行重点考虑和布设。

本文通过对兰合铁路各防治分区水土流失量的预测分析,旨在为后期开展类似项目水土保持防治等工作提供参考,特别是要高度重视临时工程水土流失防治措施的有效落实。