荒漠草原区铁路工程野生动物保护方案设计——以新建淖毛湖至将军庙铁路为例

张 颖

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

荒漠草原区铁路工程受地形地貌、工程投资等因素控制,多以路基工程为主,由于线路所在区域地广人稀,铁路具有线路长、路基多的特点。同时,受长期的自然历史演变影响,区域野生动植物具有生物多样性少、植被盖度低等特征[1-3]。因此,大量的路基工程穿越广袤的荒漠草原区域,其对野生动物,尤其是大型有蹄类野生动物的阻隔影响十分显著。

在减少交通设施对野生动物影响的相关研究和保护实践中,野生动物通道及防护围栏的作用最为明显。CLEVENGER等发现,1998年美加高速公路上建成22处下方通道和2座上方通道,使公园内野生动物交通死亡率下降80%[4];FOSTER等认为没有一种野生动物通道可以满足所有种类野生动物的需求[5];FRIEDMAN在荷兰建立的Ecoducts 野生动物通道已成功被多种野生动物所使用[6];MATA认为通道设置要事先考虑到各种影响其使用率的因素,如通道的形式、长度、直径等[7]。我国青藏铁路、明哈高速公路和红淖铁路等线性工程针对藏羚羊、蒙古野驴等野生动物开展野生动物通道设置,取得了一定的成效,但业内暂未形成统一的设计标准。

新建铁路淖毛湖至将军庙线位于新疆维吾尔自治区东北部的哈密市和昌吉州,工程主要以路基形式走行于荒漠草原区,工程建设对于铁路沿线有蹄类野生动物的日常活动影响较大。因此,提出切实可行的野生动物保护设计方案,是该铁路生态文明建设的关键。

1 工程及环境概况

1.1 工程概况

新建铁路淖毛湖至将军庙铁路自红淖铁路白石湖南站引出,沿天山北麓向西,经伊吾县、巴里坤县、木垒县、奇台县及准东经济技术开区,引入乌将铁路将军庙站,连通兰新铁路、额哈铁路,形成出疆北部新通道。

工程正线长度为430.089 km。全线特大桥、大中桥长14.158 km,路基段长416.069 km。全线共分布车站27处(含既有站)。

1.2 环境概况

工程沿线地势总体呈南高北低的地貌特征,可分为淖毛湖盆地山前倾斜冲、洪积平原区,三塘湖盆地山前倾斜洪积平原区,准噶尔盆地东缘洪积平原区、准噶尔盆地边缘剥蚀丘陵区、准噶尔盆地洪积平原区。

受区域气候、土壤等条件的影响,该段铁路沿线地区盐生、旱生植物种类分布较多,以灌木、半灌木以及草甸、草原植物居多,乔木类植物缺乏,植物种类组成较为简单。

1.3 野生动物分布

(1)重点保护野生动物

工程涉及的重点保护目标为设计线路沿线分布的国家级和自治区级保护野生动物及其栖息地。根据野生动物生物和生态学特性,最易受工程阻隔影响的为沿线的非飞行物种,特别是对人类干扰反应敏感且种群数量少且分布局限性的大、中型保护哺乳动物。根据设计线路沿线野生动物分布历史与现状,确定本工程的重点保护目标物种为：国家一级重点保护野生动物蒙古野驴、北山羊;国家二级重点保护野生动物盘羊、鹅喉羚、猞猁、兔狲;新疆维吾尔自治区级保护野生动物沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬。

根据现状调查、走访及资料查阅[8-10],工程沿线重点保护目标野生动物分布见图1。

图1 铁路沿线重点保护目标分布Fig.1 Distribution of the key protected targets along the railway

(2)野生动物资源划分

项目区域可划分为5个地貌单元,但整体属于典型的荒漠和半荒漠,虽然存在低山丘陵,但相对海拔小、无显著的地理阻隔、植被组成简单。从动物地理区系成分而言,在5个地貌单元之间物种的组成差异并不显著。荒漠区域动物物种组成简单,丰富度相对较低,而分布范围大。沿线受铁路工程影响的主要野生动物保护目标见表1。

表1 各地貌单元内的植被类型和动物保护目标分布

2 工程对野生动物的环境影响

2.1 施工期影响

(1)改变动物栖息地环境

铁路施工期临时用地包括施工便道、取土以及工程人员生活占地等,施工期临时占地内的施工行为、施工车辆和设备运行及其人员生产生活期间的三废排放,将改变野生动物生境的理化环境,并且范围将超过施工范围。

(2)对动物活动的阻隔

铁路工程施工对动物活动最早的阻隔效应开始于施工便道的建成。本工程施工便道采用砂石路面,不建设永久的路基结构,因此对动物的物理阻隔作用并不强烈。

随着铁路路基工程在建设过程中逐步增高,路基对动物的阻隔作用不断增加。一方面动物对新建成的人为结构还很陌生,存在畏惧心理;另一方面施工活动惊扰了动物,使动物警戒增强,回避施工区域[11-13]。

2.2 运营期

设计线路路基长度为416.069 km,呈条带状永久占地,由于线路穿越区域为植被稀疏的荒漠和半荒漠区域,占用土地内的植被损失量并不大,对影响范围内的各类植物食性动物的食物资源影响有限。设计线路未直接占用动物水源地,仅跨越几条季节性河流的河床,且均以桥梁形式跨越。因此,路基对动物栖息地最主要的影响是线性切割作用,使动物栖息地破碎化加剧。

路基对于长期生活在开阔环境的大、中型野生动物阻隔作用较为明显[14-15],特别是日间活动的物种,如设计线路沿线的蒙古野驴、鹅喉羚等有蹄动物。

3 野生动物保护措施设计

铁路工程对野生动物的主要影响在于路基对于荒漠草原区的分割,进而对沿线野生动物的阻隔影响。因此,该区域野生动物保护措施主要为结构性措施中的野生动物通道及防护围栏设置,同时,利用铁路施工结束后的既有取土坑设置人工饮水点,构建一套无需维护,长期有效的有蹄类野生动物通道及饮水系统。

3.1 野生动物通道设计

(1)目标物种确定

结合区域野生动物调查及资料分析,工程沿线重点保护的目标物种为体型相对较大,容易被路基阻隔的野生动物,主要有蒙古野驴、北山羊、盘羊、鹅喉羚等。

(2)野生动物通道类型比选

野生动物通道类型主要有上跨式通道和下方通道(桥梁和涵洞)。淖毛湖至将军庙铁路为电气化铁路,根据TB10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》要求,铁路上方接触网高度一般为6 m,电力线净空要求为3 m以上,接触网净空要求为0.5 m以上。根据以上对比结果,考虑铁路运营安全性问题,结合工程沿线总体平缓的地形地貌,不宜设置上跨式通道,因此,专用野生动物通道采用下方通道。

(3)野生动物通道设计

关于野生动物通道的设计参数,目前国内外相关研究领域都没有固定的标准,主要依靠早期设置的案例经验,通过投入运营后的监测进行优化和调整。

①通道位置和间距

野生动物通道设置的间距主要根据目标动物栖息地生境异质性、地形和小气候差异、动物分布密度、活动能力和范围、河流和水源分布与动物取水路线、季节性迁移路线、距离城镇、农田、居民点、站点和其他交通设施的距离等因素设置[16-17]。原则是：尽量覆盖不同的栖息地植被类型;选择沟谷、低洼等水源和植被相对丰富的区域;设置在河流、水源附近或动物取水路线上;对于有季节性迁移的物种设置于其迁移通道内;通道设置需绕避可能影响其使用率的人为干扰区域,包括城镇、农田、居民点,铁路站点、道路交叉区域等;在物种不同分布密度区域可采用不同间距设置。

本工程区域为开阔干旱荒漠和半荒漠生境,生境异质性低。区域内目标物种分布密度不高,且有大范围漫游的特点。对于数量较大的鹅喉羚等,中高密度区域通道间距取10 km;根据地形和水源条件调整,非等距设置;对于活动能力强、范围广的蒙古野驴、猞猁等,通道间距取15 km;对于山地活动的盘羊、北山羊等野生动物集中分布的区域及铁路沿线涉及的野生动物季节性迁移的区域,通道间距控制在10 km。

②通道技术参数

本工程中野生动物通道参数的设置主要参考《北美公路野生动物通道设计和评价指南》。该指南针对不同物种的生物和生态学特性对通道参数的设置提出建议指标。在此基础上,针对本工程沿线分布的有蹄类动物的体型大小和其生物和生态学特性,参考同区域内明哈高速公路和红淖铁路的通道设置标准,本工程通道设置技术参数为：蒙古野驴和北山羊等大型哺乳动物的野生动物通道,建议通道宽度为16 m,高度为4.5 m;鹅喉羚等动物设置的通道建议宽度为10 m,高度为4.0 m;在蒙古野驴和北山羊等可能集群迁移和多种保护目标集中活动的区域和国家级自然保护区重点保护野生动物栖息地,建议通道宽度设置至16 m,高度为4.5 m。

经过同区域内其他线性工程野生动物通道设计标准相比较,本工程针对各种目标物种所设置的动物通道标准均有不同程度的提高,同区域线性工程野生动物通道设计标准对比见表2。

表2 同区域线性工程野生动物通道设计标准对比

根据青藏铁路野生动物通道设置及生态保护调研[18-21],当桥梁净空高度控制在8～10 m,单孔径跨度大于30 m,桥梁长度大于300 m,并在桥梁附近利用取弃土坑设置人工饮水点时,野生动物会频繁穿越铁路,并迅速适应通道。本工程可结合地形地貌条件适当设计。

(4)野生动物通道设置方案

为进一步增加野生动物的可通过性,根据铁路沿线鹅喉羚、蒙古野驴、盘羊和北山羊的历史分布和现状调查,结合线路既有桥涵设计引用或优化,共设置野生动物通道52处。考虑卡山自然保护区野生动物东移趋势,在52处桥梁通道中,结合既有桥梁分布情况,全线参照青藏铁路,设置4处高标准野生动物通道,重点在卡山东侧路段设置3处,以确保鹅喉羚、蒙古野驴等动物活动。野生动物通道设置汇总见表3。

表3 野生动物通道设置汇总

3.2 设置人工水源点

(1)目标物种

目标物种为生活在开阔戈壁荒漠、取水需求强烈的蒙古野驴、鹅喉羚、盘羊等有蹄类动物。

(2)饮水点选址

在设计线路穿越区域,特别是准噶尔盆地东缘至北塔山之间的山前地带,多处黄泥滩成为动物重要的季节性临时水源,在黄泥滩可见密集的动物粪便和活动痕迹。

受此启发,设计将工程取弃土坑选址尽量靠近野生动物通道,后期利用取弃土坑作为人工饮水点,将雨水临时存储于集水池,提高保存时间,在干旱期可有效引导野生动物穿越铁路寻找水源,以提高野生动物通道利用率。

(3)饮水点集水池设计

工程施工结束,取土坑形成后,对边坡进行平整,坡度不大于1∶2.0,对坑底进行平整,平整后设置集水池。集水池深1.0 m,边坡坡率1∶3,水池边坡及坑底采用0.2 m厚C35混凝土现场浇筑;池底及边坡部位,与现浇混凝土层下部设置一层防渗土工膜,土工膜下部设置10 cm厚中粗砂垫层。水池边坡设置为台阶形,以防止野生动物滑落。

取土场远离线路侧边坡处设置坡率不陡于1∶5、宽30 m的动物上下行通道,便于动物从集水池中饮水。人工饮水点布置示意见图2。

图2 人工饮水点布置平面示意Fig.2 Schematic diagram of the artificial drinking water points

(4)人工饮水点设置案

结合取弃土场及野生动物通道位置,人工引水点设置情况见表4。

表4 人工饮水点设置方案

4 结语

荒漠草原区的铁路工程具有线路长、路基多的特点,经调查,淖毛湖至将军庙铁路沿线分布有蒙古野驴、北山羊、盘羊、鹅喉羚、猞猁、兔狲、沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬等重点保护野生动物。工程建设对铁路沿线的大型有蹄类野生动物阻隔影响显而易见。

(1)针对淖毛湖至将军庙铁路沿线野生动物分布特征及其大范围漫游式活动的特点,借鉴已建成的青藏铁路、明哈高速公路和红淖铁路等线性工程,设置了大量的野生动物通道,总体均匀分布,野生动物活动频繁的区域重点设计,可有效保护有蹄类野生动物的正常活动与基因交流。

(2)提出一种利用野生动物通道周边的取土坑设置成人工饮水点的技术方案,可有效引导野生动物穿越通道寻找水源,提高野生动物通道利用效率,进一步保障野生动物的基本生存需求。