擾動(dòng)指數(shù)方法在蘭渝鐵路水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

楊靖文

（甘肅省水土保持科學(xué)研究所，730030，蘭州）

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在前期可研階段的水土保持方案編制以及施工階段水土流失防治工作中，均需確定水土流失重點(diǎn)區(qū)域，以確保水土流失防治工作有的放矢。目前通常采用生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目各水土流失分區(qū) （或侵蝕單元）在施工期和自然恢復(fù)期造成的土壤侵蝕量及新增土壤侵蝕量占土壤侵蝕總量及新增土壤侵蝕總量的比例來確定，這種方法主要反映了土壤侵蝕量絕對量的大小，在一定程度上反映了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)后的水土流失情況。但在相對程度上，尤其是對擾動(dòng)強(qiáng)度反映不足，不能完全真實(shí)地反映擾動(dòng)變化情況。本文以蘭渝鐵路甘肅段工程水土流失監(jiān)測為例，采用擾動(dòng)指數(shù)確定水土流失重點(diǎn)區(qū)域。

一、蘭渝鐵路甘肅段工程及施工擾動(dòng)概況

蘭渝鐵路在甘肅境內(nèi)長436 km，跨越黃河、長江兩大流域，穿越黃土丘陵區(qū)和西秦嶺土石山區(qū)兩大地貌類型區(qū)，連接蘭州、定西、隴南三市十縣區(qū)。截至2014年年底，施工擾動(dòng)面積 2 322.87 hm2（見表 1）。

工程施工中，由于局部改線及可研設(shè)計(jì)深度影響，《新建鐵路蘭州至重慶線水土保持方案報(bào)告書》（以下簡稱蘭渝鐵路水保方案）對長隧道施工斜井估算不足，原確定的棄渣場位置、棄渣量有一定變化，取土場有較大變化。同時(shí)，工程前期以隧道施工為主，2010年后才逐漸開工建設(shè)路基、站場工程，導(dǎo)致蘭渝鐵路水保方案擬定的土石方調(diào)配計(jì)劃部分不能實(shí)現(xiàn)，造成取、棄土量的增加和取、棄土場的增加 （其對比情況見表2），原設(shè)計(jì)的水土流失防治措施體系和監(jiān)測方案不能完全滿足水土流失防治工作需要。

二、施工擾動(dòng)特點(diǎn)

路基施工為全面開挖、碾壓擾動(dòng)。在基礎(chǔ)施工期間擾動(dòng)面全部裸露，基礎(chǔ)完工后通過修筑防護(hù)設(shè)施、整治邊坡以及鋪道碴、鋪軌，僅剩路肩及部分邊坡裸露。經(jīng)調(diào)查，最終裸露面45%左右。

站場施工同樣為全面開挖、碾壓擾動(dòng)。在基礎(chǔ)施工期間擾動(dòng)面全部裸露，基礎(chǔ)完工后通過修筑防護(hù)設(shè)施、站場各類設(shè)施以及鋪道碴、鋪軌、綠化，地面基本全部硬化、鋪砌磚塊、覆蓋道碴。經(jīng)調(diào)查，最終裸露面僅有2%左右。

橋梁工程施工為樁基開挖、場地占壓擾動(dòng)。由于工程橋梁跨越的河、溝除了黃河、洮河、白龍江等大江大河外，其余均水量較小、河床較窄，或者是季節(jié)性河流、干溝，橋梁施工時(shí)除樁基范圍開挖擾動(dòng)，整個(gè)橋梁地面范圍都因車輛走動(dòng)、橋梁材料堆放等原因事實(shí)上被占壓擾動(dòng)。施工期間擾動(dòng)面全部裸露，橋梁建成后除樁基占地外，其余擾動(dòng)面仍然裸露。經(jīng)調(diào)查，最終裸露面達(dá)98%左右。

隧道、斜井施工主要是洞口工作面開挖平整及洞渣運(yùn)輸擾動(dòng)。洞口工作面與隧道施工場地形成一個(gè)整體隧道施工生產(chǎn)區(qū)，無須單獨(dú)劃分隧道占地面積。隧道洞口工作面形成期間擾動(dòng)面全部裸露，工作面形成后由于建設(shè)隧道施工安全、檢查、保衛(wèi)、車輛停放場地等，部分區(qū)域硬化處理或被各類構(gòu)建筑物遮蓋。隧道主體工程完工后，隨著各類臨建物被拆除，洞口施工工作面重新全部裸露。

棄土（渣）場為棄渣堆放造成的擾動(dòng)，包括棄土（石、渣）在渣場內(nèi)的倒運(yùn)、堆放、碾壓。經(jīng)調(diào)查，棄土（石、渣）開始時(shí)擾動(dòng)面全裸露，隨著擋渣墻、截排水溝的建成，除了已做他途的渣場外，最終裸露面為95%左右。

取土場為取土活動(dòng)造成的擾動(dòng)，包括取土場內(nèi)開挖、裝運(yùn)等。經(jīng)調(diào)查，除了已做他途的取土場外，最終裸露面基本為100%。

施工便道主要為道路修整平整、車輛行駛造成的擾動(dòng)。蘭渝鐵路甘肅段工程沿線交通運(yùn)輸條件較差，路基、隧道、橋梁等工程施工多處需要新修便道或修整原有鄉(xiāng)村道路與既有公路相接，以滿足施工要求。施工便道一般為土路面，修整過程中不可避免地?cái)_動(dòng)、破壞原地表形態(tài)，并且路基挖高填低過程中有土石方的倒運(yùn)、平整碾壓等，車輛行駛中還有撒落的土石方、碾壓揚(yáng)塵等。經(jīng)調(diào)查，從開始修整、使用到施工結(jié)束全過程擾動(dòng)范圍均全裸露。

施工場地主要是施工前場地平整及施工過程中材料、設(shè)備堆放及各類加工活動(dòng)、車輛行駛等造成的擾動(dòng)。施工場地包括各作業(yè)點(diǎn)的各類材料堆放場、攪拌站、鋼筋加工場、模具加工場、各類機(jī)械停放場地、施工車輛機(jī)具維修場地、各類庫房等生產(chǎn)臨時(shí)占地及施工人員辦公、生活場所臨時(shí)占地。施工場地隨施工標(biāo)段及施工需要設(shè)置，一般每個(gè)標(biāo)段、每個(gè)施工隊(duì)伍都會(huì)設(shè)置各自施工場地，每個(gè)隧道、斜井、大中型橋梁、路基施工點(diǎn)也會(huì)設(shè)置施工場地。因此，線性工程施工場地的施工擾動(dòng)在工程前期可研階段水土保持方案編制中是最難估算的。施工場地需要在施工前搭建完成。經(jīng)調(diào)查，施工場地建設(shè)開始時(shí)全部裸露，建成后部分區(qū)域硬化處理或被各類構(gòu)建筑物遮蓋，此期間裸露面為35%左右。主體工程完工后，隨著各類臨建物被拆除，除了用做他途，施工場地將重新全部裸露。

表1 蘭渝鐵路甘肅段工程分區(qū)擾動(dòng)面積

表2 蘭渝鐵路甘肅段工程可研階段水土保持方案設(shè)計(jì)擾動(dòng)與施工實(shí)際擾動(dòng)情況對比

表3 工程擾動(dòng)指數(shù)計(jì)算結(jié)果

三、水土流失重點(diǎn)區(qū)域

水土流失重點(diǎn)區(qū)域，是指與背景侵蝕量對比，因施工活動(dòng)造成的土壤侵蝕量明顯增大、水土流失潛在危害顯著的區(qū)域。表現(xiàn)為4個(gè)方面：①擾動(dòng)后侵蝕情況，采用擾動(dòng)后土壤侵蝕變化比例表示；②擾動(dòng)持續(xù)性，采用擾動(dòng)時(shí)間比例表示；③擾動(dòng)造成土壤侵蝕的區(qū)域，采用擾動(dòng)后土壤侵蝕面積比例表示；④水土流失潛在危害。

以上前3項(xiàng)為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工擾動(dòng)強(qiáng)度，采用擾動(dòng)指數(shù)表示。在假定棄土（石、渣）場均安全、穩(wěn)定的前提下，則施工擾動(dòng)強(qiáng)度能夠完全反映出水土流失重點(diǎn)區(qū)域。

式中，i為擾動(dòng)指數(shù)；Mi為擾動(dòng)后土壤侵蝕變化比例，Mi＝（M－M0）/M；M 為擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)，t/（a·km2）；M0為侵蝕模數(shù)背景值，t/（a·km2）；Ti為擾動(dòng)時(shí)間比例，Ti＝t/T；t為擾動(dòng)時(shí)間，a；T為施工總工期，a，為9年；Si為擾動(dòng)后土壤侵蝕面積比例，逐年計(jì)算，加權(quán)平均，Si＝s/S；s 為擾動(dòng)后土壤侵蝕面積，以裸露面積計(jì)算，hm2；S為施工擾動(dòng)總面積，hm2。

按照以上方法對蘭渝鐵路甘肅段施工擾動(dòng)情況計(jì)算，結(jié)果見表3。由于各種原因，各水土流失分區(qū)（或擾動(dòng)單元）施工擾動(dòng)強(qiáng)度均不相同，超過平均施工擾動(dòng)強(qiáng)度的區(qū)域就是要重點(diǎn)防治的區(qū)域，即水土流失重點(diǎn)區(qū)域。計(jì)算結(jié)果顯示，擾動(dòng)指數(shù)從大到小排序依次為：棄土（渣）場、施工便道、橋梁、取土場、站場、路基、施工場地，其中棄土（渣）場、施工便道、橋梁擾動(dòng)指數(shù)值均超過了平均值，說明棄土（渣）場、施工便道、橋梁為水土流失重點(diǎn)區(qū)域。蘭渝鐵路甘肅段工程西秦嶺土石山區(qū)擾動(dòng)指數(shù)值大于黃土丘陵區(qū)擾動(dòng)指數(shù)值，說明施工造成的擾動(dòng)強(qiáng)度西秦嶺土石山區(qū)要大于黃土丘陵區(qū)。蘭渝鐵路甘肅段工程水土流失監(jiān)測結(jié)果顯示，棄土（渣）場是造成水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，施工便道和橋梁造成的水土流失影響及危害也明顯高于站場、路基和施工場地；取土場在取土期間造成的水土流失比較嚴(yán)重，但因取土?xí)r間相對較短，從整個(gè)總工期來看影響一般。綜上可知，分析結(jié)果與工程建設(shè)過程中造成的水土流失影響基本一致，說明采用擾動(dòng)指數(shù)確定水土流失重點(diǎn)區(qū)域的方法可行。

四、結(jié) 論

擾動(dòng)指數(shù)綜合反映了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工擾動(dòng)后造成的土壤侵蝕變化、擾動(dòng)時(shí)長、擾動(dòng)造成的土壤侵蝕范圍，避免了單一因素決定判斷結(jié)果的情況。蘭渝鐵路建設(shè)過程中，在假定棄土（石、渣）場均安全、穩(wěn)定的前提下，利用擾動(dòng)指數(shù)確定了棄土（渣）場、施工便道、橋梁為水土流失重點(diǎn)區(qū)域，西秦嶺土石山區(qū)施工造成的擾動(dòng)強(qiáng)度和土壤侵蝕程度大于黃土丘陵區(qū)。該方法結(jié)果比較客觀，不僅適用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工期水土保持工作，也適用于項(xiàng)目前期可研階段的水土保持方案編制工作。 ■

[1]甘肅省水土保持科學(xué)研究所.蘭渝鐵路甘肅段工程2009—2014年水土保持監(jiān)測總結(jié)報(bào)告[R].2014.

[2]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路蘭州至重慶線水土保持方案報(bào)告書[R].2008.

[3]姜德文.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響度評價(jià)方法研究[J].中國水土保持科學(xué)，2007(2).