多丰铁路复线工程水土保持损益分析

杨健，陈淑连，刘登峰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 工程规模及项目区概况

多伦至丰宁铁路复线工程多伦至塔黄旗段位于内蒙古自治区多伦县及河北省丰宁县境内，国铁I 级，设计速度120 km/h，全长145 km，工程永久占地414 hm2，临时占地232 hm2，以耕地和草地为主。工程挖方为1 045 ×104m3，填方648 ×104m3，借方222 ×104m3，弃方619 ×104m3。

线路CK49 +236—CK72 +000 段属内蒙古高原丘陵区，丘坡呈浑圆状孤丘，自然坡度为10°～30°，孤丘周围覆盖裙状薄层风积粉细砂，丘间谷地开阔、平缓，略有起伏。线路CK72+000—CK181 +186 段属中山区，地形起伏较大，沟谷下切强烈，山坡自然坡度为15°～40°，大部分基岩裸露，局部山坡脚覆盖新黄土，分布无规律，厚度差异较大。工程沿线属大陆季风型气候区，年均降雨量421.7 mm，蒸发量大。沿线以棕壤、褐土为主，林草覆盖度为30%［1］。

2 水土保持损益分析

2.1 水土流失影响指数关键指标确定

水土流失影响指数评价模型采用5 方面7 个指标来计算SWII 指数，即占地面积与影响范围、对地表扰动程度、影响时间、造成的水土流失总量和可恢复程度［2，3］。

(1)占地面积与影响范围指标(x1)

包括项目建设区和直接影响区的范围，根据专家咨询调查，两个变量的权重分别为0.69、0.31。

可用下列公式计算:

式中:xd1为单位长度的永久占地面积，hm2/km;

xd2为单位长度的临时占地面积，hm2/km;

xd40为单位长度的直接影响区面积，hm2/km。

(2)对地表的扰动强度(x2)

包括项目土石方挖填总量、弃渣量取其数量值。根据专家咨询调查，两个变量的权重分别为0.44、0.56。

可用下列公式计算:

式中:xd6为单位长度的挖方总量，104m3/km;

xd7为单位长度的填方总量，104m3/km;

xd9为单位长度的弃土(渣)总量，104m3/km。

(3)影响时间(x3)

水土流失的影响时间长短可用项目工期取其值。可用下列公式进行计算:

式中:xd32为项目对水土保持的影响时间。

(4)造成的水土流失总量(x4)

造成的水土流失总量可用预测的水土流失总量取其值。可用以下式子计算:

式中:xd35为单位长度的水土流失预测总量，t/km。

(5)未恢复比例(x5)

原土地水土保持功能的可恢复程度采用以下式子计算:

式中:xd38为项目的水土流失治理面积，hm2。

2.2 水土流失影响指数关键指标标准化处理

水土保持损益分析提出的水土流失影响指数属于效益型评价指标，当指数值愈大对水土流失的影响也愈大，因此采用效益型标准化公式进行数据的标准化处理。

式中:max(x)为样本空间中水土流失影响指数关键指标最大值;

min(x)为样本空间中水土流失影响指数关键指标最小值。

水土保持监测中心通过大量实例研究获得的铁路行业的影响影因子最大值、最小值列于表1，可据此进行影响指数数据标准化处理，从而计算出水土流失影响指数。

表1 铁路项目水土流失影响指数参数表

2.3 水土流失影响指数加权计算

水土流失影响指数(SWII)通过上述因子加权求和计算得出

式中:ai为第i 个因子的权重，i=1，2，3…5;xi为第i 个因子数据归一后的值。

各因子权重见表2。

表2 开发建设项目水土流失影响指数因子权重表

3 数据处理与分析

从铁路工程水土流失分析来看，建设期的水土流失主要发生在填筑路基、桥隧修筑、取土弃渣、营地设立、便道修建等建设过程中。地形条件是影响水土流失的重要因素之一，同一铁路工程由于其所在区域的不同，水土流失情况与也有较大的差异性。因此本文结合水土流失防治分区，按照线路穿越丘陵区和中山区的特点，分别计算水土流失影响指数SWII。表3 为各项影响因子原始值。

将表3 中的原始值按照公式(1)～(5)计算出各项影响因子，再按照公式(6)、(7)分别进行标准化值归一化处理和加权计算，详见表4。

表3 各项影响因子原始值

表4 各项影响因子标准化和加权计算

经计算，丘陵区段SWII 值为0.288，中山区段SWII 值为0.325。该工程中山区段SWII 值大于丘陵区段SWII 值并且高于铁路项目统计的平均值0.300［2］，说明工程所在中山区对区域水土流失影响程度大于工程所在丘陵区对区域水土流失影响程度，这与不同地形地貌下的可能产生的水土流失影响情况基本符合。主要表现为由于中山区地形起伏较大，工程路基挖填方量、隧道弃渣量大，其相应原始值分别为丘陵区的1.75 倍和4.08 倍。

虽然丘陵区段SWII 值低于铁路项目平均值0.300，但从表4 看出，占地面积和影响范围、影响时间和未恢复比例比同类项目平均值高，这说明从水土保持角度分析主体设计方案仍存在不足。

根据以上分析，工程在以下几方面进行改进:

(1)压缩工程占地面积:由于占地面积较大，因此而产生的直接影响范高于平均值，说明工程占地中有不合理之处。需要优化场地布置，控制新增占地面积与影响范围。并且应严格施工管理，明确各施工项目的水土流失防治责任范围及责任者，避免对防治责任范围以外区域的影响。

(2)减轻对地表的扰动强度:在工程选线过程中进一步优化方案，控制挖填高度，加强土石方调配，尽量移挖作填或对弃方进行综合利用，减小弃渣量，从而减轻对地表的扰动强度。

(3)缩短工程施工时间:本工程施工期为42个月，高于铁路项目平均值40 个月(表1)，由于施工扰动时间长，水土流失时段也长，只能尽量合理安排工期，减小对水土保持的影响。

4 结语

本文以多伦至丰宁铁路复线工程多伦至塔黄旗段为例，应用开发建设项目水土保持损益分析理论方法，按照线路穿越丘陵区和中山区分别计算不同地形地貌条件下的水土流失影响指数SWII，由于中山区段工程挖填方量和弃渣量较大，因此中山区段SWII 值(0.325)＞同类项目的SWII 平均值(0.300)＞丘陵区SWII(0.288)。建议在铁路下一阶段设计和施工管理中，进一步优化线路方案，压缩工程占地面积，减轻对地表的扰动强度，缩短工程施工时间，从而减缓工程建设带来的水土流失危害。

［1］中国铁道科学研究院.多伦至丰宁铁路复线工程多伦至塔黄旗段水土保持方案报告书［R］.2013.

［2］姜德文.开发建设项目水土保持损益分析研究［D］.北京:北京林业大学，2007:121 -130.

［3］姜德文.开发建设项目水土保持损益分析指标体系研究［J］.中国水土保持，2008(1):37 -38.