張 穎

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

荒漠草原區(qū)鐵路工程受地形地貌、工程投資等因素控制,多以路基工程為主,由于線路所在區(qū)域地廣人稀,鐵路具有線路長(zhǎng)、路基多的特點(diǎn)。同時(shí),受長(zhǎng)期的自然歷史演變影響,區(qū)域野生動(dòng)植物具有生物多樣性少、植被蓋度低等特征[1-3]。因此,大量的路基工程穿越廣袤的荒漠草原區(qū)域,其對(duì)野生動(dòng)物,尤其是大型有蹄類野生動(dòng)物的阻隔影響十分顯著。

在減少交通設(shè)施對(duì)野生動(dòng)物影響的相關(guān)研究和保護(hù)實(shí)踐中,野生動(dòng)物通道及防護(hù)圍欄的作用最為明顯。CLEVENGER等發(fā)現(xiàn),1998年美加高速公路上建成22處下方通道和2座上方通道,使公園內(nèi)野生動(dòng)物交通死亡率下降80%[4];FOSTER等認(rèn)為沒有一種野生動(dòng)物通道可以滿足所有種類野生動(dòng)物的需求[5];FRIEDMAN在荷蘭建立的Ecoducts 野生動(dòng)物通道已成功被多種野生動(dòng)物所使用[6];MATA認(rèn)為通道設(shè)置要事先考慮到各種影響其使用率的因素,如通道的形式、長(zhǎng)度、直徑等[7]。我國(guó)青藏鐵路、明哈高速公路和紅淖鐵路等線性工程針對(duì)藏羚羊、蒙古野驢等野生動(dòng)物開展野生動(dòng)物通道設(shè)置,取得了一定的成效,但業(yè)內(nèi)暫未形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

新建鐵路淖毛湖至將軍廟線位于新疆維吾爾自治區(qū)東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區(qū),工程建設(shè)對(duì)于鐵路沿線有蹄類野生動(dòng)物的日?；顒?dòng)影響較大。因此,提出切實(shí)可行的野生動(dòng)物保護(hù)設(shè)計(jì)方案,是該鐵路生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵。

1 工程及環(huán)境概況

1.1 工程概況

新建鐵路淖毛湖至將軍廟鐵路自紅淖鐵路白石湖南站引出,沿天山北麓向西,經(jīng)伊吾縣、巴里坤縣、木壘縣、奇臺(tái)縣及準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開區(qū),引入烏將鐵路將軍廟站,連通蘭新鐵路、額哈鐵路,形成出疆北部新通道。

工程正線長(zhǎng)度為430.089 km。全線特大橋、大中橋長(zhǎng)14.158 km,路基段長(zhǎng)416.069 km。全線共分布車站27處(含既有站)。

1.2 環(huán)境概況

工程沿線地勢(shì)總體呈南高北低的地貌特征,可分為淖毛湖盆地山前傾斜沖、洪積平原區(qū),三塘湖盆地山前傾斜洪積平原區(qū),準(zhǔn)噶爾盆地東緣洪積平原區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地邊緣剝蝕丘陵區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地洪積平原區(qū)。

受區(qū)域氣候、土壤等條件的影響,該段鐵路沿線地區(qū)鹽生、旱生植物種類分布較多,以灌木、半灌木以及草甸、草原植物居多,喬木類植物缺乏,植物種類組成較為簡(jiǎn)單。

1.3 野生動(dòng)物分布

(1)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物

工程涉及的重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)為設(shè)計(jì)線路沿線分布的國(guó)家級(jí)和自治區(qū)級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物及其棲息地。根據(jù)野生動(dòng)物生物和生態(tài)學(xué)特性,最易受工程阻隔影響的為沿線的非飛行物種,特別是對(duì)人類干擾反應(yīng)敏感且種群數(shù)量少且分布局限性的大、中型保護(hù)哺乳動(dòng)物。根據(jù)設(shè)計(jì)線路沿線野生動(dòng)物分布?xì)v史與現(xiàn)狀,確定本工程的重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)物種為：國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物蒙古野驢、北山羊;國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物盤羊、鵝喉羚、猞猁、兔猻;新疆維吾爾自治區(qū)級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬。

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查、走訪及資料查閱[8-10],工程沿線重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)野生動(dòng)物分布見圖1。

圖1 鐵路沿線重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)分布Fig.1 Distribution of the key protected targets along the railway

(2)野生動(dòng)物資源劃分

項(xiàng)目區(qū)域可劃分為5個(gè)地貌單元,但整體屬于典型的荒漠和半荒漠,雖然存在低山丘陵,但相對(duì)海拔小、無(wú)顯著的地理阻隔、植被組成簡(jiǎn)單。從動(dòng)物地理區(qū)系成分而言,在5個(gè)地貌單元之間物種的組成差異并不顯著?；哪畢^(qū)域動(dòng)物物種組成簡(jiǎn)單,豐富度相對(duì)較低,而分布范圍大。沿線受鐵路工程影響的主要野生動(dòng)物保護(hù)目標(biāo)見表1。

表1 各地貌單元內(nèi)的植被類型和動(dòng)物保護(hù)目標(biāo)分布

2 工程對(duì)野生動(dòng)物的環(huán)境影響

2.1 施工期影響

(1)改變動(dòng)物棲息地環(huán)境

鐵路施工期臨時(shí)用地包括施工便道、取土以及工程人員生活占地等,施工期臨時(shí)占地內(nèi)的施工行為、施工車輛和設(shè)備運(yùn)行及其人員生產(chǎn)生活期間的三廢排放,將改變野生動(dòng)物生境的理化環(huán)境,并且范圍將超過施工范圍。

(2)對(duì)動(dòng)物活動(dòng)的阻隔

鐵路工程施工對(duì)動(dòng)物活動(dòng)最早的阻隔效應(yīng)開始于施工便道的建成。本工程施工便道采用砂石路面,不建設(shè)永久的路基結(jié)構(gòu),因此對(duì)動(dòng)物的物理阻隔作用并不強(qiáng)烈。

隨著鐵路路基工程在建設(shè)過程中逐步增高,路基對(duì)動(dòng)物的阻隔作用不斷增加。一方面動(dòng)物對(duì)新建成的人為結(jié)構(gòu)還很陌生,存在畏懼心理;另一方面施工活動(dòng)驚擾了動(dòng)物,使動(dòng)物警戒增強(qiáng),回避施工區(qū)域[11-13]。

2.2 運(yùn)營(yíng)期

設(shè)計(jì)線路路基長(zhǎng)度為416.069 km,呈條帶狀永久占地,由于線路穿越區(qū)域?yàn)橹脖幌∈璧幕哪桶牖哪畢^(qū)域,占用土地內(nèi)的植被損失量并不大,對(duì)影響范圍內(nèi)的各類植物食性動(dòng)物的食物資源影響有限。設(shè)計(jì)線路未直接占用動(dòng)物水源地,僅跨越幾條季節(jié)性河流的河床,且均以橋梁形式跨越。因此,路基對(duì)動(dòng)物棲息地最主要的影響是線性切割作用,使動(dòng)物棲息地破碎化加劇。

路基對(duì)于長(zhǎng)期生活在開闊環(huán)境的大、中型野生動(dòng)物阻隔作用較為明顯[14-15],特別是日間活動(dòng)的物種,如設(shè)計(jì)線路沿線的蒙古野驢、鵝喉羚等有蹄動(dòng)物。

3 野生動(dòng)物保護(hù)措施設(shè)計(jì)

鐵路工程對(duì)野生動(dòng)物的主要影響在于路基對(duì)于荒漠草原區(qū)的分割,進(jìn)而對(duì)沿線野生動(dòng)物的阻隔影響。因此,該區(qū)域野生動(dòng)物保護(hù)措施主要為結(jié)構(gòu)性措施中的野生動(dòng)物通道及防護(hù)圍欄設(shè)置,同時(shí),利用鐵路施工結(jié)束后的既有取土坑設(shè)置人工飲水點(diǎn),構(gòu)建一套無(wú)需維護(hù),長(zhǎng)期有效的有蹄類野生動(dòng)物通道及飲水系統(tǒng)。

3.1 野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)

(1)目標(biāo)物種確定

結(jié)合區(qū)域野生動(dòng)物調(diào)查及資料分析,工程沿線重點(diǎn)保護(hù)的目標(biāo)物種為體型相對(duì)較大,容易被路基阻隔的野生動(dòng)物,主要有蒙古野驢、北山羊、盤羊、鵝喉羚等。

(2)野生動(dòng)物通道類型比選

野生動(dòng)物通道類型主要有上跨式通道和下方通道(橋梁和涵洞)。淖毛湖至將軍廟鐵路為電氣化鐵路,根據(jù)TB10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,鐵路上方接觸網(wǎng)高度一般為6 m,電力線凈空要求為3 m以上,接觸網(wǎng)凈空要求為0.5 m以上。根據(jù)以上對(duì)比結(jié)果,考慮鐵路運(yùn)營(yíng)安全性問題,結(jié)合工程沿線總體平緩的地形地貌,不宜設(shè)置上跨式通道,因此,專用野生動(dòng)物通道采用下方通道。

(3)野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)

關(guān)于野生動(dòng)物通道的設(shè)計(jì)參數(shù),目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域都沒有固定的標(biāo)準(zhǔn),主要依靠早期設(shè)置的案例經(jīng)驗(yàn),通過投入運(yùn)營(yíng)后的監(jiān)測(cè)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

①通道位置和間距

野生動(dòng)物通道設(shè)置的間距主要根據(jù)目標(biāo)動(dòng)物棲息地生境異質(zhì)性、地形和小氣候差異、動(dòng)物分布密度、活動(dòng)能力和范圍、河流和水源分布與動(dòng)物取水路線、季節(jié)性遷移路線、距離城鎮(zhèn)、農(nóng)田、居民點(diǎn)、站點(diǎn)和其他交通設(shè)施的距離等因素設(shè)置[16-17]。原則是：盡量覆蓋不同的棲息地植被類型;選擇溝谷、低洼等水源和植被相對(duì)豐富的區(qū)域;設(shè)置在河流、水源附近或動(dòng)物取水路線上;對(duì)于有季節(jié)性遷移的物種設(shè)置于其遷移通道內(nèi);通道設(shè)置需繞避可能影響其使用率的人為干擾區(qū)域,包括城鎮(zhèn)、農(nóng)田、居民點(diǎn),鐵路站點(diǎn)、道路交叉區(qū)域等;在物種不同分布密度區(qū)域可采用不同間距設(shè)置。

本工程區(qū)域?yàn)殚_闊干旱荒漠和半荒漠生境,生境異質(zhì)性低。區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物種分布密度不高,且有大范圍漫游的特點(diǎn)。對(duì)于數(shù)量較大的鵝喉羚等,中高密度區(qū)域通道間距取10 km;根據(jù)地形和水源條件調(diào)整,非等距設(shè)置;對(duì)于活動(dòng)能力強(qiáng)、范圍廣的蒙古野驢、猞猁等,通道間距取15 km;對(duì)于山地活動(dòng)的盤羊、北山羊等野生動(dòng)物集中分布的區(qū)域及鐵路沿線涉及的野生動(dòng)物季節(jié)性遷移的區(qū)域,通道間距控制在10 km。

②通道技術(shù)參數(shù)

本工程中野生動(dòng)物通道參數(shù)的設(shè)置主要參考《北美公路野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)指南》。該指南針對(duì)不同物種的生物和生態(tài)學(xué)特性對(duì)通道參數(shù)的設(shè)置提出建議指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)本工程沿線分布的有蹄類動(dòng)物的體型大小和其生物和生態(tài)學(xué)特性,參考同區(qū)域內(nèi)明哈高速公路和紅淖鐵路的通道設(shè)置標(biāo)準(zhǔn),本工程通道設(shè)置技術(shù)參數(shù)為：蒙古野驢和北山羊等大型哺乳動(dòng)物的野生動(dòng)物通道,建議通道寬度為16 m,高度為4.5 m;鵝喉羚等動(dòng)物設(shè)置的通道建議寬度為10 m,高度為4.0 m;在蒙古野驢和北山羊等可能集群遷移和多種保護(hù)目標(biāo)集中活動(dòng)的區(qū)域和國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物棲息地,建議通道寬度設(shè)置至16 m,高度為4.5 m。

經(jīng)過同區(qū)域內(nèi)其他線性工程野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相比較,本工程針對(duì)各種目標(biāo)物種所設(shè)置的動(dòng)物通道標(biāo)準(zhǔn)均有不同程度的提高,同區(qū)域線性工程野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表2。

表2 同區(qū)域線性工程野生動(dòng)物通道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

根據(jù)青藏鐵路野生動(dòng)物通道設(shè)置及生態(tài)保護(hù)調(diào)研[18-21],當(dāng)橋梁凈空高度控制在8～10 m,單孔徑跨度大于30 m,橋梁長(zhǎng)度大于300 m,并在橋梁附近利用取棄土坑設(shè)置人工飲水點(diǎn)時(shí),野生動(dòng)物會(huì)頻繁穿越鐵路,并迅速適應(yīng)通道。本工程可結(jié)合地形地貌條件適當(dāng)設(shè)計(jì)。

(4)野生動(dòng)物通道設(shè)置方案

為進(jìn)一步增加野生動(dòng)物的可通過性,根據(jù)鐵路沿線鵝喉羚、蒙古野驢、盤羊和北山羊的歷史分布和現(xiàn)狀調(diào)查,結(jié)合線路既有橋涵設(shè)計(jì)引用或優(yōu)化,共設(shè)置野生動(dòng)物通道52處?？紤]卡山自然保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物東移趨勢(shì),在52處橋梁通道中,結(jié)合既有橋梁分布情況,全線參照青藏鐵路,設(shè)置4處高標(biāo)準(zhǔn)野生動(dòng)物通道,重點(diǎn)在卡山東側(cè)路段設(shè)置3處,以確保鵝喉羚、蒙古野驢等動(dòng)物活動(dòng)。野生動(dòng)物通道設(shè)置匯總見表3。

表3 野生動(dòng)物通道設(shè)置匯總

3.2 設(shè)置人工水源點(diǎn)

(1)目標(biāo)物種

目標(biāo)物種為生活在開闊戈壁荒漠、取水需求強(qiáng)烈的蒙古野驢、鵝喉羚、盤羊等有蹄類動(dòng)物。

(2)飲水點(diǎn)選址

在設(shè)計(jì)線路穿越區(qū)域,特別是準(zhǔn)噶爾盆地東緣至北塔山之間的山前地帶,多處黃泥灘成為動(dòng)物重要的季節(jié)性臨時(shí)水源,在黃泥灘可見密集的動(dòng)物糞便和活動(dòng)痕跡。

受此啟發(fā),設(shè)計(jì)將工程取棄土坑選址盡量靠近野生動(dòng)物通道,后期利用取棄土坑作為人工飲水點(diǎn),將雨水臨時(shí)存儲(chǔ)于集水池,提高保存時(shí)間,在干旱期可有效引導(dǎo)野生動(dòng)物穿越鐵路尋找水源,以提高野生動(dòng)物通道利用率。

(3)飲水點(diǎn)集水池設(shè)計(jì)

工程施工結(jié)束,取土坑形成后,對(duì)邊坡進(jìn)行平整,坡度不大于1∶2.0,對(duì)坑底進(jìn)行平整,平整后設(shè)置集水池。集水池深1.0 m,邊坡坡率1∶3,水池邊坡及坑底采用0.2 m厚C35混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑;池底及邊坡部位,與現(xiàn)澆混凝土層下部設(shè)置一層防滲土工膜,土工膜下部設(shè)置10 cm厚中粗砂墊層。水池邊坡設(shè)置為臺(tái)階形,以防止野生動(dòng)物滑落。

取土場(chǎng)遠(yuǎn)離線路側(cè)邊坡處設(shè)置坡率不陡于1∶5、寬30 m的動(dòng)物上下行通道,便于動(dòng)物從集水池中飲水。人工飲水點(diǎn)布置示意見圖2。

圖2 人工飲水點(diǎn)布置平面示意Fig.2 Schematic diagram of the artificial drinking water points

(4)人工飲水點(diǎn)設(shè)置案

結(jié)合取棄土場(chǎng)及野生動(dòng)物通道位置,人工引水點(diǎn)設(shè)置情況見表4。

表4 人工飲水點(diǎn)設(shè)置方案

4 結(jié)語(yǔ)

荒漠草原區(qū)的鐵路工程具有線路長(zhǎng)、路基多的特點(diǎn),經(jīng)調(diào)查,淖毛湖至將軍廟鐵路沿線分布有蒙古野驢、北山羊、盤羊、鵝喉羚、猞猁、兔猻、沙狐、赤狐、虎鼬和艾鼬等重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物。工程建設(shè)對(duì)鐵路沿線的大型有蹄類野生動(dòng)物阻隔影響顯而易見。

(1)針對(duì)淖毛湖至將軍廟鐵路沿線野生動(dòng)物分布特征及其大范圍漫游式活動(dòng)的特點(diǎn),借鑒已建成的青藏鐵路、明哈高速公路和紅淖鐵路等線性工程,設(shè)置了大量的野生動(dòng)物通道,總體均勻分布,野生動(dòng)物活動(dòng)頻繁的區(qū)域重點(diǎn)設(shè)計(jì),可有效保護(hù)有蹄類野生動(dòng)物的正?；顒?dòng)與基因交流。

(2)提出一種利用野生動(dòng)物通道周邊的取土坑設(shè)置成人工飲水點(diǎn)的技術(shù)方案,可有效引導(dǎo)野生動(dòng)物穿越通道尋找水源,提高野生動(dòng)物通道利用效率,進(jìn)一步保障野生動(dòng)物的基本生存需求。