兰新铁路酒泉清水铁路段防沙治沙模式

习近平总书记在内蒙古巴彦淖尔考察并主持召开加强荒漠化综合防治和推进“三北”等重点生态工程建设座谈会上深刻指出：“要因地制宜、科学推广应用”行之有效的治理模式。

为深刻贯彻落实习近平总书记的重要指示精神，学会将在第29个世界防治荒漠化与干旱日前后持续推广宣传荒漠化防治与沙产业创新模式。

一、模式背景

我国幅员辽阔，地大物博，地域差别极大，同时又是沙漠化面积分布最大的国家之一。目前，我国为了实现陆上丝绸之路的顺利贯通，在风沙地区修筑的铁路越来越多，主要有包兰、兰新、青藏、南疆、干武等20余条，分布于我国西北、华北北部和东北西部的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江等省（区），总长度超过了5000km。但是，目前我国的铁路沙害尚未得到根本治理，部分地段沙害还比较严重。据铁路部门的不完全统计，目前受沙害影响较为严重的铁路约有1000km。不同地域有着各自不同的环境条件，所以要实现铁路沙害的有效防护，不可照搬同一种模式，但对成熟的治沙模式理应优化接收，扩大运用。作为我国“一带一路”陆上丝绸之路经济大动脉的兰新铁路，在过境甘肃省河西走廊西段时，因受大陆性干旱气候影响，降水稀少、植被稀疏、生态脆弱、风力强劲，流沙严重，给铁路安全运行造成严重影响。从根本上解决流沙对铁路的危害，保障铁路的安全运行，既是铁路的主要建设项目，也是相关科技工作者的研究内容。兰新铁路酒泉清水段穿越流沙，通过实践研究总结出“兰新铁路酒泉清水段防沙治沙模式”，从根本上解决了该条件下流沙对铁路的危害，保障铁路的安全运行。

二、模式要点

酒泉市位于河西走廊西段，是铁路沙害最严重的区段之一。为根治铁路沙害，保障段内运营安全，相关科研院所管段相关部门结合沙害现状因地制宜，通过多年的研究和总结，提出了较为完善的“兰新铁路酒泉清水段治沙技术模式”，使沙害基本得到了根治，保证了陆上大动脉在该段的安全运行。兰新铁路酒泉铁路清水段最具代表性的治理模式，即采用“导”“阻”“固”“截”相结合的模式，建立起“机械固沙”和“生物固沙”相结合的综合治理体系，采取“以林养障，林外截沙，带内中沙，路内减积”的防护措施，取得了显著成效[1-4]。

（一）高立式阻沙栅栏

在风沙前沿距铁路200~400m处设置高立折叠式沙障，以阻挡前沿过境风沙流；所用材料：就地取材，以当地宜收集的葵花秆、玉米秆等材料，垂直于主风向带状布置，阻挡主害风形成的风沙流，间距为3m，地表以上留出1.2~1.5m，为防止大风吹蚀，高立式沙障埋深不得低于50cm，形成高立式沙障，同时在沙障每隔4~5m增设一道加强肋，宜用10cm×10cm×250cm的木桩或水泥桩固定，该阻沙栅栏宜以透风式结构为主，其栅栏孔隙度设为40%~50%，这样聚沙效果最佳（图1）。

图1  高立式组沙栅栏示意图

这种栅栏沙障高度根据风力的大小强弱又分为1.8m、1.5m、1.2m三种，风力越大栅栏的高度越高。栅栏结构又分为透风式与半透风式两种，不宜采用紧密型，紧密式沙障因不透风沙，极易形成沙墙而全部被沙埋，起不到较好的阻沙作用。当铁路线路在沙漠的边缘部分或平缓的沙地通过，或经过往返移动的流动沙丘地区以及确实没有造林条件的风沙地区，在迎风的一侧，均可设置高立式防沙栅栏。

铁路建设不可能与主要风向完全垂直或平均，设计高立式沙障时，当线路与主导风向交角大于60°或近于垂直时，因流沙移动快，需要设置两排高1.5m的栅栏，排间距离10m；另在背风一侧设置一排高1.2m的栅栏。栅栏位置距路基中心30~50m，这种栅栏机械阻沙作用大，在铁路两侧设置1~2排，使栅栏节节相连，截住外面吹来的流沙。设置栅栏可选择雨季进行，便于栽桩施工。为防止栅栏根部的风蚀，每排栅栏宜设置成交角为120°~150°的折线形。

图2  草方格 + 活沙障治沙模式示意图

（二）麦草方格沙障

清水段铁路防沙体系中的沙障有两种类型：一类为生产性的，全部为麦草方格沙障，规格为1m×1m；另一类为试验性的，材料有麦草、胡麻秆、卵石等，规格有1m×1m、1m×2m和2m×2m3种。设置麦草方格沙障的目的有两个，一是沙障本身固沙，二是为沙生植物初期的成活与生长创造条件，草方格沙障距离铁路线约400m的布设一条200~250m宽的带状范围内的流沙全部用草方格沙障进行固定。在草方格沙障内的造林树种主要为梭梭、柠条、花棒、沙拐枣、红柳、沙柳、沙木蓼等树种。根据压设沙障后2~3年的观测结果，防沙体系内的沙障普遍呈积沙现象，且不同的沙障与沙丘不同位置的沙障积沙厚度有所不同。

（三）“活沙障”阻沙带

草方格沙障的一般使用寿命为4~5年，在强光照和风吹日晒条件下，草方格沙障会通过自然腐化而失去防护功效，为了保障草方格沙障的使用年限，通常在草方格沙障铺设好后，在方格内栽植沙生植物，因沙生植物有着极其发达的根系，在植物种植初期的1~2年内根据植物生长情况，适当进行人工补充水分，保证植物的成活。当沙生植物通过1~2年的人工养护成活后，可依靠自然降水，既能保证植物的正常生长发育，又能在其植物周边和沙障内形成一定厚度的地衣类结皮，很好地起到了防风固沙的作用。且随着植物的逐渐长高，更能有效地阻止风蚀的发生，保证铁路沿线的风沙危害，形成具有阻沙聚沙作用的绿色植物带即活沙障。

活沙障宽为1m，格内植3行，行内株距50cm，呈“品”字形配置，栽植时一次性灌足水，每穴5~7.5kg，灌溉方式应以滴灌为主。为有效节约有限的水资源，采用根灌的方法，沙生植物对水分利用效率最优，即沙生苗木定植后，在水管头处接一个金属出水头，在浇水时，直接将金属出水头直接插入苗木根系部位，将水直接灌溉到苗木根系位置，利于植物吸收利用，同时可大大减少地表水分的蒸发散失，提高水的利用效率。或用滴灌带布设到植物定植穴处，滴灌有节水、不破坏地表、节约劳动力、植被成活率高、生长快等优点。

（四）黏土沙障

这种沙障是以黏土筑成较低的方格形土埂来防风固沙的，一般在有丰富黏土的地区使用，特别是在缺乏半灌木及草本等沙障材料时可以使用，其成本低、效果好。设置黏土沙障，首先要根据风向和沙丘的类型，确定障埂的方向和设置形式，然后进行取土堆设。沙障土埂的方向应垂直，根据经验，土埂与主导风向的夹角宜稍大不宜偏小。黏土沙障要在迎风坡2/3处以下部位沿等高线成行设置，土埂高15~20cm，宽20cm，行距1.5~2m。沙障设置的形式，在起沙风单一方向为主的地方，多采用行列式；在侧向风较多的地方，采用格状或品字形。

（五）植物纤维固沙网沙障

近年来，随着我国科技的不断进步和新型材料的不断研发，植物纤维网格固沙技术在铁路防沙治沙中得以广泛运用。植物纤维网既有着较强的耐晒能力，又有着很好的固沙效果，同时它和植物沙障结合使用，具有使用寿命长（一般情况可用8~10年），固沙效果优，投入成本低（与草方格沙障的综合投资基本一致），景观效果好（植物纤维沙障可人为做成绿色、黑色或其他颜色）等优点。即用特别设计的立柱将植物纤维网固定成不同规格大小的网格，纤维网高度一般为25~35cm，网格的通风度为30%~45%，其网格通过密度大小根据其流沙治理区的风沙大小及侵蚀程度进行人工调整生产。植物纤维网的网格根据风力大小，规格有1m×1m、1m×2m和2m×2m等种类。在网格内同草方格沙障类似，定植沙生植物，会产生比其更好的防护效果。

图3  植物纤维固沙网沙障示意图

三、模式效果及推广

（一）适宜区域

该模式适宜于干旱半干旱区的受流动沙丘对铁路危害较为严重地区的治沙体系建设。针对不同段落风沙特点，在现有治理模式的基础上可以进一步优化。根据对铁路沿线风沙灾害的调查、风力环境的全面分析以及对可能造成铁路危害的沙源进行研判，主要从以下几个方面进行分析：①监测铁路所经过路段的主要风速大小来设计不同的防护距离和具体措施；②根据铁路所经路段的多年平均风向来设计其阻沙带和固沙沙障的走向；③通过对多年来的起沙原因及输沙量、输沙率等风沙特征进行系统研判，再结合以上特征来进一步细化具体的沙害防治技术措施模式。同时对铁路经过风沙区内危害程度进行细化，划分为极严重、严重、中等、轻微、极轻微5种铁路沙害程度，结合现场实际监测的相关数据，采用因地制宜的有针对性的防治措施，构建行之有效、经济合理的立体防沙治理体系，为类似工程提供借鉴。

铁路防风固沙作为铁路基础设施建设的配套内容，在铁路规划建设初期，应结合其沙害程度及工程条件，坚持“因地制宜，就地取材，长远规划，综合治理”的总原则。如在极干旱无灌溉条件的地区，可依据带外截沙，带中固沙，带内减积“工程固沙”技术措施；有灌溉条件的地区，可依据以林养障，林外截沙，林内固沙的“工程固沙与生物固沙相结合”技术措施；对干旱半干旱区依据长短结合，以短养长的“工程固沙与生物固沙相结合”技术措施，即前期先用工程技术措施固定流沙后，栽植耐旱的沙生植物起到长期的防沙效果；在有灌溉条件或水资源相对充足的地段尽量采用“植物固沙与工程固沙相结合”的技术措施，这样才能取得更加长效的防治效果。

（二）运作模式

作为铁路建设项目配套设施的防护体系建设与维护，可采用PPP模式进行运作。即政府与民营机构签订合作协议，授权民营机构代替政府建设、运营或管理基础设施（如铁路、桥梁等）并向公众提供公共服务，主要是基础设施的融资、设计、建造、经营和维护等。对于已经成熟的铁路防沙治沙技术体系，需要通过政策的正确引导，在铁路项目的建设初期，由专业队伍编制完善的专项规划和具体实施方案，通过专家的评审，优化实施方案。对配套建设内容，做到早规划、早实施，同时加强建设管理，建立完善的管理体系，分级负责建管体制，确保人力、物力和财力的基本保证。在此过程中需要由设计、建造、融资、经营等各环节的配合运行，在实现了防护体系的建设任务后，通过相关部门的统一验收后，打包一次性移交铁路部门进行正常的维护管理，只有这样才能保证项目质量。

（三）示范推广情况

成熟的防风固沙技术模式绝非简单的照搬照抄，在道路防风固沙体系的建设初期就应谋划优先，由专业科研、设计、工程人员组成系统的人才队伍，在勘测选线、设计、施工、养护维修的各种区域均存在相互关联、密不可分的关系。根据不同的区域环境条件，做到固、阻、疏、治的科学合理的治理措施，才能实现事半功倍的作用，减少资金投入，实现治表治本的最终目标。

在不同铁路沿线，因地制宜采取了不同的防沙治沙模式，“兰新铁路酒泉清水段防沙治沙模式”依然是运用范围较广泛的成熟技术之一，为兰新铁路的安全运营起到了很好的保障作用，产生了巨大的经济效益和生态、社会效益，也为其他铁路沿线的防沙治沙提供了示范带头作用。该项防沙治沙技术在我国的兰新线、包兰线、青藏线及格库铁路、公路沿线的防沙治沙中得以推广运用。尤其是我国近年来修建的横穿沙漠戈壁，全长2000多km的京新高速（G7）公路，在穿沙过程中得以广泛运用和提升改造，起到了很好的保护作用，该防沙治沙模式具有较好的示范推广价值。

作者：姚 泽、刘世增、张大彪（甘肃省治沙研究所）