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何吉成，徐雨晴，张春英. 广梅汕铁路电气化改造的生态效应分析[J]. 生态科学, 2010, 29(1)：085-090.
HE Ji-cheng, XU Yu-qing, ZHANG Chun-ying. Ecological effects of electrification reconstruction of Guangzhou-Meizhou-Shantou
railway[J]. Ecological Science, 2010, 29(1)：085-090.

广梅汕铁路电气化改造的生态效应分析
何吉成1，徐雨晴2，张春英3
1. 中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所， 北京 100081
2. 中国气象局国家气候中心，北京 100081
3. 中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津 300250
【摘要】 定量地分析了广梅汕铁路电气化改造工程的生态效应，主要探讨了改造过程中生物量损失、水土流失的生态负效
应及改造后水环境、大气环境得到改善的生态正效应。结果表明，广梅汕铁路电气化改造施工造成的植被生物量损失共计
334.5 t，工程造成新增水土流失量为 689.0 t。电气化改造后，龙川机务段每年生产污水的污染物排放数量将会减少，其中油
类将减少 21.9 kg，COD 减少 76.1 kg，SS 减少 145.3 kg。经过电气化改造，全线每年减少耗油 2.16 万 t，每年向大气减少排
放 153.21 t CO、1 085.42 t NOX、47.47 t SO2、328 t 碳烟和 110.06 t CnHm。随着植被恢复措施功能的显现，其生态负效应是
逐年减弱的，因而该线路电气化改造工程的生态正效应远远大于其负效应，改造工程会带来良好的生态效应。
关键词：广梅汕铁路；电气化改造； 生态效应
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2010.01.015 中图分类号：X171 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2010)01-085-06

Ecological effects of electrification reconstruction of Guangzhou-Meizhou-Shantou
railway
HE Ji-cheng
1
, XU Yu-qing
2
, ZHANG Chun-ying
3

1. Energy Saving, Environmental Protection & Occupational Safety and Health Research Institute, China Academy of Railway
Sciences, Beijing 100081, China
2. National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
3. China Railway Electrification Survey Design & Research Institute CO., Ltd., Tianjin 300250, China
Abstract: In this paper, the ecological effects of Guangzhou-Meizhou-Shantou railway electrification project, including negative
effects and positive effects (e.g. improving water and atmosphere quality) were quantitively analyzed. The results showed that
during the reconstruction period: 1) the vegetation biomass lost 334.5 t; 2) the reconstruction project incurred 689.0 t soil and
water loss. After the electrification project was finished, the amount of water contaminant discharge in production sewage
significantly decreased in Longchuan locomotive depot. The annual discharge amount of oil, COD, SS would reduce 21.9 kg,
76.1 kg and 145.3 kg, respectively. Moreover, the annual emission amount of CO, NOX, SO2, soot and CnHm would reduce 153.21 t,
1 085.42 t, 47.47 t, 328 t and 110.06 t, respectively because electric traction was applied. The electrification reconstruction project
of Guangzhou-Meizhou-Shantou railway would bring great ecological, economic and social benefit to the regions along the
railway.
Key words: Guangzhou-Meizhou-Shantou railway; Electrification reconstruction; Ecological effects

收稿日期：2009-07-27 收稿，2010-02-20 接受
基金项目：广梅汕铁路电气化改造工程环境影响评价项目（2009JZB067HB09）资助
作者简介：何吉成（1976—），男，地理学博士，生态学博士后，副研究员，主要从事生态学研究和铁路环保工作。E-mail: jichenghe@gmail.com
第 29 卷 第 1 期 生 态 科 学 29(1): 085-090
2010 年 2 月 Ecological Science Feb. 2010

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1 引言 (Introduction)

电气化铁路具有功率大、能耗低、周转快、污染
小等优点，对改善我国交通运输业的能源消费结构起
到积极的推动作用，因此电气化铁路已经成为我国铁
路的主要发展方向[1]。对既有线进行电气化改造，是
今后一段时期内我国铁路建设的主要任务之一。既有
线经过电气化改造后，不仅使运输能力提高，还大幅
度减少机务段废水排放量，明显降低生产污水中油类
和 COD 的浓度[2]，最重要的是运行机车实现了 CO、
NOx、SO2、CnHm（碳氢化合物）和碳烟等大气污染
物的零排放。因此，铁路电气化改造对改善铁路沿线
大气、水污染现状具有重要的意义和明显的环境效益。
但是，在铁路电气化改造过程中，修筑路基、改拨线
路、修建电化工点等活动会破坏原有地表植被，造成
生物量损失，引发新的水土流失，因而会造成一定的
生态负效应。广梅汕铁路穿行于粤东山地丘陵区，沿
线一直是广东省水土流失严重的地区[3]。本研究以广
梅汕铁路龙川至龙湖南段电气化改造为例，比较水环
境、大气环境改善的生态正效应和生物量损失、水土
流失的生态负效应，综合分析其电气化改造的生态效
应。该研究可为综合评估电气化改造的经济环境效益
提供参考，也为采取相应的生物措施和工程措施来减
少电气化改造过程中的生物量损失和水土流失、降低
改造工程的生态负效应提供依据。

2 沿 线 自 然 环 境 特 征 与 工 程 概 况 (Local
Environmental Characteristics and the
Electrification Reconstruction Project)

2.1 线路沿途自然环境特征
广梅汕铁路位于粤东山地丘陵区，沿途多丘陵、
盆地、中低山，个别地段为平原区。龙川至梅州段处
于武夷山脉西南端，线路穿过东江与韩江水系的分水
岭、兴宁盆地、宁江阶地及丘陵、梅江丘陵低山区和
梅州盆地。畲江至龙湖南段经过莲花山脉的中低山区、
榕江和韩江三角洲，沿途地形包括中低山、丘陵和平原。
沿线属亚热带海洋性气候，气候温和，雨量充沛。年均
温为 21.4 ℃左右，年平均降雨量为 1 450~1 700 mm。
沿线地带性土壤以赤红壤为主，同时受地形、母质和
人类耕种活动的影响，还分布有山地黄壤、紫色土和
水稻土[4]。沿途植被类型主要是亚热带常绿阔叶林，
南部有少量季雨林型常绿阔叶林，但原生林已遭到严
重破坏，只有在深山沟谷中才残存部分次生林，常绿
阔叶林树种主要有木荷（Schima superba）、鸭脚木
（Brassaiopsis hainla）、木姜子（Litsea cubeba）、
九节木（Psychotria rubra）等[5]。现在绝大部分植被
已成为马尾松-灌木草生群落，部分山地丘陵已被小
叶桉（Eucalyptus exserta）人工林覆盖，低丘、平原、
谷地多已开辟为农田，以农业植被为主。

2.2 工程概况
广梅汕铁路龙川至龙湖南段是广梅汕铁路的主
要组成部分，它是粤东地区的干线铁路，对粤、赣、
闽三省的客货交流有着重要的作用。它可分为三段：
1 龙川至畲江段，该段基本为东西走向；2 畲江至梅
州段，该段由畲江折向东北方向，与梅江平行直至梅
州市；3 畲江至龙湖南端，该段由畲江折向东南方向，
穿越莲花山脉到达揭阳站，然后东折至潮州站，再往
南至潮安地区（见图 1）。其中龙川站至梅州站长
132.295 km，畲江站至龙湖南站长 112.4 km，正线全
长共计 244.695 km，联络线长 1.071 km。

图 1 广梅汕铁路的地理位置
Fig.1 The location of Guangzhou-Meizhou-Shantou railway
本工程为既有线电气化改造，维持既有线路方案
不变，只进行现状电化。电气化改造过程中会产生生
态影响的工程主要有：1 线路改造工程：主要为畲江
联络线的改造和 21 个车站的到发线延长工程；2 铁
场、兴宁、揭阳、清潭和梅南 5 个变电所修建工程；
3 岐岭、畲江、梅州、丰顺和潮州 5 个接触网工区的
建设工程；4 沿线雨水泵站建设工程。电气化改造
工程占地共计 24.43 hm2，其中永久用地 18.52 hm2，
临时用地 5.91 hm2。电气化改造工程计划于 2010 年
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初开工，2010 年底完工，预计工期 1 年。

3 电气化改造的生态负效应 (Negative Ecological
Effects of the Electrification Reconstruction)

3.1 改造工程损失的植被生物量
工程共占用农田面积为 8.91 hm2，农田植被生物
量损失计算公式如下：
)/())1(( fHIAMCCB 农田 (1)
公式（1）中：B农田为农田植被生物量（t），C为粮食
产量（t.hm-2），MC为作物收获部分的含水量，A为
农田面积（hm2），HI为作物收获指数（经济产量与
作物地上部分干重的比值），f为农田作物地上部分
生物量占全部生物量的比值。沿线地处亚热带南缘，
水热充沛，主要农田作物是水稻。据研究[6]，水稻收
获部分的平均含水量为 14%，收获指数平均值为
0.445。据Jackson等人的研究[7]，农作物根茎比平均
值为 0.1，据此推算，农作物的f值为 0.91，每公顷粮
食产量按 7.5 t计，由公式（1）算得损失农田植被生
物量为 141.9 t。
工程共占用荒草地面积为 15.52 hm2，荒草地的
植被生物量损失计算公式如下：
FASWW  )( 0 (2)
公式(2)中：W为植被生物量损失（t），W0 为原地貌
现存植被生物量（ t.hm-2），S为植被年净生产量
（t.hm-2.a-1），F为植被面积（hm2），A为时段（a）。
沿线地带性植被类型为亚热带常绿阔叶林，由于人类
开发活动的影响，原生植被已遭到严重破坏，铁路沿
线已基本退化为荒草地。据朴世龙等人的统计[8]，我
国广东省草地的平均生物量 7.61 t.hm-2，在此，W0
取 7.61 t.hm-2，S取我国草地净初级生产量的平均值
4.8 t.hm
-2
.a
-1 [9]。经公式（2）计算，因工程占地损失
荒草地的植被生物量为 192.6 t。
综合上述计算结果，本工程施工期对耕地和荒草
地的占用造成的植被生物量损失共计 334.5 t，其中农
田植被生物量占 42.4%，荒草地植被生物量占 57.6%。

3.2 改造工程引发的水土流失量
本次电气化改造施工过程中扰动原地貌的活动
主要集中在线路改建、变电所修建、接触网工区建设
和临时施工场地占用等。土石方开挖、填筑、工程铺
架、修筑便道等施工活动，必然会破坏占地范围内原
地表植被，扰动相对稳定的土体结构，造成土体抗蚀
能力下降，使工程区内水土保持设施的蓄水保土功能
降低或丧失，并为水土流失的发生提供大量松散堆积
物，因此施工期是水土流失预测的重点时段。
本工程水土流失量主要采用模式预测法进行估
算，根据收集到的沿线地区水土流失遥感调查成果资
料，结合实地调查及相关专家的咨询意见，针对铁路
沿线水土流失现状，根据中华人民共和国水利部发布
的土壤侵蚀分类分级标准[10]，基于沿线各市水保部
门的相关资料，来确定沿线不同站点的原地貌土壤侵
蚀模数。工程扰动土壤侵蚀模数的确定采用类比法，
类比该地区并参考临近地区的其它铁路建设工程①②。
预测时段内当前的水土流失量计算公式如下：
 
n
iiwis TFMW
1
1
(3)
公式(3)中：Ws1 为当前水土流失量（t）；Mwi 为原地
貌土壤侵蚀模数（t.km-2.a-1）；Fi为扰动地表面积（km
2）；
Ti 为预测时段（a）；n 为预测单元。
预测时段内电气化改造工程可能造成的水土流
失量预测公式为：
 
n
iiris TFMW
1
2
(4)
公式（4）中：Ws2为电气化改造过程中的水土流失量
（t）；Mri为工程扰动地貌土壤侵蚀模数（t.km
-2
.a
-1）；
其它参数的意义同公式（3）。
预测时段内电气化改造工程新增的水土流失量
为：
12 ss WWW  (5)
由公式（3）-（5）算出，工程占地区域内原地
貌背景水土流失量为 230.6 t，施工期间如果未采取任
何防护措施，工程建设可能造成的水土流失量为
919.6 t，其中线路改造工程占 51.2%，变电所建设工
程占 24.4%，接触网工区建设工程占 22.3%，沿线雨
水泵站建设工程占 2.1%。工程可能造成新增水土流
失量为 689.0 t，由于铁路电气化改造的施工建设，导
致占地范围内的水土流失总量增加了近 3 倍左右。铁
路建设对当地水土流失的影响主要表现在施工过程
中的挖高填低、建筑施工、修筑便道等作业对地表的

①
铁道部第二勘测设计院. 新建铁路广梅汕线环境影响报告
书（总报告）. 1989.
②
中国铁道科学研究院. 改建铁路峰福线横峰至南平段电气
化改造工程环境影响报告书. 2008.
1 期 何吉成，等：广梅汕铁路电气化改造的生态效应分析 087

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扰动，使土壤降低了其原有的固土保水能力，加上沿
线降雨量大，多为山区丘陵，特定的气候地形条件造
成了松散的土体很容易被雨水冲走，从而加剧了建设
区域内的水土流失量。就不同的改造工程来看，线路
改造工程新增的水土流失量最大，达到 355.4 t，占可
能新增的水土流失总量的 51.6%，变电所和接触网工
区建设各占 23.5%和 22.6%，雨水泵站建设新增的水
土流失量最小，只有 16 t，仅占可能新增的水土流失
总量的 2.3%左右，出现上述情况的主要原因是线路
改造工程扰动原地貌面积较大，而雨水泵站建设占地
面积相对很小。

4 电气化改造的生态正效应 (Positive Ecological
Effects of the Electrification Reconstruction)

4.1 电气化改造对机务段水环境质量的改善
广梅汕铁路公司只在龙川设有一个机务段，电气
化改造后，将新增 11 台电力机车，其中货机 8 台，
机型为 SS7，客机 3 台，机型为 SS7C。由于龙川机
务段还承担着京九线龙川至深圳、东莞之间的内燃机
车客机、货机交路任务，因此，电气化改造后，龙川
机务段仍然持有一定数量的内燃机车。现假设新增
11 台电力机车后，龙川机务段相应淘汰 11 台内燃机
车。
机车的日常保养、清洗、洗修、架修等作业均在
机务段完成，机车清洗、修理过程中会排放生产废水，
尤其是含油污水如果处理不当，对周边水体水质会造
成不良影响。现分析 11 台电力机车和 11 台内燃机车
每年在机务段所产生的污染物排放量，来分析电气化
改造对龙川机务段生产污水的改善效应。
据研究报道③，平均每台内燃机车年清洗、洗修、
架修的污水排放量为 75 m3，目前还没有电力机车相
应的清洗、洗修、架修污水排放量数据，现假定每台
电力机车的生产污水年排放量与内燃机车相同。内燃
机车和电力机车清洗修理所排放的生产污水的污染物
浓度见表 1，由表 1 可知，与内燃机车生产污水相比，
电力机车的生产污水水质有明显的不同，其污染物中
油类的浓度只有前者的 1/6，COD和SS浓度下降了一
半左右。由每台内燃机车和电力机车每年所排放的污
染物数量（见图 2）可知，电气化改造后，龙川机务

③
铁道部第二勘察设计院. 新建铁路广梅汕线环境影响报告
书（分报告）. 1989.
段每年生产污水中的污染物数量将会减少，其中油类
将减少 21.9 kg，COD减少 76.1 kg，SS减少 145.3 kg，
从而改善了机务段生产污水水质，降低了污水处理成
本，不仅产生了生态正效应，还带来了经济效益。

表 1 内燃机车和电力机车生产污水的污染物浓度（mg.L-1）
Table 1 The contamination concentration of production
sewage for diesel and electric locomotives (mg.L-1)
机车类型
Locomotive type
油
Oil
COD SS 数据来源
④⑤

Data source
内燃机车 31.54 168 360 峨眉、遵义、
西昌 3 个内
燃段均值
电力机车 5.03 75.8 183.9 宝鸡东电力
段

图 2 内燃机车与电力机车生产污水中污染物数量比较
Fig.2 The contaminant amount in production sewage for
diesel and electric locomotives

4.2 电气化改造对沿线大气环境质量的改善
目前，内燃机车承担着广梅汕铁路的客货运输牵
引任务，内燃机车燃烧柴油后会向大气排放大量的废
气，废气中的污染物在气流逸散区内可以造成极高的
局部范围内的大气污染[11]，影响沿线空气质量。内
燃机车排放的主要大气污染物有CO、NOX、SO2、
CnHm和碳烟等，其中CO、CnHm和碳烟都是燃烧不完
全的产物。下面从广梅汕铁路每年内燃机车牵引列车

④
铁道部第二勘察设计院. 新建铁路广梅汕线环境影响报告
书（分报告）. 1989.
⑤
铁道部劳动卫生研究所. 陇海线郑州-宝鸡段铁路电气化
改造工程环境影响报告书（水环境影响评价）. 1988.
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而排放的大气污染物数量上，来分析电气化改造工程
对沿途大气环境改善的生态正效应。
内燃机车燃烧柴油排放的大气污染物数量计算
公式如下：
  )10( 4 ii KeNL
GQ (6)
公式(6)中：Qi为内燃机车i种大气污染物的排放量（g），
G为内燃机车的牵引定数（t），L为区间距离（km），
N为区间通过列车列数（上行+下行），e为内燃机车
每万吨公里耗油量（kg），Ki为燃油污染物排放系数
（g.kg-1）。据统计⑥，一般内燃机车牵引客车按每万
吨公里耗用 32 kg燃油，牵引货车按每万吨公里耗用
30 kg燃油来计算机车耗油量。CO、NOX、SO2 三种
污染物的排放系数采用蔡惟瑾等人[12]对三种内燃机
车实验测试的平均值，即KCO=7.1 g.kg
-1，KNOx=50.3
g.kg
-1，KSO2=2.2 g.kg
-1。碳烟和CnHm排放系数采用铁
道部劳动卫生研究所及铁道机车车辆研究所的试验
数据⑦，K碳烟=15.2 g.kg-1，KCnHm=5.1 g.kg
-1。

表 2 广梅汕铁路目前的客货列车开行方案
Table 2 The train schedule for Guangzhou-Meizhou-Shantou
railway
类别
Items
龙畲线
Longshe
Railway
畲梅线
Shemei
Railway
畲汕线
Sheshan
Railway
区间距离(km) 96.206 34.269 135.621
牵引质量(t) 3000 3000 3000
每日客车对数 7 9 4
每日货车对数 7 5 6

目前，广梅汕铁路客货列车开行方案见表 2，由
公式（6）和表 2 计算得出，目前在广梅汕铁路龙川-
畲江，畲江-梅州和畲江-汕头三个区间上，因内燃机
车牵引客货列车，每年耗用燃油 2.16 万t，每年向大
气排放 153.21 t CO、1 085.42 t NOX、47.47 t SO2、328
t 碳烟和 110.06 t CnHm。电气化改造后，广梅汕铁路
将由电力机车取代内燃机车来牵引列车，将实现大气
污染物的零排放，即相当于每年减少排放上述相应数
量的大气污染物，因此电气化改造对沿线大气环境改

⑥
铁道部第一勘察设计院. 改建铁路京九线龙川至常平段技
术改造工程环境影响报告表. 1995.
⑦
铁道部劳动卫生研究所. 陇海线郑州-宝鸡段铁路电气化
改造工程环境影响报告书（大气环境影响评价）. 1988.
善具有明显的生态正效应。

5 讨论与结论 (Discussion and Conclusions)

5.1 讨论
本研究分析了广梅汕铁路电气化改造工程的生
态负效应和生态正效应，其生态负效应主要发生在施
工期（1 年），表现为造成占地范围内的植被生物量
损失和引发新的水土流失。改造工程的生态正效应表
现在工程完工后，减少了机务段生产污水的污染物排
放量，实现了大气污染物的零排放，对机务段生产污
水水质和沿线大气环境具有明显的改善作用。工程竣
工后，临时用地不再占用，将对其进行植草绿化，各
牵引变电所、接触网工区的绿化地段以及路基边坡等
区域植被会逐步恢复，因改造工程而损失的植被生物
量会逐步得到补偿和恢复。随着植被防护功能的逐步
显现，占地范围内的水土流失量也会越来越小。在机
务段水体污染物排放计算上，本文按 11 台电力机车
取代 11 台内燃机车的情形来比较的，如果在运营中
11 台电力机车代替更多的内燃机车承担牵引任务，
则机务段水质改善正效应会更加明显。因此，改造工
程的生态负效应是短暂的，其趋势是逐年减弱的，改
造工程的生态正效应是持久的，随着以后运输能力的
加大，其正效应表现得更为突出。因而从长远角度来
看，该线路的电气化改造工程的生态正效应远远大于
其负效应，会产生良好的生态效应。
从大气污染物排放转移上看，电力机车本身不排
放CO、NOX、SO2、CnHm、碳烟等大气污染物，电力
牵引对大气环境的间接影响主要来自燃煤电厂，而利用
水电、核电不会间接造成大气污染。但与内燃机车沿途
分散排放、难于治理相比，燃煤电厂大气污染物属于集
中排放，易于治理。因此，电气化改造后，从铁路运输
本身来看，实现了大气污染物零排放，从对电力利用的
间接影响上看，也大大减少了污染物的排放。
从健康和安全角度上来说，在隧道较多的山区，
内燃机车排放的废气在长隧道里逸散较慢，较高浓度
的大气污染物如果进入客车车厢，将会影响乘客和乘
务员的健康。例如，2009 年 3 月 18 日，K646/647 次
列车运行到焦柳线荆门至石门北区段时，因负责牵引
任务的内燃机车柴油机燃烧不充分，导致机车排放黑
烟，加上列车运行区间在湘西山区隧道群中，逸散不
畅，造成部分黑烟进入列车车厢，引起部分旅客不适。
广梅汕铁路穿越粤东山区，全线共有隧道 58 座，总长
1 期 何吉成，等：广梅汕铁路电气化改造的生态效应分析 089

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16 079.96 m，占线路全长的 6.57%，电气化改造后，
通过电力机车牵引可以避免隧道内大气污染物会聚，
改善隧道内空气质量，完全能够避免类似事件的发生。

5.2 结论
本文定量地分析了广梅汕铁路电气化改造工程
的生态效应，主要探讨了改造过程中生物量损失、水
土流失的生态负效应及改造后水环境、大气环境得到
改善的生态正效应。研究表明，广梅汕铁路电气化改
造施工造成的植被生物量损失共计 334.5 t，其中农田
植被生物量损失为 141.9 t，荒草地植被生物量损失为
192.6 t。工程建设区域内原地貌背景水土流失量为
230.6 t，施工期间如果未采取任何防护措施，工程建
设可能造成的水土流失量为 919.6 t，工程可能造成新
增水土流失量为 689.0 t。电气化改造后，龙川机务段
每年生产污水的污染物数量将会减少，其中油类将减
少 21.9 kg，COD减少 76.1 kg，SS减少 145.3 kg，从
而改善了机务段生产污水水质，降低了污水处理成本。
经过电气化改造后，全线每年减少耗油 2.16 万t，每
年向大气减少排放 153.21 t CO、1 085.42 t NOX、47.47
t SO2、328 t 碳烟和 110.06 t CnHm。随着植被恢复措
施功能的显现，其生态负效应是逐年减弱的，伴随着
以后运输能力的加大，其生态正效应表现得更为明显。
因此，该线路的电气化改造工程的生态正效应远远大
于其负效应，会产生良好的生态效应。

致谢（Acknowledgement）

现场调查工作，得到了广梅汕铁路公司、龙川机
务段及沿线各车站的协助配合，在此致以谢意。
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090 生 态 科 学 Ecological Science 29 卷

广梅汕铁路电气化改造的生态效应分析
作者： 何吉成， 徐雨晴， 张春英， HE Ji-cheng， XU Yu-qing， ZHANG Chun-ying
作者单位： 何吉成,HE Ji-cheng(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所,北京,100081)， 徐雨晴,XU Yu-qing(中国气
象局国家气候中心,北京,100081)， 张春英,ZHANG Chun-ying(中铁电气化勘测设计研究院有限公司,天津
,300250)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2010,29(1)

参考文献(12条)
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