電廠建設(shè)運(yùn)行中的水土流失預(yù)測與水土保持設(shè)計

楊易，劉國東

(四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610065)

0 引言

四川省成都市地處電力負(fù)荷中心，在該地區(qū)建設(shè)燃煤電廠對于滿足四川電力負(fù)荷需求、資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)、改善四川電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、抗災(zāi)能力及安全穩(wěn)定水平等均具有十分重要的作用。但是，在燃煤電廠建設(shè)過程中，無論采取何種生產(chǎn)工藝，都不可避免地要對原生地貌進(jìn)行擾動，在電廠建設(shè)期和運(yùn)行期都可能導(dǎo)致水土流失急劇增加，造成水土資源和環(huán)境的破壞。因此，必須在建設(shè)燃煤電廠前開展水土流失預(yù)測與水土保持設(shè)計工作，建立健全水土保持工作體系，采取有效的水土保持治理措施，將燃煤電廠生產(chǎn)建設(shè)過程中的水土流失減至最低限度，保持生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

四川國電金堂電廠是成都地區(qū)規(guī)劃的唯一火電電源點(diǎn)，本文將以其二期擴(kuò)建工程為例，對燃煤電廠工程施工及運(yùn)行可能造成的水土流失進(jìn)行系統(tǒng)的分析和預(yù)測，并對項目區(qū)按水土保持需要進(jìn)行合理分區(qū)，對不同區(qū)域采取綜合防治措施，為類似工程的水土保持提供一定的思路。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)自然地理環(huán)境

四川國電金堂電廠二期擴(kuò)建工程項目區(qū)位于四川省成都市金堂縣，成都平原東部與川中丘陵西緣的結(jié)合部，為沱江流域，屬剝蝕堆積的平谷圓緩低丘地貌，地形平緩開闊，山丘與溝谷相間，丘坡槽溝相間。氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，濕度大，云霧多，乏日照，風(fēng)速小，無霜期長。多年平均氣溫為16.6℃，多年平均降雨量為920.1mm，年蒸發(fā)量為 1058.4mm，林草覆蓋率為69.3%。擴(kuò)建項目所在區(qū)屬于西南土石山區(qū)，為四川省水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，土壤容許流失量為500t/(km·a)，土壤主要為紫色土、水稻土和沖積土。植被以農(nóng)作物、散生林木、四旁用材林木、果林為主。水土流失類型以水力侵蝕為主，面蝕為主要流失形式［1］。

1.2 工程項目簡介

四川國電金堂電廠二期擴(kuò)建項目建設(shè)規(guī)模2×1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組，并同步建設(shè)脫硫、脫硝設(shè)施，設(shè)計年發(fā)電量10億(kW·h);灰場設(shè)計堆灰量104.6×104t。擴(kuò)建電廠廠區(qū)在一期預(yù)留場地內(nèi)進(jìn)行修建，可利用一期已建成的進(jìn)廠道路以及鐵路專用線、廠外取水泵房、排水管線以及通訊設(shè)備等完整的輔助設(shè)施，故本期工程需擴(kuò)建廠區(qū)，新建灰場、交通道路，廠外供輸水管線與一期工程并行走線，不需新建取水泵房;對于運(yùn)煤鐵路，在原有鐵路專用線的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改建即可。由于電廠在正常運(yùn)行中所產(chǎn)生的灰渣和脫硫石膏主要考慮綜合利用，故灰場僅作為事故備用灰場。

2 可能造成的水土流失預(yù)測與結(jié)果分析

電廠建設(shè)工程為點(diǎn)式工程，征占土地比較集中，根據(jù)主體工程施工擾動特點(diǎn)、建設(shè)時序、地貌特征、自然屬性和各部位水土流失的危害和擬采取的防治措施的特點(diǎn)，可將水土流失預(yù)測范圍劃分為5個防治分區(qū):廠區(qū)、交通運(yùn)輸區(qū)、灰場區(qū)、供輸水管線區(qū)、施工生產(chǎn)區(qū)。按生產(chǎn)建設(shè)類項目水土流失預(yù)測要求，預(yù)測時段應(yīng)包括工程建設(shè)期和運(yùn)行期。工程建設(shè)期又含施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期。

點(diǎn)式工程建設(shè)產(chǎn)生的水土流失具有流失場地和流失時段比較集中的特點(diǎn)，水土流失主要發(fā)生在施工期，為水力侵蝕。由于我國火力發(fā)電廠以燃煤為主，而現(xiàn)階段其運(yùn)行產(chǎn)生的灰渣仍不能完全綜合利用，需堆入儲灰場。粉煤灰起動風(fēng)速低，揚(yáng)灰高度大，懸移質(zhì)含量高［2］。故而運(yùn)行期灰場很可能由于管理不善和措施不完全而產(chǎn)生風(fēng)力侵蝕，造成水土流失。

2.1 水土流失預(yù)測內(nèi)容和方法

水土流失預(yù)測的具體內(nèi)容和方法見表1。

表1 水土流失預(yù)測內(nèi)容及方法

目前準(zhǔn)確預(yù)測開發(fā)建設(shè)項目水土流失尚無成熟的方法和模型，為使本項目預(yù)測結(jié)果具有較高的可信性，根據(jù)工程建設(shè)可能造成植被的破壞、表土的臨時堆積以及項目周邊環(huán)境等時機(jī)情況，結(jié)合工程的設(shè)計資料，采用定性分析和定量計算相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)測［3］。

2.1.1 建設(shè)期工程各分區(qū)水土流失預(yù)測

建設(shè)期工程各分區(qū)采用水土流失模數(shù)法經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行水土流失預(yù)測。

水土流失量［4］:

新增土壤流失量:

式中:W為擾動地表土壤流失量，t;△W為擾動地表新增土壤流失量，t;I為預(yù)測單元，1，2，3，……n;k為預(yù)測時段，1，2，3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期;Fik為第i個預(yù)測單元第k時段的流失面積，km2;Mik為擾動后不同預(yù)測單元不同時段的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2.a;Mik為不同單元各時段新增土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a;Mi0為擾動前不同預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)即背景值，t/km2·a;T為流失時間，a。

侵蝕模數(shù)主要包括土壤侵蝕模數(shù)背景值的選取和工程建設(shè)擾動后土壤侵蝕模數(shù)的選取和確定。

(1)土壤侵蝕模數(shù)背景值的選取

擾動前土壤侵蝕模數(shù)即背景流失模數(shù)。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190－2007)中的土壤侵蝕強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程占地區(qū)原地貌的土地利用類型、坡度和覆蓋度進(jìn)行估算。

(2)工程建設(shè)擾動后土壤侵蝕模數(shù)的確定

目前，工程建設(shè)擾動后的土壤侵蝕模數(shù)的確定主要有數(shù)學(xué)模型法、經(jīng)驗(yàn)公式法、實(shí)地測試法、類比法等［5］。在本項目當(dāng)中，水土流失預(yù)測的參數(shù)將完全利用與其地形、地貌、土壤植被類型、氣候條件、施工工藝等方面基本相同的類比工程—四川國電金堂電廠一期工程及其配套灰場的水土流失監(jiān)測成果和水土流失模數(shù)。

2.1.2 運(yùn)行期灰場灰渣水土流失預(yù)測

一般情況下，運(yùn)行期灰場已經(jīng)修建擋防排水設(shè)施，水力侵蝕發(fā)生在防護(hù)區(qū)內(nèi)，不再流失，因此不必再計算灰場的水力侵蝕，僅計算灰場灰渣因風(fēng)力侵蝕可能造成的流失量?；覉龆鸦殷w風(fēng)力侵蝕流失量采用公式進(jìn)行預(yù)測，其計算公式如下:

式中:G為飛灰容重，t/m3;S為灰場面積，m2;H為根據(jù)工程情況，碾壓后的灰體邊坡風(fēng)蝕強(qiáng)度造成的每年灰渣的流失厚度，mm。

2.2 水土流失預(yù)測結(jié)果及分析

由上述分析預(yù)測可知，本項目建設(shè)過程中永久占地、臨時占地范圍內(nèi)的土地都將被擾動，產(chǎn)生水土流失。因此，可確定擾動原地貌和損壞水土保持設(shè)施面積為工程總占地93.77hm2。各區(qū)域土石方總挖方125.38 ×104m3，總填方 124.13 ×104m3，挖填基本平衡［6］。預(yù)測時段內(nèi)工程永久占地區(qū)水土流失量總計 12596.39t，新增流失量 10428.15t。產(chǎn)生的水土流失明顯表現(xiàn)出流失場地和流失時段比較集中的特點(diǎn)，主要發(fā)生在施工期，產(chǎn)生流失的重要部位是廠區(qū)、灰場區(qū)和施工生產(chǎn)區(qū)中的臨時堆土區(qū)，運(yùn)行期主要是灰場灰渣的流失，其中灰場區(qū)新增水土流失量7075.89t，占永久占地區(qū)新增水土流失總量的64.82%，是水土流失的主要部位。

本項目建設(shè)中，廠區(qū)、灰場區(qū)、施工生產(chǎn)區(qū)、交通運(yùn)輸區(qū)、供輸水管線區(qū)等各部位的自然因素和擾動方式的差異，造成的土壤侵蝕強(qiáng)度和危害程度也不同。結(jié)合工程布置和施工特點(diǎn)，分析可能造成的水土流失危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)破壞水保設(shè)施，影響耕地，降低土壤肥力，加劇原有水土流失;

(2)增加沱江的泥沙含量，影響魚類生長;

(3)可能造成局部滑坡、坍塌，危及廠區(qū)安全;

(4)貯灰場灰渣流失影響周圍環(huán)境。

3 水土保持措施體系

在不影響主體工程正常施工的前提下，水土保持措施要堅持重點(diǎn)治理與面上防護(hù)相結(jié)合，臨時措施與永久措施相結(jié)合、植物措施與工程措施相結(jié)合，以工程措施和臨時措施為先導(dǎo)，首先發(fā)揮其速效性和保障性，使人為新增水土流失在“點(diǎn)”上得以集中攔蓄和控制。在重點(diǎn)區(qū)域采取工程措施的同時，加強(qiáng)“面”上的植物措施建設(shè)和土地自然植被恢復(fù)，發(fā)揮植物措施的持久性和綠化、美化作用，恢復(fù)和提高原生地貌的水土保持能力，實(shí)現(xiàn)水土流失防治由被動控制到治理開發(fā)的根本轉(zhuǎn)變，達(dá)到生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

3.1 電廠主體工程中具有水土保持功能的措施

根據(jù)水土保持規(guī)范相關(guān)規(guī)定，永久占地范圍內(nèi)的場地和道路硬化、單純工程擋墻不界定為水土保持工程，截排水溝、擋土墻符合水土保持要求，可納入水土流失防治措施體系。具體見表2。

表2 主體工程中具有水土保持功能的措施

四川國電金堂電廠二期擴(kuò)建項目主體工程設(shè)計中考慮了上述防治措施，但對廠區(qū)及施工生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的臨時堆土尚無統(tǒng)一的規(guī)劃及相應(yīng)的臨時性防護(hù)措施，對施工生產(chǎn)填筑區(qū)未設(shè)計擋土墻和護(hù)坡，除廠區(qū)外其他各區(qū)也未提綠化措施，故從水保角度看仍有待完善，需進(jìn)一步采取措施。

3.2 水土保持設(shè)計

根據(jù)四川省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的公告，工程所在區(qū)屬于四川省水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，按《開發(fā)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》中防治標(biāo)準(zhǔn)等級與適用范圍的規(guī)定，水土流失防治目標(biāo)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。并應(yīng)按施工期、試運(yùn)行期和生產(chǎn)運(yùn)行三個階段制定。

本工程水土流失防治責(zé)任范圍［7－8］與水土流失預(yù)測范圍相同，由前所述，分為5個防治區(qū)。根據(jù)各區(qū)工程特點(diǎn)及水土流失的危害，制定水土保持防治措施。

3.2.1 建設(shè)期水土保持防治措施

(1)工程措施

廠區(qū)、交通運(yùn)輸區(qū)、灰場區(qū)在挖填之前應(yīng)對表土(尤其是耕地表土)進(jìn)行剝離。在本項目中，施工生產(chǎn)區(qū)屬于填筑區(qū)，在西側(cè)形成較大的填筑邊坡，極易產(chǎn)生水土流失，需在此設(shè)置漿砌石擋土墻和人字型截水骨架植草護(hù)坡。

廠區(qū)土石方挖、填方量大，對地表擾動劇烈，要做好土石方的轉(zhuǎn)運(yùn)工作，將土石方分層壓實(shí)，運(yùn)至施工生產(chǎn)區(qū)后要用土工布進(jìn)行覆蓋，以防止出現(xiàn)水土流失。

(2)植物措施

廠區(qū)綠化根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況、氣候條件、廠區(qū)建構(gòu)筑物布置、功能分區(qū)、綠化美化、防治污染等要求綜合考慮，合理選擇樹種，突出重點(diǎn)，分區(qū)綠化。廠外道路建成后，考慮在其兩旁栽植抗粉塵、適生性強(qiáng)的行道樹，選用當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土適生樹種，以保持水土，美化環(huán)境。一般供輸水管線埋深較淺，故不適宜在其上種植深根植物，敷設(shè)完成后可采取復(fù)耕、種草綠化等方式恢復(fù)其原有的水保功能。在遠(yuǎn)離管道的施工區(qū)(臨時通道和堆土區(qū)或稱非開挖區(qū))可按原土地類型恢復(fù)。

施工期若臨時堆放于施工生產(chǎn)區(qū)的表層土較多，可在其表面種草防護(hù)。工程結(jié)束后清理恢復(fù)施工場地并平整土地，翻松地面，覆土并按原有土地類型進(jìn)行跡地恢復(fù)。

(3)臨時措施

由于廠區(qū)、交通運(yùn)輸區(qū)、供輸水管線區(qū)、施工生產(chǎn)區(qū)水土流失主要發(fā)生在建設(shè)期，故在施工期需增加沉沙凼、臨時排水溝和對土石進(jìn)行草土袋圍護(hù)和苫蓋等臨時措施。對于灰場主要采取增加初期壩清基、排水設(shè)施施工等臨時措施。并對堆存于灰場表層土采取臨時擋防措施。

3.2.2 運(yùn)行期水土保持防治措施

電廠廠區(qū)在工程運(yùn)行期間大部分面積被占壓使用，未占用的部位已在工程建設(shè)期采取了相應(yīng)的工程及植物措施，待植被恢復(fù)后，電廠廠區(qū)基本無水土流失產(chǎn)生，只需對其進(jìn)行定期維護(hù)，不另外采取水土保持措施。

灰場運(yùn)行期水土保持措施主要是針對堆灰體坡面進(jìn)行的。灰渣經(jīng)過棱體的攔擋以后，基本上都能攔蓄在灰場內(nèi)。但如果灰渣表面未能進(jìn)行充分碾壓，表面含水不足，將產(chǎn)生揚(yáng)塵，從而造成風(fēng)蝕。故應(yīng)及時對堆灰體進(jìn)行碾壓和灑水?；覉鲞\(yùn)行采用分區(qū)、分塊的原則，盡量減小堆灰作業(yè)區(qū)面積，一旦堆灰到設(shè)計標(biāo)高后及時覆土綠化。并在灰渣體馬道內(nèi)側(cè)和兩側(cè)設(shè)漿砌石排水溝和消力池，在馬道上種植灌木和攀援植物等。

3 結(jié)語

電廠的建設(shè)過程中會對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境會造成一定影響，水土保持工作是其建設(shè)過程中必不可少的內(nèi)容。通過編制及實(shí)施水土保持方案，能有效地控制電廠建設(shè)和運(yùn)行過程中的水土流失，同時明確建設(shè)單位所應(yīng)承擔(dān)的水土流失防治范圍和責(zé)任。水土保持措施必須與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)使用，并認(rèn)真履行水土保持監(jiān)測和監(jiān)理職責(zé)，將新增水土流失降到最小，盡力恢復(fù)和改善自然植被，則項目區(qū)生態(tài)環(huán)境將明顯改善，并能帶來顯著的社會效益。

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