鄂州某水利樞紐工程水土保持方案設(shè)計(jì)研究

摘 要：本文基于筆者多年從事水土保持方案設(shè)計(jì)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以湖北省鄂州市某水利樞紐工程的水土保持方案設(shè)計(jì)為研究對象，論文首先分析了該工程的基本情況和水土流失預(yù)測，進(jìn)而給出了詳細(xì)的水土保持方案設(shè)計(jì)內(nèi)容，全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：水利樞紐工程 水土保持方案 設(shè)計(jì) 水土流失

中圖分類號：TV22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0050-02

水利樞紐工程建設(shè)是人類改造自然界的一種手段，通過開發(fā)利用水資源，實(shí)現(xiàn)水資源在時間上和空間上的重新分配，達(dá)到為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)的目的。工程建成以后，可獲得較大的社會經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，如防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、水庫養(yǎng)殖、旅游等。但在工程開發(fā)建設(shè)過程中，必然會擾動原地貌、損壞土地及植被、產(chǎn)生大量棄土石渣，造成新增水土流失，如不及時采取防治措施，將危害區(qū)域環(huán)境和威脅下游安全，從而在一定程度上制約國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，進(jìn)行切實(shí)可行的水土保持方案設(shè)計(jì)，防治水土流失，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和工程安全服務(wù)。下面以該水利樞紐工程水土保持方案設(shè)計(jì)作為實(shí)例進(jìn)行分析。

1 基本情況

1.1 項(xiàng)目區(qū)自然和社會環(huán)境概況

某水利樞紐工程位于湖北省鄂州境內(nèi)，該流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量在1600～2000 mm之間，其中約60%的降水量集中在3～6月。多年平均氣溫在17.3 ℃～18.3 ℃之間。壩址多年平均流量223 m3/s，多年平均徑流深1041 mm，多年平均徑流總量73.5×108 m3。

工程涉及區(qū)的土壤種類主要有水稻土、潮土、紅壤、紫色土等。工程區(qū)的森林覆蓋率在20%左右，主要植被類型有常綠闊葉林、亞熱帶針葉林、灌叢草坡、竹木、落葉闊葉林、河漫灘植被及經(jīng)濟(jì)林等。工程區(qū)現(xiàn)有水土流失是以地表徑流沖刷引起的水力侵蝕為主，主要形式為面蝕，其次為溝蝕。水土流失強(qiáng)度為1286 t/km2·a，屬輕度流失區(qū)。

1.2 工程概況

該水利樞紐是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水和航運(yùn)等綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為65.00 m，防洪限制水位61.00 m，防洪高水位67.94 m，相應(yīng)防洪庫容3.10×108 m3，調(diào)節(jié)庫容1.14×108 m3，灌溉農(nóng)田面積33533.3 hm2，電站總裝機(jī)容量49.5 MW；提供工業(yè)和生活用水量1.0 m3/s；通航過壩設(shè)施按100 t級斜面升船機(jī)考慮。另外，為減OdRs7ab6ZK7oQUqgA+MK8Q==少淹沒損失，對庫區(qū)4個片區(qū)采取工程防護(hù)措施。該水庫為大（二）型水庫，屬Ⅱ等工程。主要樞紐建筑物有：主壩、副壩、泄水建筑物、電站廠房、灌溉進(jìn)水閘等。工程總工期42個月。工程靜態(tài)總投資98835.78萬元，總投資101605.36萬元。

2 水土流失預(yù)測

工程建設(shè)中產(chǎn)生的水土流失量主要由兩部分組成：一是由于工程擾動原地貌、破壞或占用土地及植被，使該范圍內(nèi)土壤侵蝕加劇所造成的水土流失量；二是由于工程建設(shè)產(chǎn)生的大量棄渣不合理堆放而增加的水土流失量。該工程擾動原地貌、損壞土地及植被面積達(dá)2 310.14 hm2，工程施工期總棄渣量為55.06×104 m3（松方）。經(jīng)采用類比法和數(shù)學(xué)模型法相結(jié)合的預(yù)測方法進(jìn)行分析計(jì)算，該工程施工區(qū)將由原有的輕度水土流失區(qū)變?yōu)閺?qiáng)度水土流失區(qū)，水土流失強(qiáng)度將由原來的1286 t/km2·a增加到7000 t/km2·a，工程建設(shè)可能造成的水土流失量達(dá)8.91×104 t～9.41×104 t。

3 水土保持方案設(shè)計(jì)

3.1 水土流失防治分區(qū)

該水利樞紐工程占地面積共81.1 hm2，其中包括大壩、廠房等樞紐建筑物占地（17.5 hm2），棄渣場（29.4 hm2）、土料場（8.7 hm2）、石料場（2.4 hm2）、永久公路（4.8 hm2）、施工臨時占地（18.3 hm2）。根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)、主體工程的布局、可能造成的水土流失情況以及工程建設(shè)用地范圍等，將工程水土流失防治劃分為6個防治類型區(qū)，即棄渣場、土料場、石料場、樞紐工程基礎(chǔ)開挖區(qū)、永久公路、施工臨時占地。

3.2 水土保持措施總體布局

根據(jù)各水土流失防治類型區(qū)的水土流失特點(diǎn)，遵循治理與防護(hù)相結(jié)合、植物措施與工程措施相結(jié)合、防治水土流失與改善生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的原則，統(tǒng)籌布局各項(xiàng)水土保持措施，形成完整的水土流失防治體系：以工程措施為先導(dǎo)，在棄渣場建立攔渣工程，對各永久建筑物周邊、塊石料場及公路沿線等開挖邊坡采取邊坡防護(hù)工程；利用工程措施的控制性和速效性，使新增水土流失得以集中攔蓄和控制，在此基礎(chǔ)上，對料場、渣場利用工程棄土進(jìn)行表土回填和覆土，經(jīng)土地整治工程后采取植樹造林種草等植物措施進(jìn)行綠化；對臨時施工區(qū)、廠區(qū)、公路沿線及庫區(qū)周圍等進(jìn)行綠化，通過植物措施和土地整治工程，保護(hù)新生地表和改善生態(tài)環(huán)境，棄分發(fā)揮綠化工程的觀賞性和后效性，實(shí)現(xiàn)水土流失由被動控制到開發(fā)治理的轉(zhuǎn)變。

3.3 分區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)

3.3.1 棄渣場地水土保持措施

樞紐工程永久棄渣量為55.06×104 m3（松方），在右岸上下游和左岸下游共設(shè)布置有3個棄渣場。

（1）右岸上游棄渣場：位于壩址右岸上游1.5～2.0 km的一級階地，地面高程54～60 m（黃海高程），場地開闊，由于此棄渣場位于水庫淹沒區(qū)，其棄渣主要為石渣（堆渣量為22.96×104 m3），因此在水庫蓄水前將棄渣推平即可，水庫蓄水后其被淹沒，對水庫防洪不產(chǎn)生影響，也不會造成水土流失危害。

（2）右岸下游棄渣場：位于壩址右岸下游1.5 km處的一級階地，地面高程57 m（黃海高程）左右，堆渣量為5.0×104 m3，因?yàn)樵摋壴鼒鑫挥诤拥肋?，為防止棄渣造成水土流失危害，需在棄渣場臨河一側(cè)修筑攔渣工程，對棄渣進(jìn)行攔擋。根據(jù)渣場的地形、地貌、地質(zhì)、建材來源及施工條件，經(jīng)過對攔渣堤和擋渣墻進(jìn)行方案比選分析認(rèn)為，采用衡重式漿砌石擋渣墻攔渣。擋渣墻為4級建筑物，全長426 m，墻高5.5 m，底寬3.3 m，頂寬0.5 m，基礎(chǔ)底部修筑一底板，厚0.5 m。墻體沿縱向每隔10～15 m設(shè)一道伸縮沉降縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)用瀝青麻布或?yàn)r青木絲填塞，墻體縱向每隔2～3 m設(shè)置<75 mm的PVC排水管，墻內(nèi)管口設(shè)置反濾。擋渣墻經(jīng)穩(wěn)定應(yīng)力分析，符合規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定要求。此外，棄渣場地所在地區(qū)集雨面積0.145 km2，24 h設(shè)計(jì)最大清水流量0.296 m3/s，為避免渣場上游匯水對渣場的沖刷影響，需在棄渣堆積平臺的內(nèi)側(cè)修筑漿砌石排水溝，排水溝長468 m，斷面型式為梯形，邊坡系數(shù)m=1，粗糙系數(shù)n=0.014，底坡i=1/500，排水溝深h=0.6 m，下底寬b=0.5 m，上底寬B=1.7 m，在排水溝出水口設(shè)置漿砌塊石水簸箕，坡比為1∶2，采用M7.5水泥砂漿塊石砌筑，塊石厚度在20 cm以上，露明面用1∶3水泥砂漿勾縫，底部臥漿，單層鋪砌，土基應(yīng)夯實(shí)，必要時按基底寬鋪設(shè)人工基礎(chǔ)。棄渣表面平整覆土后營造水土保持林，造林樹草種為濕地松、木荷、胡枝子、混合草種（百喜草、結(jié)縷草、狗牙根草等兩種或兩種以上混合），混交方式為喬灌草行間混交、濕地松與木荷星狀混交，即隔行每隔4株濕地松種植1株木荷，整地方式采用穴狀整地，濕地松和木荷穴大40 cm×40 cm×40 cm，胡枝子穴大20 cm×20 cm×20 cm，混合草種采用條播，播間距為30 cm。

（3）左岸下游棄渣場：位于壩址左岸下游1.5 km處的河漫灘地（砂料場旁），地面高程53 m（黃海高程）左右，場地開闊，堆渣量為27.7×104 m3。由于其地理位置的特殊性，在水土流失防治措施設(shè)計(jì)中采用了兩種方案進(jìn)行比選，一種是在棄渣場臨河一側(cè)修筑漿砌石擋渣墻進(jìn)行攔渣，但由于其地形、地質(zhì)等因素，使工程造價較高，施工較為復(fù)雜，而且視覺上容易有突兀感，影響景觀，因此經(jīng)分析比較后，選用第二種方案，即堆渣時將棄渣先臨時堆放于砂料場旁的灘地上，四周修筑臨時擋土墻進(jìn)行攔擋，臨時擋土墻墻高1 m，由裝土草袋堆砌而成，取砂結(jié)束后將臨時擋土墻拆除，并將15×104 m3棄渣填于砂料場凹坑中（工程取砂量為15×104 m3），其余12.1×104 m3棄渣依就地勢堆墊于砂料場表面，平均堆高約0.63 m，坡度約1∶200。經(jīng)分析，此處棄渣不影響河道行洪，棄渣經(jīng)壓實(shí)后表面平整覆土并營造水土保持林，水土保持林的栽植行方向要順著規(guī)整流路所要求的導(dǎo)線方向，林帶與水流方向構(gòu)成30°～45°角度，呈雁翅形造林。造林樹種為垂柳、黃梔子，混交方式采用行間混交，每隔2行黃梔子種植1行垂柳，垂柳株行距為4 m×6 m，黃梔子株行距1.5 m×2 m，整地方式為穴狀整地，垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm，黃梔子穴大20 cm×20 cm×20 cm。

3.3.2 土料場水土保持措施

土料場包括樞紐工程圍堰用土料場和副壩用土料場以及防護(hù)工程用土料場，其中圍堰用土料場有2個，副壩用土料場有1個，均位于庫區(qū)，水庫蓄水后將被淹沒；防護(hù)工程用土料場有10個，均分布于相應(yīng)堤防附近。土料開采時剝離的表層棄土，先集中堆放在各土料場取料形成的工作臺面，土堆堆置高度不超過3 m，堆置邊坡坡比控制在1∶2.0以內(nèi)，在土堆邊坡坡腳修筑裝土草袋成臨時擋土墻進(jìn)行擋土，土料開采結(jié)束后進(jìn)行表土回填，回填厚度0.3～0.5 m。對防護(hù)工程用土料場還應(yīng)根據(jù)土料場的地形及料場來水情況，在料場采挖面內(nèi)設(shè)置土質(zhì)排水溝，并與料場周邊排水系統(tǒng)相銜接，形成完善的排水系統(tǒng)。排水溝邊坡系數(shù)m取值1.25，糙率n取值0.0275，底坡i取值1/600。土料場經(jīng)土地整治后復(fù)耕還農(nóng)。

3.3.3 石料場水土保持措施

石料場包括樞紐工程用石料場和防護(hù)工程用石料場，其中樞紐工程用石料場有2個，分別位于壩址左岸上游0.3～0.6 km處和壩址右岸上游0.8 km處；防護(hù)工程用石料場也有2個，均分布于堤防附近。石料開采時剝離的無用層棄土，集中堆放在各石料場取料形成的工作臺面，四周用裝土草袋建臨時擋土墻進(jìn)行攔擋，石料開采結(jié)束后進(jìn)行表土回填，回填厚度2 m，營造水土保持林草，造林樹草種采用濕地松、木荷、胡枝子、百喜草和狗牙根草等混合草種，混交方式為喬灌草行間混交，濕地松與木9993cbe516088e9601a3f64167429415荷星狀混交，穴狀整地，規(guī)格為濕地松和木荷穴大40 cm×40 cm×40 cm，胡枝子穴大20 cm×20 cm×20 cm，混合草種采用播間距為30 cm的條播方式。

3.3.4 樞紐工程基礎(chǔ)開挖面防護(hù)措施

樞紐工程基礎(chǔ)開挖面在工程完工后大部分被大壩、消力池、護(hù)坦等永久建筑物覆蓋，在主壩與山體的連接處有部分開挖面在工程完建后仍會裸露，需作好開挖面防護(hù)。樞紐工程土方開挖后的邊坡裸露面積約150 m2，坡比小于1∶1.5，根據(jù)其立地條件，這部分邊坡裸露面撒播百喜草、狗牙根、馬尼拉草、結(jié)縷草、高羊茅、草地早熟禾、多年生黑麥草等混合草籽進(jìn)行種草護(hù)坡，混合草種采用撒播，用耙或耱等方法覆土鎮(zhèn)壓，覆土厚度0.5～1 cm，播種量為15 kg/hm2；樞紐工程石方開挖后的巖石邊坡面積約400 m2，這部分邊坡裸露面因表面為基巖，無法直接恢復(fù)植被，可采取種植爬山虎或常青藤等攀巖植物進(jìn)行綠化，爬山虎或常青藤為單行種植，每穴1株，株距1 m，穴狀整地規(guī)格為20 cm×20 cm×20 cm。

3.3.5 永久公路綠化措施

永久公路包括上壩公路0.2 km、進(jìn)廠公路0.18 km、至副壩公路4.5 km及時對外公路4.7 km。在公路的內(nèi)側(cè)，開挖后的裸露面因表面多為基巖無法直接恢復(fù)植被，因此采取種植爬山虎或常有藤等攀巖植物進(jìn)行綠化；在公路的外側(cè)，裸露面多為回填的土石方，可在碾壓平整后，在路邊種植行道樹，采用樹種為杉樹，單行種植，株距3 m，穴狀整地規(guī)格為40 cm×40 cm×40 cm；對于填方邊坡，采用撒播生長快的百喜草、狗牙根等草籽進(jìn)行綠化。

3.3.6 施工臨時占地區(qū)水土保持措施

施工臨時用地主要分布于沿河道兩岸。對終止使用的施工場地，進(jìn)行土地平整，營造水土保持林，造林樹種為垂柳、黃梔子，采用行間混交方式，每隔2行黃梔子種植1行垂柳，垂柳株行距4 m×6 m，黃梔子株行距1.5 m×2 m，穴狀整地規(guī)格為垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm，黃梔子穴大20 cm×20 cm×20 cm。

4 結(jié)論

該水利樞紐工程水土保持總投資為1039.94萬元，各項(xiàng)費(fèi)用包括水土保持設(shè)施補(bǔ)償費(fèi)346.12萬元、工程措施449.91萬元、植物措施83.85萬元、臨時工程93.13萬元、獨(dú)立費(fèi)用46.72萬元、預(yù)備費(fèi)20.21萬元。水保方案實(shí)施后，工程建設(shè)損壞的植被面積除淹沒和建筑物占地外，大部分可以有效恢復(fù)，工程開挖、填筑及棄渣等形成的裸露面將基本上由植被覆蓋，預(yù)計(jì)植被覆蓋率在工程完工后可達(dá)到90%；擋渣墻等工程措施可防止棄渣崩塌、滑坡等危害發(fā)生，防止泥沙進(jìn)入河道產(chǎn)生淤積，減輕洪澇災(zāi)害等不利影響。工程區(qū)土壤侵蝕模數(shù)由7000 t/km2·a減少至500 t/km2·a，水土流失治理度達(dá)到95%，生態(tài)環(huán)境效益和社會效益十分顯著。

總之，水利樞紐工程建設(shè)雖然涉及范圍廣，開挖動土面多，對當(dāng)?shù)氐乃帘３謺硪欢ㄓ绊懀灰鶕?jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)，切實(shí)做好水土保持設(shè)計(jì)工作，通過水土流失防治點(diǎn)、線、面相結(jié)合的總體布局，因地制宜地采取攔渣、護(hù)坡、土地整治及綠化等各項(xiàng)水土流失防治措施，就能有效控制人為新增水土流失，并治理工程區(qū)原有水土流失，使泄入下游河道泥沙顯著減少，保障工程安全，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，形成工程建設(shè)和生態(tài)環(huán)境治理協(xié)調(diào)發(fā)展的良性循環(huán)。

參考文獻(xiàn)

[1]溫存，郭明凡.石油管道類工程建設(shè)水土保持方案設(shè)計(jì)—— 以南寧—百色成品油管道工程為例[J].科技資訊，2009（20）.

[2]呼運(yùn)平.萬家寨引黃一期工程水土保持監(jiān)測分析研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2007（6）.

[3]劉軍號，胡明月.安徽省重點(diǎn)洼地治理工程水土保持方案分析[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（3）.

[4]張學(xué)文.高速公路建設(shè)對黃土高原溝壑區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境的影響研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2008（7）.

[5]鄒文祥.黃河積石峽水電站水庫淹沒區(qū)等級公路改建工程水土保持方案設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2010（5）.