貴州大中型水電工程水土流失特征和防治措施

易仲強(qiáng)，張習(xí)傳，陳小燕，魏 浪,趙 俊，張 宇，張 亞

(1.中國電建集團(tuán) 貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

貴州大中型水電工程水土流失特征和防治措施

易仲強(qiáng)1，張習(xí)傳1，陳小燕2，魏 浪1,趙 俊1，張 宇1，張 亞1

(1.中國電建集團(tuán) 貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

水土流失；特征；防治措施；大中型水電工程；貴州

貴州的水能儲(chǔ)藏量居全國第六位，可開發(fā)水能居全國第四位。在對水能資源開發(fā)中，大中型水電工程占主導(dǎo)地位，其工程建設(shè)不僅能充分利用貴州豐富的水能資源，同時(shí)還具有防洪、灌溉、供水、旅游等綜合效益，對促進(jìn)貴州省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。分析和總結(jié)了貴州大中型水電工程建設(shè)特點(diǎn)和水土流失特征，并提出了相應(yīng)的防治建議，即在工程建設(shè)過程中健全和完善水土保持管理體系，并科學(xué)配置棄渣防護(hù)、邊坡治理、表土剝離保存和綜合利用的水土保持措施體系，以控制工程建設(shè)過程中的水土流失。

貴州省內(nèi)河流坡降陡、落差大，水能儲(chǔ)藏量豐富，全省水能理論蘊(yùn)藏量達(dá)1 589.09億kW·h，居全國第六位；可開發(fā)水能達(dá)778.0億kW·h，居全國第四位[1]，大中型水電工程在全省水能開發(fā)中占主導(dǎo)地位。大中型水電工程不僅能充分利用貴州豐富的水能資源，而且還具有防洪、灌溉、供水、旅游等綜合效益，對促進(jìn)貴州省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[2]。但是，工程建設(shè)也帶來了地表擾動(dòng)、植被破壞、水土流失等一系列環(huán)境問題。尤其是貴州位于喀斯特發(fā)育強(qiáng)烈的脆弱生態(tài)區(qū)，山高坡陡，土層薄，一旦被破壞就極難恢復(fù)，所以做好水電工程水土保持工作對保護(hù)和改善貴州的區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 水電工程建設(shè)特點(diǎn)和水土流失特征

貴州境內(nèi)的大中型水電工程主要分布于烏江、南盤江、北盤江3條河流上。這些流域降水充沛，多年平均降水量900～1 400 mm，多集中在5—10月，強(qiáng)降雨是該區(qū)域產(chǎn)生水土流失的主要因素。水土流失是受各種自然因素的潛在影響，通過人為生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)誘發(fā)、引發(fā)、觸發(fā)作用而產(chǎn)生的[3]，而大中型水電工程在開發(fā)建設(shè)過程中，往往因其擾動(dòng)強(qiáng)烈而可能產(chǎn)生較大的土壤侵蝕。

1.1 施工土石方直接進(jìn)入河道，造成嚴(yán)重流失

貴州境內(nèi)的大中型水電工程的大壩樞紐均位于高山峽谷中的河流上，坡降較大，施工中深挖、高填造成地表形態(tài)改變，產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)疏松、孔隙較大的松散土石，在降雨的作用下極易進(jìn)入河道被水流沖走而發(fā)生流失。同時(shí)，配套修建的施工道路，通常沿河流方向布設(shè)，施工過程中不可避免地產(chǎn)生大量開挖邊坡和松散土石方，受地形、運(yùn)輸條件的限制，這些土石可能被直接推下山坡進(jìn)入河道，造成嚴(yán)重的水土流失。

由此可見，若不采取有效的防護(hù)措施，在造成巨大水土流失的同時(shí)，還會(huì)淤積河道，抬高河床，影響河道的行洪能力，對工程區(qū)和下游的防洪和群眾的生存環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]。高強(qiáng)度的土石方開挖，導(dǎo)致植被破壞和徑流改變，進(jìn)而影響土壤甚至是地質(zhì)結(jié)構(gòu)，一旦遇到暴雨還極易造成山體滑坡和泥石流。

1.2 擾動(dòng)地表和破壞植被、耕地范圍大，建設(shè)周期長

貴州境內(nèi)的大中型水電工程往往位于較為偏僻的地方，這些區(qū)域人類活動(dòng)相對較少，原始地貌較完整，植被和自然生態(tài)系統(tǒng)相對比較穩(wěn)定。但在大型水電工程建設(shè)過程中，大壩樞紐施工、施工生產(chǎn)生活設(shè)施布設(shè)、料場取料、棄渣場棄渣等環(huán)節(jié)對地表造成的擾動(dòng)和破壞非常劇烈，而水庫蓄水又必然造成大量土地被淹沒，這都對當(dāng)?shù)刂脖缓蜕鷳B(tài)環(huán)境有不小的負(fù)面影響。

一個(gè)大中型水電工程項(xiàng)目的占地往往高達(dá)幾百甚至幾千公頃，且大部分需長時(shí)間占用，特別是水庫蓄水永久淹沒的土地面積一般占項(xiàng)目總用地面積的80%以上，被淹沒土地的原有功能完全喪失。布置施工生產(chǎn)生活設(shè)施的區(qū)域通常要求地勢相對平坦，而貴州地處典型的喀斯特土石山區(qū)，平地極少，且地勢平坦的區(qū)域基本為農(nóng)耕地，所以工程建設(shè)占用生產(chǎn)力較高的農(nóng)耕地較多，絕大多數(shù)被占用的農(nóng)耕地完全轉(zhuǎn)變了原土地的利用方式和功能。另外，水電工程項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容復(fù)雜，建設(shè)周期往往較長，一般要6～10年[5]，長時(shí)間的施工活動(dòng)也增加了發(fā)生水土流失的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 采石取土和棄渣(棄土、棄石等)量巨大

大中型水電工程的大壩樞紐高幾十米甚至幾百米，為滿足壩體穩(wěn)定和保證大壩工程安全，對壩基開挖的要求高，而在壩基開挖過程中勢必產(chǎn)生大量的廢棄土石方，加上大壩樞紐、導(dǎo)流洞、溢洪道等水工建筑物的施工，動(dòng)用土石方量會(huì)高達(dá)數(shù)百萬方甚至數(shù)千萬方。另外，大壩砌筑所需要的土石方量或混凝土量巨大，導(dǎo)致采石、取土量增加，必然產(chǎn)生新的擾動(dòng)和破壞。如北盤江董箐水電站工程土石方開挖量約為2 185萬m3，經(jīng)土石方平衡和綜合利用后，永久棄渣量仍高達(dá)1 100萬m3。可見，貴州大中型水電工程建設(shè)采石取土和棄渣量巨大，若不注意加強(qiáng)防護(hù)，將造成比較嚴(yán)重的水土流失。

1.4 開挖回填形成的邊坡多，造成的土壤侵蝕強(qiáng)度大

貴州省內(nèi)地形起伏大，在水電工程建設(shè)過程中，壩肩開挖、土石料開采、棄渣運(yùn)輸和堆積、施工道路修建等不可避免地形成較多裸露邊坡，甚至高陡邊坡，成為新的水土流失源地。若不重視防護(hù)和治理，在水力和重力共同作用下，邊坡可能出現(xiàn)嚴(yán)重的土壤侵蝕，甚至發(fā)生滑塌等危害。

2 水土流失防治措施探討

2.1 轉(zhuǎn)變觀念，健全和完善水土保持管理體系

水土流失不僅是單純的環(huán)境保護(hù)問題，也關(guān)系到主體工程的安全運(yùn)營、穩(wěn)定和使用年限[6]。因此，對待水土流失防治工作應(yīng)從以前的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變到自覺實(shí)施的觀念上來，切實(shí)抓好水土保持監(jiān)理、監(jiān)測工作。水電工程動(dòng)工前，建設(shè)單位要委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位及時(shí)開展水土保持工程監(jiān)理和監(jiān)測工作。由監(jiān)理單位負(fù)責(zé)對水土保持工程的實(shí)施進(jìn)度、質(zhì)量和資金進(jìn)行監(jiān)控管理；由監(jiān)測單位負(fù)責(zé)按照監(jiān)測方案開展監(jiān)測工作，為水土保持工程竣工驗(yàn)收提供依據(jù)。建立由建設(shè)單位統(tǒng)一組織，設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等共同參與并分工負(fù)責(zé)的水土保持管理機(jī)構(gòu)和體系，從水土保持工程設(shè)計(jì)、施工、現(xiàn)場協(xié)調(diào)等各方面明確工作程序和制度，各司其職做好水土保持工作。

2.2 抓住重點(diǎn)，科學(xué)配置水土保持措施

2.2.1 棄渣防護(hù)

水電工程開發(fā)和建設(shè)過程中產(chǎn)生的棄渣是主要的水土流失物源[7]。目前，主要采取的處理方式是選擇恰當(dāng)?shù)臈壴鼒黾卸阎貌⒓右苑雷o(hù)。鋼筋石籠擋墻、漿砌石擋墻是常規(guī)采用的攔擋措施，已普遍應(yīng)用到貴州大中型水電工程中，效果顯著。格賓石籠擋墻為柔性設(shè)施，因其加入了能增加強(qiáng)度、防腐蝕的材料，使用壽命遠(yuǎn)比鋼筋石籠長，因此格賓石籠擋墻在軟基、容易發(fā)生變形的部位具有更好的攔擋效果。如貴州光照水電站和大花水水電站采用了相當(dāng)數(shù)量的格賓石籠擋墻，對渣料擋護(hù)發(fā)揮了很好的效果。

截水溝、排水溝(排水隧洞)、排水箱涵等截排水措施也已普遍應(yīng)用于很多建設(shè)項(xiàng)目中。結(jié)合貴州部分大中型水電工程水土保持措施目前運(yùn)行的情況，截排水設(shè)施在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)特別注意配套完善的排水體系，并在排水出口和截排水溝順接工程連接處布設(shè)消能設(shè)施和沉沙設(shè)施，盡可能減少或防止水土流失。同時(shí)還應(yīng)充分考慮防淤、運(yùn)行維護(hù)等問題。

2.2.2 邊坡治理

在水電工程建設(shè)中，壩基、料場等位置大范圍的開挖和回填不可避免地形成較多邊坡，有不少是高邊坡，為保證邊坡穩(wěn)定和防止水土流失，必須對邊坡進(jìn)行科學(xué)有效的防護(hù)和治理。為落實(shí)生態(tài)優(yōu)先、保護(hù)自然景觀和生態(tài)系統(tǒng)的水土保持設(shè)計(jì)理念[8]，應(yīng)盡可能優(yōu)先考慮生態(tài)防護(hù)。植物護(hù)坡一般是通過覆土后撒播草籽進(jìn)行邊坡綠化，是最常用的方式之一，具有施工簡單、價(jià)格低廉、養(yǎng)護(hù)方便等特點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合立地條件，盡量選擇當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土草種。如貴州省內(nèi)多個(gè)大中型水電工程選用了香根草作為護(hù)坡植物，因香根草生長迅速、根系長且龐大、耐旱能力強(qiáng)，不僅可以有效地防止水土流失，還可增加綠化面積。

植物護(hù)坡通常應(yīng)用于坡度較緩的邊坡，當(dāng)邊坡坡度較陡、坡體巖土均勻且較穩(wěn)定時(shí)，采用漿砌石或混凝土框格護(hù)坡等綜合護(hù)坡形式更為適宜。即當(dāng)在坡面固定好框格后，在框格內(nèi)種草或栽種藤本植物，進(jìn)行綜合防護(hù)。在各類土質(zhì)邊坡均可應(yīng)用，常用坡比1 ∶10～1 ∶1.5，每級邊坡高度不超過10 m。即使邊坡穩(wěn)定性稍差，也可采取現(xiàn)澆鋼筋混凝土框格，并增加錨桿加固的護(hù)坡方式。綜合護(hù)坡措施在貴州董箐、光照等水電站工程中得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮了顯著作用。

植被混凝土護(hù)坡是一種將特定的植被混凝土基材按一定比例配制好后，采用噴播設(shè)備將基材噴射至坡面進(jìn)行植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)的技術(shù)[9]。在缺少植物生長基層材料的巖石邊坡，該護(hù)坡技術(shù)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢。貴州光照水電站針對開挖坡度達(dá)80°的巖質(zhì)邊坡采用了此種護(hù)坡方式，從運(yùn)行情況來看，防治效果較好、基質(zhì)穩(wěn)定、植被長勢良好，可推廣到其他各種坡度、各種質(zhì)地(石質(zhì)、土質(zhì)等)的邊坡。根據(jù)光照水電站邊坡治理的實(shí)踐，當(dāng)邊坡上方集水面積大時(shí)應(yīng)布設(shè)截水溝攔截洪水。

2.2.3 表土剝離保存和綜合利用

貴州地處西南喀斯特地區(qū)，生態(tài)脆弱，土壤層薄，植被恢復(fù)相當(dāng)困難。水電項(xiàng)目施工場地和渣料場等在修建過程中，清除的表土量大，這些表層土壤肥力相當(dāng)高，是貴州喀斯特山區(qū)的稀有資源，若不能剝離保存和充分利用，將造成極大的浪費(fèi)，因此對剝離的表土進(jìn)行保護(hù)和綜合利用是極為重要的設(shè)計(jì)理念。結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件和項(xiàng)目的具體情況，本著合理配置資源的原則，將肥沃的表層土壤剝離、單獨(dú)堆放并進(jìn)行防護(hù)，為后期整治、恢復(fù)擾動(dòng)和損毀的土地提供土源，避免為整治土地而增加建設(shè)區(qū)外的取土量，既可減少土地和植被破壞，減少水土流失，又可為建設(shè)單位節(jié)省后期植被恢復(fù)購?fù)梁透餐恋馁Y金。如貴州光照水電站工程將15 hm2的表層土壤剝離后集中堆放保存，共保護(hù)肥沃土壤2 400 m3。

3 結(jié) 語

鑒于貴州喀斯特土石山區(qū)的特殊性和大中型水電工程建設(shè)的復(fù)雜性，大中型水電工程配套布設(shè)的防護(hù)措施體系要具有針對性和系統(tǒng)性。盡管貴州大中型水電工程的水土保持防護(hù)措施不盡相同，但只要抓住關(guān)鍵性因素，有針對性地布設(shè)水土保持措施，做好棄渣防護(hù)、邊坡治理、綜合利用表土資源等，建設(shè)過程中的水土流失將會(huì)得到有效控制。在渣料防護(hù)體系中，應(yīng)根據(jù)棄渣場的類型選擇恰當(dāng)?shù)臄r擋和截排水措施，堅(jiān)持先攔后棄的原則，并按照要求及時(shí)將棄渣轉(zhuǎn)運(yùn)至指定棄渣場。在邊坡防護(hù)體系中，應(yīng)根據(jù)開挖邊坡的特征和立地條件，制訂恰當(dāng)?shù)姆桨搁_展治理和生態(tài)恢復(fù)，這樣不但能夠達(dá)到穩(wěn)定邊坡和保土蓄水的目的，還能美化邊坡，提高建設(shè)區(qū)域綠化率。

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(責(zé)任編輯 孫占鋒)

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合J字〔2008〕2108)

S157.2

C

1000-0941(2015)03-0014-03

易仲強(qiáng)(1985─)，男，湖北松滋市人，工程師，碩士，從事開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2014-10-20