抽水蓄能電站水土流失預(yù)測及防治措施研究

李寶華

(凌源市水土保持局，遼寧 朝陽 122500)

水電站技術(shù)

抽水蓄能電站水土流失預(yù)測及防治措施研究

李寶華

(凌源市水土保持局，遼寧 朝陽 122500)

在抽水蓄能電站建設(shè)中減小對環(huán)境的破壞，保障經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，十分重要。本文分析了遼寧蒲石河抽水蓄能電站的占地類型，對水土流失進(jìn)行了研究，預(yù)測了潛在水土流失問題及其危害；根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求與技術(shù)參數(shù)，提出了具體的水土保持方法。結(jié)果表明：預(yù)測實(shí)施的水土保持效果各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到目標(biāo)需求，水土流失防治研究方案可以有效治理工程區(qū)水土流失，在一定程度上恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高社會效益有著重要作用。

抽水蓄能電站；水土流失；防治措施；水土保持

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對電力的需求不斷增大，電力蓄能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。抽水蓄能電站具有啟停迅速、調(diào)峰填谷、運(yùn)行靈活等動(dòng)態(tài)功能[1]，由調(diào)峰電源職能向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，對于保障電網(wǎng)安全運(yùn)營和緩解尖峰時(shí)段用電緊張有著重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-3]。然而，抽水蓄能電站規(guī)模較大、施工時(shí)間較長，地表植被損壞嚴(yán)重，喪失蓄水固土能力，導(dǎo)致水土流失，在一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境和自然資源，因此，在抽水蓄能電站建設(shè)中，減小對環(huán)境的破壞、保障經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。

本文通過深入調(diào)查了解蒲石河抽水蓄能電站所在區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)概況及自然條件，分析總結(jié)抽水蓄能電站建設(shè)工程的水土流失成因及特點(diǎn)。研究建立合適的水土流失預(yù)測模型，進(jìn)行水土流失量定量預(yù)測，復(fù)核工程建設(shè)無水土保持限制性因素，預(yù)測潛在水土流失問題及其危害；在此基礎(chǔ)上，提出不同區(qū)域水土保持方法，進(jìn)行植物種植區(qū)域選定。根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求與技術(shù)參數(shù)，提出具體的水土保持方法，并預(yù)測實(shí)施的水土保持效果。結(jié)果表明：各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到目標(biāo)需求，水土流失防治研究方案可有效治理工程區(qū)水土流失，可為抽水蓄能電站水土流失預(yù)測提供理論依據(jù)。

1 電站概況

蒲石河抽水蓄能電站上游庫區(qū)位于東洋河村境內(nèi)，下游庫區(qū)位于小孤山子村境內(nèi)，電站上、下水庫壩址處庫底高差290m，上、下水庫間的直線平面距離為2.60km。電站單機(jī)容量30萬kW，裝機(jī)4臺總，裝機(jī)容量120萬kW，年發(fā)電量為18.69億kW·h，年抽水利用小時(shí)數(shù)2010h，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)1560h，電站擔(dān)負(fù)填谷、調(diào)相、調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)，建成后并入東北電網(wǎng)。

2 電站水土流失特點(diǎn)

2.1 電站土石方分析

工程開挖土石方總量為895.98萬m3，其中，工程剝離表層土38.44萬m3，交通設(shè)施區(qū)開挖土石方192.54萬m3，上庫區(qū)開挖土石方148.12萬m3，下庫區(qū)開挖土石方467.08萬m3，施工生產(chǎn)生活區(qū)開挖土石方49.80萬m3。為減少庫外石料場占地，通過取料增加上水庫的庫容，在上庫庫尾設(shè)置石料場進(jìn)行取料。根據(jù)項(xiàng)目土石方平衡計(jì)算結(jié)果，填筑總量和土石方開挖分別為606.18萬m3和850.50萬m3，全部利用工程開挖料作為填筑料，從上庫區(qū)內(nèi)石料料場自采231.87萬m3，工程棄渣總量521.67萬m3。

2.2 水土流失特點(diǎn)

根據(jù)水土流失類型特點(diǎn)，蒲石河抽水蓄能電站工程區(qū)主要為水力侵蝕(見表1)。根據(jù)水土保持監(jiān)測報(bào)告，抽水蓄能電站的水保目標(biāo)是控制水土流失量在480t/km2以下。

表1 水土流失狀況

2.3 占地類型

工程區(qū)域內(nèi)耕地占用面積較少，減少了生產(chǎn)安置工程量，有效地保護(hù)了耕地資源，臨時(shí)占地和工程永久征地分別為85.93hm2和280.11hm2。為減少工程新增擾動(dòng)原地貌，工程建設(shè)有20%的施工用地利用庫區(qū)已征地，盡量將施工臨時(shí)設(shè)施布設(shè)在已征地范圍內(nèi)，可減少新增擾動(dòng)原地貌及損壞水土保持設(shè)施的數(shù)量。

3 抽水蓄能電站工程水土流失預(yù)測

3.1 水土流失量預(yù)測方法

實(shí)地分析蒲石河抽水蓄能電站實(shí)際情況和工程建設(shè)情況，對工程造成的水土流失單元采用類比法和流失系數(shù)法進(jìn)行預(yù)測。依據(jù)類比工程相同或相近水土流失類型區(qū)塊的監(jiān)測結(jié)果，在綜合分析降水等氣候條件差異、確定類比參數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用類比法，確定該項(xiàng)目預(yù)測分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)值，同時(shí)，對施工場地等區(qū)采用調(diào)查同類型工程方法得出相應(yīng)的土壤侵蝕模數(shù)。結(jié)合研究區(qū)項(xiàng)目施工特點(diǎn)，分析其影響因子，得出研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的修正系數(shù)。

根據(jù)修正系數(shù)，運(yùn)用類比法，確定該工程自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)和各預(yù)測單元施工期?；I建期為水庫施工生活區(qū)、施工倉庫、臨時(shí)道路、上下水庫連接公路、安置區(qū)、承包商營地等，開始施工后，土壤侵蝕模數(shù)減小，擾動(dòng)強(qiáng)度也相對減少。

3.2 水土流失量預(yù)測結(jié)果

工程建設(shè)前，研究區(qū)植被覆蓋較好，有輕度土壤侵蝕，工程建設(shè)可能造成的水土流失總量為32.30萬t，新增水土流失量31.29萬t，其中，籌建期新增水土流失量5.87萬t，施工期新增水土流失量25.38萬t，自然恢復(fù)期新增水土流失量0.04萬t，工程施工期是產(chǎn)生水土流失的重點(diǎn)時(shí)段。因此，在水電站工程建設(shè)中必須進(jìn)行有效的綜合防治，將水土流失影響降到最低。對抽水蓄能電站工程項(xiàng)目可能造成的水土流失進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果見表2。

表2 工程可能造成的水土流失預(yù)測結(jié)果

3.3 水土流失危害分析

通過對蒲石河抽水蓄能電站工程區(qū)水土流失量預(yù)測，總結(jié)水土流失危害，主要包括：工程建設(shè)開挖過程會破壞當(dāng)?shù)刂参锏乇?，降低了土壤對水土流失的抵抗能力；工程建設(shè)開挖和填筑的土石方量較大，產(chǎn)生的棄渣較多，且占地面積較大，若不及時(shí)采取措施，極易產(chǎn)生水土流失；工程開挖和棄渣形成陡坡和裸露面，在降雨等的作用下，容易造成滑塌，若不及時(shí)采取防治措施，將對工程安全、自然景觀等產(chǎn)生負(fù)面影響。

自然恢復(fù)期土壤侵蝕強(qiáng)度高于建設(shè)前的土壤侵蝕強(qiáng)度；工程建設(shè)期輸水樞紐工程區(qū)、交通設(shè)施區(qū)、中轉(zhuǎn)料場區(qū)、表土堆存場區(qū)及棄渣場、移民安置區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)等區(qū)塊，土壤侵蝕強(qiáng)度也高于建設(shè)前的土壤侵蝕強(qiáng)度。

4 抽水蓄能電站水土流失防治措施研究

4.1 工程措施

工程措施主要包括擋渣墻工程、排水工程、土地整治工程等。

擋渣墻工程，采用挖掘機(jī)配合人工開挖，石方開挖以氣腿鉆為主，漿砌石擋土墻所需塊石料從開挖料或棄石中撿集，修整并砌筑漿砌石，土石方開挖除部分用于回填外，大部分作為棄渣處理，就近運(yùn)至規(guī)劃的棄渣場?；炷僚潘疁喜捎梅侄螡仓言耐瑫r(shí)在底部設(shè)置盲溝，盲溝按原溝道水流走向鋪設(shè)，盲溝采用大塊石干砌，以土工布作為反濾層，干砌石面上鋪碎石。施工結(jié)束后，取前期剝離的表土層為覆土來源進(jìn)行場地平整，需復(fù)耕的地塊在覆土后，全面翻耕整地。

4.2 植物措施

電站建設(shè)施工結(jié)束后，經(jīng)場地清理后覆土，恢復(fù)植被，以防止渣場頂面發(fā)生水土流失。采用網(wǎng)格內(nèi)撒播灌草的方法進(jìn)行防護(hù)，網(wǎng)格內(nèi)覆土、撒播草灌進(jìn)行綠化，覆土厚度為0.40m。草籽選用百喜草+香根草+木豆，以1∶1∶1比例混合，按85kg/hm2控制。植被恢復(fù)采用喬灌草相結(jié)合的方式，喬木選擇木荷，灌木選擇木豆籽，草選擇百喜草、狗牙根，地徑大于5cm、苗高2.5m的帶土球的苗木，采取穴狀整地，種植穴的規(guī)格為0.60m×0.50m；株行距為3.5m×3.5m。林下撒播百喜草、狗牙根和木豆混合籽，撒播密度為85kg/hm2，按1∶1∶1比例混合撒播。

4.3 防治效果預(yù)測

工程建設(shè)過程中，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)采取植物措施恢復(fù)植被，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)可恢復(fù)植被面積111.81hm2，實(shí)施植物措施面積111.81hm2，林草植被恢復(fù)率高于99%，達(dá)到了防治目標(biāo)要求。水土保持方案和主體工程中已有水土保持功能的防護(hù)措施實(shí)施后，水土流失將大大減輕，將減少水土流失量31.10萬t，水土流失控制率達(dá)96%。隨著所有水土保持措施發(fā)揮效益，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)土壤侵蝕模數(shù)將下降到427t/(km2·a)，土壤流失控制比為1.12，達(dá)到1.0的防治目標(biāo)。土壤流失控制比見表3。

表3 土壤流失控制比

5 結(jié) 語

通過對蒲石河抽水蓄能電站的綜合研究，得到以下主要結(jié)論：水土流失類型以水力侵蝕為主，表現(xiàn)形式主要為坡面面蝕、淺溝侵蝕及切溝侵蝕，將樞紐工程區(qū)和表土堆放場作為水土流失重點(diǎn)防治區(qū)域和水土保持重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域；結(jié)合研究區(qū)項(xiàng)目施工特點(diǎn)，分析其影響因子，得出研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的修正系數(shù)，運(yùn)用類比法，確定該工程自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)；水土保持措施實(shí)施后，工程建設(shè)擾動(dòng)土地整治率大于98%，水土流失總治理度大于98%，土壤流失控制比達(dá)到1.12，攔渣率達(dá)99%以上，林草植被恢復(fù)率大于99%，林草覆蓋率達(dá)32.0%，水土流失防治指標(biāo)均能達(dá)到方案防治目標(biāo)要求。

[1] 孫學(xué)明.江蘇溧陽抽水蓄能電站引水豎井施工技術(shù)分析[J].中國水能及電氣化,2015(5):13-15.

[2] 劉增宏,郝巨濤.寶泉抽水蓄能電站瀝青混凝土面板斜坡穩(wěn)定性研究[J].中國水能及電氣化,2010(5):36-40.

[3] 沈東明.江蘇溧陽抽水蓄能電站大壩填筑質(zhì)量分析[J].水利建設(shè)與管理,2013(3):54-57.

[4] 尚伯忠,李文娟.大壩瀝青混凝土面板質(zhì)量和調(diào)整設(shè)計(jì)指標(biāo)Monte-Carlo控制法[J].水利建設(shè)與管理,2014(11):26-30.

Study on Prevention and Countermeasures of Water and Soil Erosion in Pumped Storage Power Stations

LI Baohua

(LingyuanMunicipalSoilandWaterConservationBureau,Chaoyang122500,China)

Reduction of damage on environment and guarantee sustainable development of economy is of utmost importance for building of pumped storage power stations. This article analyzes land occupation types of Pushihe pumped storage power station in Liaoning, digs into water and soil erosion and forecasts potential water and soil erosion and its harms; following project designing requirements and technological parameters, it puts forward concrete methods for water and soil conservation. Results indicate that all indicators of water and soil conservation effects forecasted and implemented can reach targeted needs, the research programs on prevention of water and soil erosion can validly redress water and soil erosion in engineering region, restore ecological environ ment to a certain degree and displays a major effect on protect ecological environ ment and boost social effects.

pumped storage power station; water and soil erosion; controlling measures; conservation of water and soil

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.009

S157

A

1673-8241(2017)01- 0028- 04