新形勢下大型水利工程棄渣場優(yōu)化配置研究

王 晶

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003)

大型水利工程建設(shè)對生態(tài)有一定的破壞作用，為了盡可能降低工程建設(shè)對生態(tài)的影響，將生態(tài)文明理念與實(shí)踐融入水利工程建設(shè)設(shè)計和實(shí)施過程已成為新形勢下的必然趨勢。以大型水利工程引漢濟(jì)渭工程重大環(huán)境影響因素棄渣場為主線，以秦嶺隧洞工程黃三段為例，研究棄渣場的選址、設(shè)計思路更新變化、工程實(shí)施過程中棄渣場優(yōu)化配置與防護(hù)設(shè)計等。棄渣場的設(shè)計以往多側(cè)重于對某個渣場或者某個工程的渣場布置、防護(hù)措施設(shè)計進(jìn)行研究[1-5]， 沒有從立項到實(shí)施整個過程對渣場選擇及防護(hù)措施的變化情況，以及變化的原因進(jìn)行對比，更為欠缺的是如何把生態(tài)文明理念融入渣場設(shè)計中?；谝酝芯康牟蛔?，開展了新形勢下渣場優(yōu)化配置研究，重點(diǎn)研究棄渣場選址與設(shè)計理念更新、設(shè)計內(nèi)容新要求及選址和設(shè)計未來發(fā)展方向等，以期對未來大型水利工程棄渣場選址與設(shè)計提供參考，并為其他建設(shè)項目和將生態(tài)文明理念貫穿棄渣場防護(hù)設(shè)計提供經(jīng)驗(yàn)。

1 水利工程棄渣場選址與設(shè)計

水利工程建設(shè)產(chǎn)生廢棄土石(渣)應(yīng)堆放在專門的存放地。棄渣場選址是在主體工程施工組織設(shè)計土石方平衡的基礎(chǔ)上，綜合考慮地形、地貌、工程水文地質(zhì)條件、敏感因素、渣場容量及運(yùn)距、運(yùn)渣道路、防護(hù)措施及其投資、后期利用方向等因素進(jìn)行的。在選擇渣場時要全面論證，統(tǒng)籌兼顧，科學(xué)布局，力求工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)合理，確保工程穩(wěn)定安全，保證人民生命財產(chǎn)安全和原有設(shè)施的正常運(yùn)行，最大限度地保護(hù)環(huán)境。嚴(yán)禁在對重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財產(chǎn)安全及行洪安全有重大影響的區(qū)域布設(shè)棄渣場。棄渣場不能影響行洪安全，水庫大壩、水利工程建筑物、灌(排)干渠(溝)等建筑物的功能，要保證重要基礎(chǔ)設(shè)施的安全；應(yīng)避開滑坡體等具有不良地質(zhì)條件的地段，避開匯水面積和流量大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道。山區(qū)、丘陵區(qū)棄渣場應(yīng)選擇工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相對簡單，地形相對平緩的溝谷、凹地、坡臺地、灘地等區(qū)域。

按地形條件、與河(溝)相對位置、洪水處理方式等，可將棄渣場分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區(qū)型等五種類型。堆渣宜采取自下而上的方式堆置，容量、堆渣總高度與臺階高度、平臺寬度、綜合坡度和占地面積等堆置要素影響堆置方式。根據(jù)洪水處置方式及堆渣方式可將溝道型棄渣場分為截洪式、滯洪式、填溝式三種，截洪式棄渣場的上游洪水應(yīng)通過隧洞排泄到鄰近溝道中，或通過埋涵方式排至場地下游。滯洪式棄渣場下游布設(shè)攔渣壩，具有一定庫容可調(diào)蓄上游來水，攔渣壩應(yīng)配套溢洪、消能設(shè)施等。臨河型棄渣場宜在迎水側(cè)坡腳布設(shè)攔渣堤，或設(shè)置漿砌石、干砌石、拋石、柴枕等護(hù)腳措施，設(shè)計洪水位以下的迎水坡面宜采取斜坡防護(hù)措施，坡面宜優(yōu)先采取植物措施，渣體頂部宜采取復(fù)耕或植物措施。坡地型棄渣場堆渣坡腳宜設(shè)置擋渣墻，或護(hù)腳護(hù)坡措施，渣體周邊有匯水的，宜布設(shè)截、排水溝，頂部采取復(fù)耕或植物措施。平地型棄渣場堆渣坡腳設(shè)置圍渣堰，坡面布設(shè)截排水措施，頂部采取復(fù)耕或植物措施，填凹型棄渣優(yōu)先填平并復(fù)耕。庫區(qū)型棄渣場應(yīng)采取相應(yīng)工程及臨時防護(hù)措施，避免施工期棄渣流失進(jìn)入河道，可不采取植物恢復(fù)措施，有需要的應(yīng)結(jié)合蓄水淹沒前水土流失影響分析確定。

根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)總體要求，棄渣場選址和設(shè)計必須貫徹保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會建設(shè)的全過程，努力建設(shè)美麗中國，用制度保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2 棄渣場優(yōu)化配置

2.1 立項階段棄渣場設(shè)計情況

秦嶺隧洞工程黃三段為引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程的組成部分，該工程南起黃金峽樞紐左岸壩后泵站壓力管道出水閘，北至三河口樞紐右岸壩下游300 m附近的控制閘，全長16.48 km。黃三段位于佛坪、洋縣接壤地段，隧洞前半段位于洋縣境內(nèi)，始端南距洋縣縣城62 km；隧洞后半段位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)境內(nèi)，末端北距佛坪縣城36 km，東距寧陜縣城55 km。

水利部于2012年5月8日以水保函〔2012〕128號文件對陜西省引漢濟(jì)渭工程水土保持方案進(jìn)行了批復(fù)，2012年6月通過中國國際工程咨詢有限公司的評估。引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程黃三段主要包括水利樞紐工程區(qū)、施工道路區(qū)、水庫區(qū)、棄渣區(qū)、工程管理區(qū)、移民安置區(qū)及安置區(qū)場內(nèi)外道路區(qū)等區(qū)域。秦嶺隧洞工程黃三段工程棄渣總量97.99萬m3，共有2號支洞棄渣場和3號支洞棄渣場兩個單獨(dú)棄渣場，另外與黃金峽水利樞紐共用戴母雞溝棄渣場，與三河口水利樞紐共用蒲家溝棄渣場。16.85萬m3堆至戴母雞溝棄渣場，27.17萬m3堆至2號支洞棄渣場，27.10萬m3堆至3號支洞棄渣場，26.88萬m3堆至蒲家溝棄渣場。棄渣場防治區(qū)的措施為擋渣墻、排洪渠、渣面覆土、綠化、表土收集、臨時攔擋，工程量為：M7.5漿砌石5 179 m3，PVC管172 m，反濾體7.2 m3，瀝青砂板條88.6 m2，土方開挖17 239 m3，土方回填2 730 m3，覆土1.41萬m3，表土1.41萬m3，編織袋裝土155 m3，栽植灌木2.2萬株，種草4.7 hm2。

在項目建設(shè)過程中雖然可能產(chǎn)生一定的水土流失并帶來相應(yīng)的水土流失危害，但按照主體工程設(shè)計的具有水土保持功能的工程及水土保持的各項水土保持措施認(rèn)真落實(shí)，并遵循“三同時”的原則，可有效遏制項目建設(shè)過程中的水土流失，降低水土流失危害。

2.2 實(shí)施階段棄渣場變化情況

2015年4月引漢濟(jì)渭工程初步設(shè)計報告獲得水利部批復(fù)。初步設(shè)計階段秦嶺隧洞黃三段共布置了5個棄渣場，其中1#棄渣場與黃金峽水利樞紐共用戴母雞溝棄渣場，堆渣25.40萬m3；2號渣場位于2號支洞西側(cè)2 km處的良心河溝道，為溝道型棄渣場，堆渣43.0萬m3，占地8.86 hm2；3-1#棄渣場位于3號支洞洞口的沙坪河灘地，為河道型棄渣場，堆渣33.5萬m3，占地5.64 hm2；3-2#棄渣場位于3號支洞東側(cè)1.2 km的安溝，為溝道型棄渣場，堆渣10.0萬m3，占地2.33 hm2；4#棄渣場位于大河壩鄉(xiāng)政府北側(cè)2 km的王家溝，為溝道型棄渣場，堆渣39.0萬m3，占地4.2 hm2。

2.3 棄渣場變化原因分析

(1)可研階段設(shè)計1#渣場為與黃金峽共用的戴母雞溝棄渣場。初步設(shè)計階段原設(shè)計為在黃金峽大壩下游漢江上選擇楊嬋棄渣場棄渣，后與黃金峽樞紐工程施工組織設(shè)計及水土保持專業(yè)復(fù)核確定，黃三段1號支洞出渣25.4萬m3與黃金峽樞紐的戴母雞溝棄渣場一并考慮棄渣容量，防護(hù)措施設(shè)計列入黃金峽樞紐水保設(shè)計。

(2)可研階段設(shè)計的2#渣場為東溝河左岸支溝棄渣場，為截洪式全溝道型棄渣場，堆渣總高度達(dá)58 m，安全穩(wěn)定是個問題。實(shí)施階段通過詳細(xì)論證，選擇2號支洞西側(cè)2 km的良心河溝道棄渣，該河道現(xiàn)有引漢濟(jì)渭前期道路大平隧洞開挖棄渣面積2.67 hm2，渣量10余萬m3，本次堆渣高程與金桑公路持平，然后覆土復(fù)耕，可使小塊田合并成大面積田面，有利于耕作，另外在河道左側(cè)修建擋渣堤排洪，渣場安全性好，不存在安全隱患，且能大面積恢復(fù)耕地，符合生態(tài)文明建設(shè)要求。

(3)可研階段設(shè)計的3#棄渣場位于安溝，溝道縱深達(dá)20多m，布置成截洪式全溝道型棄渣場，堆高達(dá)到42 m，安全穩(wěn)定是個問題。另外，溝口有幾戶居民，進(jìn)溝路僅有3 m寬，需新修運(yùn)渣路，通過詳細(xì)論證，選擇3號支洞洞口東側(cè)0.5 km沙坪河灘地上堆棄3號支洞大部分棄渣，該河道上游現(xiàn)存有引漢濟(jì)渭前期道路隧洞開挖棄渣，已堆至高程636 m，排洪溝底寬2 m、深2 m、邊坡1∶1。本工程棄渣接著上游堆放，堆高至636 m，然后覆土復(fù)耕，可使小塊田合并成大面積田面，有利于耕作，排洪溝與上游排洪溝斷面相同，修至下游溝道口，與可研選擇的棄渣場相比，不存在安全隱患，而且能大面積恢復(fù)耕地，還能把對生態(tài)的不利影響程度降到最低，貫徹了生態(tài)文明理念。

(4)可研階段設(shè)計的4#棄渣場為與三河口共用的蒲家溝棄渣場，由于共用棄渣場堆渣容量不夠，新選擇大河壩鄉(xiāng)政府北側(cè)2 km的王家溝作為4#棄渣場。明確黃三段4號支洞棄渣場為三河口水利樞紐壩后的蒲家溝棄渣場，納入三河口水利樞紐工程區(qū)，蒲家溝溝谷較寬闊，兩岸地形下陡上緩，大部分基巖裸露，谷底高程620～640 m，工程區(qū)有簡易公路相通，交通較方便，無水土保持制約因素。距壩址約2.3 km，設(shè)計棄渣容量178.67萬m3，占地10 hm2。該渣場其中一部分堆存三河口水利樞紐大壩電站及泵站土石方開挖料、大壩部分左岸岸坡巖石開挖料、大壩右岸岸坡巖石開挖料等約147.02萬m3，另一部分堆置秦嶺輸水隧洞黃三段4號支洞棄渣26.88萬m3，合計可堆存棄渣173.90萬m3，滿足設(shè)計堆渣容量。黃三段4號支洞口離蒲家溝較近，水土保持設(shè)計措施完備，是最優(yōu)的棄渣地。若另選棄渣場存在征(租)地問題，占地面積增大，損壞水土保持設(shè)施面積增大，造成相應(yīng)的投資增大，存在設(shè)計周期滯后，勘察設(shè)計費(fèi)用增大等不利因素，制約工程進(jìn)展。

在可研等論證階段由于勘察深度淺，主要考慮運(yùn)距和費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)問題，使得棄渣專門存放地在實(shí)施階段多會發(fā)生重大變化。實(shí)施階段隨著勘察設(shè)計的深入，探明了渣場地層覆蓋及地質(zhì)情況，另外受征租地條件制約，渣場的位置可能要發(fā)生變化，施工工藝和棄渣利用方式的調(diào)整也會導(dǎo)致棄渣量的變化，位置和渣量的變化導(dǎo)致渣場的防護(hù)措施會發(fā)生重大變化。這就要求棄渣專門存放地選址必須根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)的要求重新選取，將尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念運(yùn)用到棄渣場優(yōu)化配置與設(shè)計實(shí)踐中，相應(yīng)的防護(hù)設(shè)計也盡量應(yīng)用新材料，在穩(wěn)定前提下能使用植物措施的盡量使用植物措施恢復(fù)生態(tài)，保證工程建設(shè)對自然的破壞程度降到最低，并與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

3 新形勢下棄渣場優(yōu)化配置

3.1 設(shè)計思路變化

生態(tài)文明建設(shè)的指導(dǎo)思想是以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，全面貫徹黨的十八大關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略部署，把生態(tài)文明理念融入水利工程的各方面，堅持保護(hù)優(yōu)先和自然恢復(fù)為主的方針，實(shí)施綜合治理，加強(qiáng)制度建設(shè)，提高生態(tài)文明水平。就水利工程影響環(huán)境最大的棄渣而言，應(yīng)最大程度地協(xié)調(diào)主體工程優(yōu)化施工組織設(shè)計，減少專門存放地的棄渣量，盡可能利用棄渣。在專門存放地的棄渣場選址上，要堅持科學(xué)發(fā)展，堅持保護(hù)為主、防治結(jié)合，堅持統(tǒng)籌兼顧、合理安排，堅持因地制宜，充分考慮水土保持生態(tài)建設(shè)的要求，積極采用生物技術(shù)護(hù)坡，防止過度“硬化、白化、渠化”，最大程度地降低工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的不利影響。

新形勢下，水利工程由工程水利到資源水利轉(zhuǎn)變，更要堅持生態(tài)保護(hù)優(yōu)先的方針，促進(jìn)人與自然和諧相處，加快水利建設(shè)工作從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代，以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)自然的生態(tài)水利、可持續(xù)發(fā)展水利。研究水利工程引發(fā)的環(huán)境問題，在工程建設(shè)中保護(hù)，全面落實(shí)生態(tài)保護(hù)和治理措施，努力減輕對生態(tài)環(huán)境的影響。在設(shè)計過程中，除了貫徹以上原則，在立項階段就應(yīng)該做好棄渣專門存放地選址的深度選擇，盡量在實(shí)施階段做到最小變更，減少勘察工作量和費(fèi)用，減少審批變更報批，棄渣場必須進(jìn)行優(yōu)化選擇和設(shè)計，運(yùn)用先進(jìn)的評價模式和方法，充分考慮影響因素。在措施配置上要遵循生態(tài)優(yōu)先原則，盡可能利用新材料和植物措施，渣場恢復(fù)與周邊景觀充分協(xié)調(diào)，與周邊環(huán)境功能一致是恢復(fù)的最終目的和渣場防護(hù)設(shè)計的最高水平。

3.2 設(shè)計內(nèi)容要求

棄渣場設(shè)計內(nèi)容主要有選址、堆置方式、穩(wěn)定計算、防護(hù)措施設(shè)計等幾部分。在選址方面，根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)要求，選擇對環(huán)境影響小的區(qū)域作為專門存放地。嚴(yán)禁在對重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財產(chǎn)安全及行洪安全有重大影響的區(qū)域布設(shè)棄渣場。棄渣場的堆置方式宜采取自下而上的方式堆置，堆渣總高度小于10 m的在采取安全擋護(hù)措施的情況下可采取自上而下的方式堆置。對于容量、堆渣總高度與臺階高度、平臺寬度、綜合坡度和占地面積等堆置要素應(yīng)進(jìn)行充分計算后比較確定，占地面積應(yīng)綜合堆渣量、地形、堆置要素、攔渣及截排水措施等因素確定。堆渣高度與臺階高度應(yīng)根據(jù)棄渣物理力學(xué)性質(zhì)、施工機(jī)械設(shè)備類型、地形、工程地質(zhì)、氣象及水文等條件確定。堆渣坡比應(yīng)按渣場穩(wěn)定計算確定。棄渣場與重要基礎(chǔ)設(shè)施之間應(yīng)留有安全防護(hù)距離，并滿足相關(guān)行業(yè)要求。需要進(jìn)行優(yōu)化配置專題對比研究，比較得出最優(yōu)化堆置方案，需要進(jìn)行堆渣體邊坡及其地基的抗滑穩(wěn)定計算，根據(jù)棄渣場級別、地形、地質(zhì)條件，并結(jié)合棄渣堆置形式、堆置高度、棄渣組成、棄渣物理力學(xué)參數(shù)等選擇有代表性的斷面進(jìn)行計算。

在保證穩(wěn)定的前提下進(jìn)行棄渣場的防護(hù)措施設(shè)計，主要的防護(hù)措施包括攔擋措施、截排水措施和植被恢復(fù)措施、復(fù)耕等。攔擋措施主要包括擋渣墻、攔渣堤、攔渣壩和圍渣堰等，擋渣墻應(yīng)布置在原地形斜坡面或坡頂棄渣的渣場坡腳。攔渣堤應(yīng)布置在河道或溝道兩側(cè)較低臺地、階地、灘地棄渣的渣場坡腳。攔渣壩應(yīng)布置在河道或溝道中渣場下游棄渣末端坡腳。圍渣堰適于地形平緩的寬闊地帶，其布置應(yīng)盡量減少棄渣占地。截排水措施包括排洪建筑物、截排水溝等，渣場上游洪水集中時，應(yīng)設(shè)置排洪溝、涵洞、暗管、隧洞等排洪建筑物，進(jìn)出口宜布置八字形導(dǎo)流翼墻，集中排洪流速較大時排洪建筑物出口應(yīng)布置消能防沖設(shè)施。截排水溝設(shè)計縱坡應(yīng)根據(jù)走向、地形、地質(zhì)及與山洪溝連接條件等因素確定，高差較大時宜設(shè)置急流槽或跌水。植被恢復(fù)措施應(yīng)盡量使用當(dāng)?shù)貥洳莘N，并與周邊景觀相協(xié)調(diào)。對于占地為農(nóng)用地的恢復(fù)為原土地利用類型，采用復(fù)耕方式撒播一年生豆科草種恢復(fù)地力后復(fù)耕。

3.3 未來設(shè)計方向

水利工程對于生態(tài)文明建設(shè)的影響復(fù)雜而深遠(yuǎn)，在明確生態(tài)文明建設(shè)在目前改革發(fā)展中的新內(nèi)涵及地位的基礎(chǔ)上，運(yùn)用水利、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科知識分析水利工程對生態(tài)文明建設(shè)的積極與消極影響，促進(jìn)水利工程在生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮的積極推動作用，將尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念運(yùn)用到棄渣場優(yōu)化配置與設(shè)計實(shí)踐中。施工應(yīng)遵循生態(tài)保護(hù)原則，與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，循環(huán)再生綜合利用，共生互補(bǔ)，合理利用主體空間，建成后與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，盡量少占地。以引漢濟(jì)渭黃三段棄渣場優(yōu)化設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)來看，與其他工程的棄渣場聯(lián)合運(yùn)用，不僅能少占地，還能使恢復(fù)的小塊田面集中連片。設(shè)計也要協(xié)調(diào)周邊項目開展情況，盡量使得棄渣能充分利用，廢棄渣土專門存放地也要與周邊專門存放地協(xié)調(diào)，最大程度地減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，并在第一時間對環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，減少工程建設(shè)的影響。在渣場的防護(hù)設(shè)計上，要在遵循規(guī)程規(guī)范的基礎(chǔ)上，盡量利用先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，積極采用生物技術(shù)護(hù)坡，貫徹生態(tài)文明理念。

4 結(jié) 語

以大型水利工程引漢濟(jì)渭工程重大環(huán)境影響因素棄渣場為主線，以秦嶺隧洞工程黃三段為例把生態(tài)文明理念融入渣場設(shè)計中，針對性地研究棄渣場的選址、設(shè)計思路更新變化、工程實(shí)施過程中棄渣場優(yōu)化配置與防護(hù)設(shè)計等，可對建設(shè)項目和生態(tài)文明理念貫穿棄渣場防護(hù)設(shè)計提供指導(dǎo)。

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