水利工程土石方平衡與壩型選擇初探
——以新疆某水利工程為例

李淑珍

（新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局，830000，烏魯木齊）

因水利水電工程土石方動遷量及棄渣量大、棄渣場數(shù)量多，棄渣的新增水土流失量較大，所以渣場區(qū)是水土流失防治設(shè)計的重點，同時也是各界關(guān)注的重點。筆者通過多年的工作實踐，認為水利水電工程建設(shè)應(yīng)采用水土保持理念，重視土石方平衡及棄土棄渣的處置。

新疆干旱少雨，蒸發(fā)量大，植被覆蓋率低，自然條件惡劣，是我國水土流失最嚴重的省份之一，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。因此，各類開發(fā)建設(shè)項目應(yīng)盡量減少地表擾動，減少水土流失。以新疆某水利工程為例，論述棄渣量的多少與工程布置、壩型選擇及施工組織設(shè)計的關(guān)系。

一、存在的問題

1.對水土保持重視不夠

因水土保持為項目附屬專業(yè)，在水利工程建設(shè)中不受重視。新疆地域遼闊，荒漠戈壁占了很大面積，使得新疆開發(fā)建設(shè)項目在占地補償和水土保持等方面投資相對較少，因此很多項目在實施過程中不太重視水土保持工作。

2.干旱少雨的氣候環(huán)境，植物措施難以實施

新疆因干旱少雨，水土保持所實施的植物措施如不采取灌溉措施，很難自然恢復成活。由于水利工程多處于人煙稀少的地區(qū)，采取灌溉措施基本沒有條件，因此可以實施植物措施的區(qū)域有限，水土保持措施基本以工程措施為主。水利工程建設(shè)需大量的動遷土石方，大面積的擾動地表，現(xiàn)狀所采取的工程措施只有礫石壓蓋 （主要指料場和渣場表面），對于風蝕嚴重的新疆地區(qū)，很難控制水土流失。如位于和田地區(qū)的某水庫工程，壩址區(qū)河床左右岸階地均覆蓋第四系風積低液限粉土，平均厚度約20 m，由于土料具有地震液化性、流土的特性及濕陷性，不能作為筑壩材料和大壩基礎(chǔ)，筑壩時需全部挖除壩基粉土，由此產(chǎn)生了825萬m3（松方）的粉土棄渣，渣場設(shè)計僅采用了攔擋和渣面平整措施，而渣場表面的水土流失很難控制。因此在新疆水利工程建設(shè)中應(yīng)盡量減少擾動面積，做好土石方挖填平衡，減少土石方動遷量，才能減少水土流失。

二、壩型選擇與水土保持

新疆在水庫大壩工程設(shè)計中，目前已建及擬建的大壩大多選擇土石壩（瀝青混凝土心墻壩、混凝土面板壩等）。一是因為重力壩和拱壩（在此選擇混凝土重力壩為代表壩型）對壩址區(qū)地形地質(zhì)條件要求相對嚴苛，尤其受壩址區(qū)深厚覆蓋層限制，有些壩址的地形地質(zhì)條件不適合建重力壩；黏土心墻壩受限于黏土來源和設(shè)計要求，僅有少量工程采用此壩型。二是因為土石壩筑壩材料可就近開采，雖然土石壩相對混凝土重力壩而言壩體龐大，土石方動遷量較大，但新疆地域遼闊，荒漠面積大，有大片的土地可以作為料場和棄渣場，工程占地投資相對較少，工程總投資相對較省。重力壩投資相對較大，但其土石方動遷量相對土石壩要少，棄渣量也少，在地形地質(zhì)情況能同時具備建混凝土重力壩和土石壩的條件下，混凝土重力壩土石方動遷量要相對較少，如果投資相差不大的話，從水土保持角度看更宜選擇重力壩。

三、典型工程實例

以新疆某水利工程為例，說明樞紐工程布置、壩型選擇與土石方挖填平衡及棄土棄渣量的關(guān)系。

1.水庫工程概況

某水利工程位于天山北坡中低山區(qū)。工程區(qū)多年平均年降水量為452.9 mm，植被蓋度為20%~30%，原生地貌土壤侵蝕模數(shù) 2 000 t/（km2·a）。工程分別從防洪標準、地形地質(zhì)條件、工程布置及工程量、建筑材料、工程技術(shù)條件、基礎(chǔ)條件、當?shù)貧夂虻挠绊憽⒐こ淌┕?、環(huán)境協(xié)調(diào)性、工程投資等方面，對土石壩（瀝青混凝土心墻壩、混凝土面板堆石壩）和混凝土重力壩兩種壩型進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，推薦方案選擇了混凝土重力壩方案。樞紐工程由混凝土重力壩、位于壩身的溢流表孔、泄洪底孔和供水管進口組成。最大壩高55.5m，壩頂長201m。溢流壩段布置在主河床中間，底孔泄洪壩段位于右岸階地，進口建筑物是輸水隧洞的取水口，引水管進口布置在大壩上，進口緊鄰泄洪底孔進口布置。

2.壩址區(qū)工程地質(zhì)及天然建筑材料

壩址處河谷呈“V”形，壩址區(qū)巖性為石炭系下統(tǒng)齊爾古斯套群的凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖和凝灰角礫巖，中硬巖，巖體較完整。河床覆蓋層為沖積漂卵石，覆蓋層最厚處3.5 m。

工程區(qū)附近有約180萬m3便于開采的砂礫料?；炷凉橇狭显簇S富，也可作為土石壩的填筑料。地形地質(zhì)情況具備修建混凝土重力壩或土石壩的條件。

3.樞紐布置、壩型選擇與土石方動遷量比較

選擇瀝青混凝土心墻壩和混凝土重力壩進行土石方平衡比較。瀝青混凝土心墻壩方案樞紐布置由大壩、表孔溢洪道、導流兼泄洪排沙洞、供水管道等建筑物組成，右岸從左至右依次布置有供水管道、表孔溢洪道、導流兼泄洪排沙洞。混凝土重力壩方案表孔、底孔及供水管進口都布置于壩身，相比于瀝青混凝土心墻壩減少了導流兼泄洪排沙洞和表孔溢洪道的土石方開挖量。兩種壩型主體工程土石方挖填工程量、占地及投資見表1。

從表1可以看出，僅從樞紐工程區(qū)各建筑物的開挖量來看，瀝青混凝土心墻壩產(chǎn)生了46.17萬m3的棄渣，比混凝土重力壩多了26萬m3。以堆渣高度5m計，棄渣多占土地5.2hm2。另一方面瀝青混凝土心墻壩需63.2萬m3的筑壩砂礫石材料，料場占地面積34hm2，混凝土重力壩需要砂礫石骨料量為10.72萬 m3，料場占地面積 16.6hm2。

表1 兩種壩型主體工程土石方挖填工程量及占地比較

通過比較可以看出，瀝青混凝土心墻壩方案清基開挖量、筑壩材料開采量、棄渣量、渣場和料場的占地面積均比混凝土重力壩方案大，由此而造成的水土流失量也相對較大，對自然生態(tài)環(huán)境影響也較大。從水土保持角度看，混凝土重力壩方案為較優(yōu)方案，與主體工程設(shè)計推薦方案相同。

工程區(qū)多年平均降水量相對較大（452.9 mm），為了減少棄渣產(chǎn)生水土流失，其水土保持方案設(shè)計棄渣場采取了植物恢復措施，使渣場與周圍景觀協(xié)調(diào)。植被恢復的方式為撒播草籽，選擇當?shù)剡m生的木地膚和狗牙根混合草種。

由此看出，就擾動面積和土石方動遷量來看，同樣庫容的水庫，只要地質(zhì)條件允許，從水土保持的角度來看，選擇混凝土重力壩更優(yōu)一些。由于節(jié)省了表孔和底孔的開挖與修建，減少了棄渣量及棄渣處置措施，其總投資也與土石壩相差不大。

四、建 議

隨著各類開發(fā)建設(shè)項目的開展，地表擾動、植被破壞、人為侵蝕日趨嚴重，對原本十分脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的影響。在今后水利水電工程設(shè)計和施工中應(yīng)注意以下問題：

①優(yōu)化工程設(shè)計方案，選擇土石方動遷量少、棄渣量少的工程布置方案和壩型，從源頭上減少棄土棄渣量，減少擾動及占壓土地面積，防止水土流失。

②做好土石方挖填平衡，對開挖料的質(zhì)量、數(shù)量、時間及空間等方面進行統(tǒng)籌規(guī)劃，盡可能多地利用開挖料，減少借方量和棄渣量，以減少水土流失、占地和降低工程造價。

③水利水電工程的水土保持問題最重要的就是棄渣量的多少及棄渣處置。植物措施是防治水土流失最好的方法之一，既可減少水土流失，又可有效恢復工程區(qū)的生態(tài)環(huán)境，減少工程產(chǎn)生的水土流失和對景觀的破壞。但在新疆這樣干旱少雨地區(qū)，植物措施對新疆大部分地區(qū)不太現(xiàn)實，所以應(yīng)盡量減少借方量和棄渣量，棄渣盡量利用料場開采坑進行覆坑處置，以減少擾動面積防止水土流失。必要時應(yīng)研究適合新疆干旱地區(qū)的渣場表面硬化措施。 ■