紅毛洞水電站棄渣場設(shè)計與選址合理性論證

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000)

山區(qū)水電站工程建設(shè)規(guī)模大、山區(qū)地形陡峭復(fù)雜、地質(zhì)條件破碎等不利因素，導(dǎo)致土石方開挖量和棄渣量大，若不采取合適的防護(hù)措施，容易引起堆渣場沖毀、坍塌、泥石流等不利問題，導(dǎo)致水土流失、環(huán)境遭受破壞，直接威脅到工程本身及周邊地區(qū)的安全[1-2]。棄渣場是水電站建設(shè)新增水土流失的敏感部位和重點(diǎn)部位，對水電站棄渣場土壤侵蝕的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果表明，在堆渣初期棄渣場土壤侵蝕強(qiáng)度達(dá)到極強(qiáng)烈[3]。因此，如何根據(jù)工程特性、地形地質(zhì)等條件，正確合理進(jìn)行棄渣場選址是水電站項目水土流失防治的首要問題和關(guān)鍵問題。棄渣場選址的合理性直接關(guān)系到項目建設(shè)征地、水土流失防治、環(huán)境保護(hù)調(diào)查評價及治理修復(fù)、工程投資等[4]。

在以往水電站水土保持方案設(shè)計中，由于地形、征地等因素的限制，水土保持方案中棄渣場多采用主體工程設(shè)計的渣場，在方案中增加棄渣場的水土保持措施，很少從水土保持角度來進(jìn)行渣場位置的選擇。根據(jù)水電工程的水土保持準(zhǔn)入條件，水土保持方案中可以依據(jù)實際情況否決主體工程設(shè)計的渣場，從水土保持角度重新選擇棄渣場的位置[5]。因此，在水電站工程水土保持方案設(shè)計中，不應(yīng)局限于主體工程設(shè)計指定的棄渣場，要從水土保持、生態(tài)環(huán)境影響等方面來綜合論證棄渣場的位置[6]。本文以紅毛洞水電站建設(shè)過程中的水土流失特點(diǎn)、可能對生態(tài)環(huán)境的影響為主線，開展棄渣場方案合理性論證，重點(diǎn)研究棄渣場選址設(shè)計和方案，確保施工現(xiàn)場棄渣安全可靠地合理堆放。

1 工程概況

紅毛洞水電站位于貴州省務(wù)川縣豐樂鎮(zhèn)茶坪村境內(nèi)的洪渡河上，壩址距遵義市中心城區(qū)174km，距務(wù)川縣城20km，是洪渡河水電梯級開發(fā)規(guī)劃中的第四級電站。工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼有攔沙和防洪等功能。壩址以上流域面積1141km2，干流河長79.2km，多年平均徑流量8.17億m3，多年平均流量25.9m3/s。電站樞紐由堆石混凝土重力壩、左岸壩后式發(fā)電系統(tǒng)、泄洪建筑物等組成。電站水庫為中型，樞紐工程為Ⅲ等，發(fā)電工程為Ⅳ等。紅毛洞壩址上游約200m為偏陽洞水電站(已成)大壩，偏陽洞水電站建于1989年，水電站樞紐為砌石拱壩，壩高15m，電站水庫庫容77萬m3。紅毛洞水電站建成蓄水后將直接淹沒偏陽洞水電站，目前偏陽洞水電站已停止運(yùn)行。紅毛洞水電站建設(shè)棄渣量約19.08萬m3，項目位于地形切割較發(fā)育河谷地帶，可供渣場選址的位置有限，故棄渣場選址合理性的論證分析尤為重要。

2 棄渣場選址合理性分析與評價

2.1 渣場類型

《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)中明確提出：在西南土石山區(qū)高山峽谷地帶進(jìn)行水電站工程建設(shè)，由于電站壩址所在河段地形較陡、施工布置困難，可供棄渣的場地有限，在棄渣場選址尤其是臨河型和水庫型棄渣場選址時，必須進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)論證，降低建設(shè)項目對生態(tài)環(huán)境的影響[7-8]。《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)中規(guī)定：按照棄渣場地形條件、棄渣場與河(溝)相對位置、洪水處理方式等，將水利水電工程棄渣場分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區(qū)型5種[9]。溝道型棄渣場應(yīng)選址于庫內(nèi)兩岸平緩的支溝，不宜設(shè)在匯水面積和流量大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道，棄渣場應(yīng)臨近施工道路，棄渣運(yùn)輸方便，并利于水土保持措施的布置，施工期應(yīng)完善沖溝排水措施和溝口攔擋措施；臨河型棄渣場位于大壩上游主河道或支流兩岸平緩臺地，棄渣堆置應(yīng)不擠占行洪河道，不妨礙航運(yùn)及河床構(gòu)建物功能的發(fā)揮[10]。為防止施工期棄渣侵占河道影響行洪安全，應(yīng)沿臨河邊坡完善攔擋措施并滿足施工期防洪要求；坡地型(俗稱緩坡型)棄渣場是指將棄渣堆放在寬緩平地、河流或溝道兩側(cè)較高臺地上，渣體底部高程高于溝道中防護(hù)渣體的設(shè)計洪水位，不需要考慮渣場對溝道防洪的影響，但是要設(shè)置護(hù)坡工程[11]；庫區(qū)型棄渣場是將棄渣堆存在主體工程水庫庫區(qū)內(nèi)河(溝)道兩岸臺地、階地和河灘地上，水庫建成后堆渣體全部或者部分被庫水淹沒，按照棄渣堆積高程與水庫正常蓄水位和死水位的相對位置，有可分庫面型、庫中型、庫底型3種。結(jié)合紅毛洞水電站工程地形地質(zhì)等條件，設(shè)計優(yōu)選沖溝堆渣和庫底堆渣兩種方案進(jìn)行優(yōu)化比選。

2.2 棄渣場合理論證分析

2.2.1 主體設(shè)計沖溝型棄渣場方案

主體工程施工建設(shè)棄渣場選在大壩上游左岸1.5km處，此處有一條天然季節(jié)性沖溝，屬于沖溝型棄渣場，該沖溝長約1000m，溝底寬20～40m，深20～40m，沖溝底部地勢平緩、基巖出露，距離水電站正常水位線340m，堆渣起點(diǎn)高程675.00m，與正常水位664.00m相差11m。堆渣高程675～700m，堆渣長度約500m，棄渣場堆渣前在675.00m高程處先建漿砌石擋渣墻進(jìn)行護(hù)腳，堆渣坡比為1∶1.8。棄渣場占地2.74hm2，容量25萬m3。主體設(shè)計棄渣場滿足棄渣堆放要求。從施工組織角度分析，主體設(shè)計渣場棄渣運(yùn)輸對施工場地和在建的德習(xí)高速路干擾較大。從水土保持渣場選址規(guī)定角度分析，一是主體設(shè)計渣場距離擬建紅毛洞水電站大壩正常水位水面線只有340m，最不利因素考慮渣場失事易形成涌水，對大壩造成影響；二是渣場位置在德習(xí)高速路豐樂出口匝道可視范圍，且德習(xí)高速路的修建影響棄渣場運(yùn)輸?shù)缆返牟贾煤蜅壴\(yùn)輸。因此，主體工程設(shè)計選址的沖溝型渣場存在制約性因素，須進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

2.2.2 水土保持庫底型棄渣場優(yōu)化方案

根據(jù)渣場選址規(guī)定內(nèi)容，通過對主體設(shè)計資料和現(xiàn)場的分析，可以考慮利用現(xiàn)狀偏陽洞電站庫容作為本工程的棄渣場?，F(xiàn)狀偏陽洞電站攔河壩壩頂高程631.85m，水庫庫容77萬m3，大壩施工期間對攔河壩下游進(jìn)行培厚加高作為上游擋水圍堰，工程棄渣沿攔河壩上游左岸庫區(qū)堆放，利用現(xiàn)有攔河壩承擔(dān)擋渣功能，大壩施工期及工程運(yùn)行期棄渣不會對大壩造成安全影響。設(shè)計堆渣高程617.50～634.00m，堆渣長度380m。導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程627.50m，為了避免堆渣體對導(dǎo)流隧洞進(jìn)口過水的影響，渣體堆放到高程625.00m時渣面邊坡坡比取1∶2.0，且堆渣過程中邊坡粒徑較大的塊石應(yīng)進(jìn)行碼放或者用機(jī)械夯實，并且要求對渣體進(jìn)行分層碾壓。設(shè)計的庫內(nèi)棄渣場容量30萬m3，由于水電站工程棄渣只有19.08萬m3，且擬建的紅毛洞水電站水庫死庫容1940萬m3，死庫容高程662.00m，設(shè)計堆渣高程634.0m與死庫容高程相差28.0m，棄渣對死庫容影響極小(僅占水庫死庫容0.98%)；其次，土石方棄渣為無放射性、無污染的固廢物，對水質(zhì)無污染；再次，庫底棄渣場的棄渣運(yùn)輸對主體施工干擾較小。從節(jié)約土地和投資方面考慮，針對本工程的實際情況，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)渣場分類，紅毛洞水電站采用庫底堆渣方案合理可行。主體設(shè)計沖溝堆渣位置與優(yōu)化調(diào)整后的庫底渣場位置關(guān)系，如圖1所示。

圖1 主體設(shè)計沖溝渣場與調(diào)整后庫底渣場位置關(guān)系

3 棄渣場優(yōu)化調(diào)整效益分析

3.1 水土保持經(jīng)濟(jì)效益

水土保持方案設(shè)計庫底型棄渣場和主體設(shè)計沖溝型棄渣場的經(jīng)濟(jì)效益分析主要從建設(shè)征地投資、棄渣運(yùn)費(fèi)、水土保持措施投資三個方面作比較。主體設(shè)計棄渣場：征地面積2.74hm2(約41.10畝)，占地類型主要為坡耕地和灌木林地，灌木林地征地費(fèi)用2.14萬元/畝，坡耕地征地費(fèi)用4.00萬元/畝，征地費(fèi)116.54萬元；棄渣量19.08萬m3，1.5km運(yùn)距，綜合單價18元/m3，棄渣運(yùn)費(fèi)343.44萬元；水土保持措施投資，擋渣墻、排導(dǎo)工程、綠化工程共計81.27萬元；主體設(shè)計棄渣場總投資541.25萬元。水土保持方案將主體設(shè)計沖溝型棄渣場調(diào)整為庫底型棄渣場后，不涉及堆渣征地、棄渣運(yùn)費(fèi)和水土保持措施投資等費(fèi)用，相應(yīng)可以節(jié)約工程投資約541.25萬元。

3.2 生態(tài)環(huán)境效益

主體設(shè)計沖溝型棄渣場，建設(shè)擾動地表面積2.74hm2，其中：損壞灌木林地1.72hm2，坡耕地1.02hm2。務(wù)川縣平均侵蝕模數(shù)為1176t/(km2·a)，棄渣場建設(shè)過程將新增水土流失量218.30t/a，且后期還須考慮渣場植被恢復(fù)和耕地占補(bǔ)平衡。通過水土保持方案優(yōu)化設(shè)計為庫底型棄渣場，可以充分利用現(xiàn)有的偏陽洞水電站庫區(qū)和攔河壩工程措施，不但能有效控制工程建設(shè)實施過程中的水土流失，保護(hù)項目區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生較好保土蓄水效益；同時，優(yōu)化后采用庫底型棄渣場不涉及堆渣征地、棄渣運(yùn)費(fèi)和水土保持措施投資等費(fèi)用，能有效減少工程總投資，提高工程投資經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

水電站工程建設(shè)實施過程中產(chǎn)生的棄渣及水土流失會對項目區(qū)生態(tài)環(huán)境造成破壞，尤其是地形地質(zhì)條件復(fù)雜的西南山區(qū)，項目建設(shè)水土流失較為嚴(yán)重，防治措施施工難度大、投資高。因此，在保證穩(wěn)定基礎(chǔ)上進(jìn)行棄渣場合理優(yōu)化調(diào)整，確保渣場選址與工程具有較好匹配性尤為重要。

紅毛洞水電站渣場設(shè)計過程中，綜合分析后認(rèn)為主體工程設(shè)計指定的沖溝型棄渣場在水土保持方面存在明顯不足，因此棄用主體工程設(shè)計的棄渣場位置，結(jié)合項目實際情況，重新選擇，優(yōu)化采用庫底型渣場。庫底型棄渣場的優(yōu)點(diǎn)是合理利用死庫容、棄渣運(yùn)距短減少運(yùn)輸成本、減少棄渣場征占地對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞、后期不用治理和維護(hù)，節(jié)約工程總投資和提高工程投資經(jīng)濟(jì)效益。這類渣場不足的地方是施工期占用河道行洪斷面，施工期間須解決好渣場排水通道問題，確保壩基開挖和樞紐建筑物的安全施工。本文關(guān)于水電站棄渣場選址的案例可為山區(qū)水電站棄渣場選址突破主體工程指定渣場的局限性、合理選擇棄渣場位置提供參考。