大型跨流域輸水工程水土保持特點及生態(tài)景觀設(shè)計

劉素君，鄭基權(quán)，尚生勇

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006)

1 工程概況

大型跨流域輸水工程是指在水資源豐沛流域新建取水工程，采用自流或加壓方式，將部分水資源通過新建輸水隧洞及輸水管線調(diào)往缺水地區(qū)的大型水利水電工程。

我省重點輸水工程輸水線路全長約600km，其中隧洞長290km，管線長310km。供水范圍涉及2省5個地級市、14個縣城和3個工業(yè)園區(qū)，設(shè)計供水量20.84億m3，主要建筑物由輸水隧洞、輸水管線、配水站、消能電站、交叉連接建筑物、隧洞出口等組成，建設(shè)永久巡線路298km。

主體工程于2012年6月開工，2018年12月主體工程建設(shè)任務(wù)全部完成，全線已具備通水條件。截止目前，水土保持工程大部分已實施，剩余工程計劃于2019年底全部完成。

工程建設(shè)情況如圖1所示。

2 工程特點分析

2.1 輸水距離長，供水人口多，占地面積大

遼寧省重點輸水工程輸水線路全長598.57km，規(guī)劃水平年總供水人口可達(dá)896.3萬人，管道段建設(shè)永久巡線檢修路298.18km。

工程占地總面積4884.46hm2，其中永久占地758.82hm2，臨時占地4125.64hm2。其中吉林省98.02hm2，遼寧省4796.44hm2。

2.2 涉及不同水土保持區(qū)劃，穿越重點防治區(qū)較多

項目區(qū)水土保持區(qū)劃分屬于東北黑土區(qū)和北方土石山區(qū)。

項目區(qū)穿過長白山國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)、東北漫川漫崗國家級水土流失重點治理區(qū)、西遼河大凌河中上游國家級水土流失重點治理區(qū)和遼西低山丘陵省級水土流失重點治理區(qū)。

2.3 輸水隧洞長，輸水規(guī)模大，施工支洞多，土石方量大

工程共建設(shè)輸水隧洞長290.47km，成洞洞徑8.5～5.8m，沿線布設(shè)施工支洞52條。

工程土石方開挖量7866.21萬m3，回填及工程利用量5407.37萬m3，外購?fù)练?7.72萬m3，綜合利用量1124.90萬m3，棄渣量1351.66萬m3(自然方)。

2.4 棄渣場多，廣布于工程沿線

工程棄渣主要為隧洞和施工支洞開挖石渣，共選定67處棄渣場，廣泛分布于沿線12個縣區(qū)。按棄渣場級別設(shè)3級渣場3處，4級渣場29處，5級渣場35處。按棄渣場類型設(shè)坡地型渣場19處、溝道型渣場27處、平地型渣場21處。

2.5 項目區(qū)水文氣象，植物區(qū)系差別較大

項目區(qū)位于吉林東南部山區(qū)、遼寧東部山地丘陵區(qū)、遼寧西北部低山丘陵區(qū)。項目區(qū)沿線14個縣市多年平均氣溫變化為4.8～8.6℃，≥10℃有效積溫2750～3640℃；多年平均降水量變化為850～480mm，多集中于7—9月；多年平均蒸發(fā)量1041～2124mm；多年平均風(fēng)速1.5 ～4.2m/s；多年平均日照時間2260 ～2846h；最大凍土深度114～200cm。

圖1 工程建設(shè)情況圖

項目區(qū)植物區(qū)系涉及長白植物區(qū)系、華北植物區(qū)系和蒙古植物區(qū)系，植被類型為針闊混交林及其次生林區(qū)、油松櫟林及其次生灌叢區(qū)、農(nóng)業(yè)植被及草甸區(qū)、山杏矮林油松櫟林及其草原化灌叢區(qū)等，林草覆蓋率為10.1%～81.4%。

3 水土保持設(shè)計重點難點分析

3.1 棄渣場防護(hù)設(shè)計

本工程棄渣量大于50萬m3或棄渣高度大于20m的4級及以上棄渣場多達(dá)32處，由于輸水隧洞大部分位于吉林東南部和遼寧東部山地區(qū)，土地資源利用率很高，外加輸水隧洞洞徑規(guī)模較大，為節(jié)省土地，棄渣除工程及綜合利用外，均需選擇棄渣場集中堆置且堆高較大。由于吉林東南部和遼寧東部山區(qū)屬水資源相對豐富地區(qū)，因此棄渣場整體穩(wěn)定分析、確保擋渣工程安全穩(wěn)定、棄渣場外部和渣場截洪排水工程設(shè)計等為工程棄渣場水土保持設(shè)計的重點和難點。另外，由于棄渣場堆渣大部分為TBM洞挖石渣，外加山地區(qū)土層薄且貧瘠，后期植被恢復(fù)難度較大，因此棄渣堆置前的表土剝離和防護(hù)至關(guān)重要，為保證植物成活率，種植穴內(nèi)客壤質(zhì)土種植也十分關(guān)鍵。

3.2 水土流失防治目標(biāo)確定

項目區(qū)屬于大型線性工程，水土保持區(qū)劃分屬于東北黑土區(qū)和北方土石山區(qū)，因此應(yīng)分區(qū)確定水土流失流失防治指標(biāo)。另外根據(jù)GB50433—2018《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，項目涉及多個水土保持區(qū)劃時，水土流失防治指標(biāo)還應(yīng)計算設(shè)計水平年的綜合指標(biāo)值。因此根據(jù)工程不同區(qū)段的水土流失特點計算水土流失防治分區(qū)指標(biāo)和綜合指標(biāo)值也是水土保持設(shè)計難點。

3.3 輸水管線區(qū)水土流失防治

重點輸水工程水土流失防治責(zé)任范圍為4884.46hm2，其中輸水管線區(qū)3800.29hm2，占比達(dá)78%，因此輸水管線區(qū)開挖土方的臨時防護(hù)、表土剝離及防護(hù)、后期植被恢復(fù)均為本項目水土保持設(shè)計重點。

3.4 適宜植物措施優(yōu)選

項目區(qū)涉及吉林東南部山區(qū)、遼寧東部山地丘陵區(qū)、遼寧西北部低山丘陵區(qū)，項目區(qū)植物區(qū)系區(qū)域長白植物區(qū)系、華北植物區(qū)系和蒙古植物區(qū)系的交匯地帶，各區(qū)水文氣象條件、土壤質(zhì)地、植被類型等各不相同，科學(xué)合理選擇適生植被、因地制宜設(shè)計植物防護(hù)措施也成為本工程水土保持設(shè)計難點。

3.5 管理區(qū)生態(tài)景觀設(shè)計

本工程沿輸水管線設(shè)5座配水站和3座消能電站，場站區(qū)為工程管理維修永久辦公區(qū)域，場內(nèi)生態(tài)景觀需求較高，因此采用景觀園林標(biāo)準(zhǔn)，配置高低錯落的景觀植物和花卉，營造景色宜人的辦公環(huán)境也是本工程水土保持設(shè)計重點。

4 重點區(qū)域生態(tài)與景觀設(shè)計及效果

以重點治理區(qū)棄渣場區(qū)和永久管理區(qū)為例，分析說明相關(guān)水土保持措施設(shè)計要點。

4.1 棄渣場防治區(qū)

棄渣場分布于洞線各支洞口附近，是工程重點水土流失防治區(qū)域之一。根據(jù)各渣場地形和堆放形式不同分為溝道型、坡地型和平地型。不同類型棄渣場分別采取不同的水土保持防護(hù)措施。

溝道型渣場：在棄渣堆置前，進(jìn)行表土剝離，棄渣分層碾壓堆放，以保持渣體穩(wěn)定，在溝口設(shè)漿砌石或混凝土擋土墻。棄渣場排水系統(tǒng)布設(shè)主要根據(jù)其地形地貌條件，或是預(yù)留原有河道作為永久排水，或是預(yù)埋涵管底部排水。渣場頂部則根據(jù)情況在與山體銜接處設(shè)置漿砌石或混凝土截洪溝，排水設(shè)計采用20～50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，渣場坡面排水設(shè)計采用5年一遇10min短歷時設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)。

坡地型渣場：在棄渣堆置前，進(jìn)行表土剝離，棄渣沿坡分層堆放，在坡底沿溝道設(shè)漿砌石或混凝土擋土墻。渣場外部設(shè)置漿砌石或混凝土截洪溝排至坡下游自然溝道，排水設(shè)計采用20～50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，渣場頂部及坡面排水設(shè)計采用5年一遇10min短歷時設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)。

平地型渣場：主要采取護(hù)腳、護(hù)坡工程。在棄渣堆放前，首先用推土機清理表層土，采用填土草袋做臨時防護(hù)，棄渣堆放完畢后，再將表土回填。經(jīng)整理后進(jìn)行綠化。

水土保持堅持適地適樹、注重生態(tài)景觀協(xié)調(diào)性的原則，根據(jù)不同類型棄渣場的防護(hù)和景觀需求，結(jié)合周邊環(huán)境特點和適生植被，考慮棄渣場植物生長條件、土層厚度等條件，采用喬灌結(jié)合的生物群落結(jié)構(gòu)模式，遼東山區(qū)喬木選擇刺槐，灌木選擇紫穗槐，遼西地區(qū)灌木選擇荊條。待堆渣表土回覆后，進(jìn)行穴狀整地，穴內(nèi)客土綠化。為美化擋渣墻坡面，沿?fù)踉鼔ο路皆灾?排三葉地錦，“品”字形間隔栽植，枝條向上，以起到遮擋美化作用。

棄渣場水土保持措施實施效果如圖2所示。

4.2 永久管理區(qū)

本工程管理區(qū)主要指沿線建設(shè)的消能電站及配水站，管理區(qū)綠化率均在40%以上，水土保持采取一級綠化標(biāo)準(zhǔn)，對各建筑物周邊空地、圍墻內(nèi)側(cè)及道路兩側(cè)，合理選擇樹種草種，按園林景觀模式進(jìn)行設(shè)計，喬木、灌木、花卉、草坪等相互交融，錯落布局，整體協(xié)調(diào)，實現(xiàn)措施設(shè)計及實施效果有機結(jié)合。如圖3所示。

5 結(jié)語

大型跨流域輸水工程具有距離長、規(guī)模大、穿越地區(qū)多、工期長、渣量大等特點。本文在分析此類工程特點的基礎(chǔ)上，首先提出了應(yīng)重點關(guān)注棄渣場區(qū)和輸水管線區(qū)水土流失治理和生態(tài)修復(fù)，提出溝谷型渣場穩(wěn)定、擋渣工程安全、棄渣場截排水設(shè)計重點要點；此類工程多涉及不同水土保持區(qū)劃，本文提出應(yīng)計算分區(qū)和綜合水土保持指標(biāo)；此類工程涉及不同植物區(qū)系，因地制宜、科學(xué)設(shè)計適生植被也為水土保持設(shè)計重點。綜上，水土保持設(shè)計以生態(tài)優(yōu)先為設(shè)計理念，重點區(qū)域突出工程安全、生態(tài)與景觀設(shè)計，現(xiàn)已取得良好成效，可為該類工程水土保持設(shè)計提供良好借鑒經(jīng)驗。

圖2 棄渣場水土保持措施實施效果圖

圖3 永久管理區(qū)圖