大型抽水蓄能電站水土保持生態(tài)護坡技術(shù)與實踐
——以河北豐寧抽水蓄能電站一二期工程為例

凌 峰，石艷龍，羅 冰

（1.海河水利委員會海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津 300170；2.國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北 承德 068350；3.北京海策工程咨詢有限公司，北京 100000）

抽水蓄能電站作為目前技術(shù)最為成熟的大規(guī)模儲能方式，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用和黑啟動“六大功能”以及超大容量、系統(tǒng)友好、經(jīng)濟可靠、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢，已經(jīng)成為新型電力系統(tǒng)的重要支撐措施。截至2020年底，我國已在25個省區(qū)開展抽蓄電站選點規(guī)劃或選點規(guī)劃調(diào)整，已建、在建及規(guī)劃批復(fù)抽蓄電站裝機容量合計約1.3億kW[1]，是全球抽水蓄能電站規(guī)模最大的國家?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出，要“加快抽水蓄能電站建設(shè)和新型儲能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用”，抽水蓄能電站建設(shè)力度將繼續(xù)加大。

抽水蓄能電站建設(shè)在提供清潔能源的同時也帶來了建設(shè)過程中的水土流失問題，應(yīng)引起有關(guān)部門和建設(shè)單位的高度關(guān)注。為貫徹落實“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”理念，做好抽水蓄能電站建設(shè)過程中的邊坡防護工作，落實水土保持責(zé)任，突出工程的科學(xué)性、生態(tài)性、景觀性，筆者以豐寧抽水蓄能電站一二期工程建設(shè)為例，對實施的多類生態(tài)護坡工程進行介紹分析，并提出了意見建議。

1 項目概況

河北豐寧抽水蓄能電站工程地處燕山山脈和內(nèi)蒙古高原交界部位，位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)西北部的灤河干流上，工程區(qū)距北京市公路里程約254 km，位于華北用電負(fù)荷中心。項目區(qū)屬冀北山地區(qū)，區(qū)內(nèi)地形地勢復(fù)雜，海拔高程一般為980～1 720 m；屬中溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量422.1 mm，多年平均蒸發(fā)量1458.5 mm；多年平均氣溫1.3℃，無霜期98～105 d；多大風(fēng)天氣，夏季以西南風(fēng)居多，冬季則以西北風(fēng)為主，春季風(fēng)速最大24 m∕s，多年平均風(fēng)速4.2 m∕s；多年平均0 cm地溫3.6℃，多年平均相對濕度63%，最大凍土厚度136 cm。項目區(qū)山地地形復(fù)雜，營地區(qū)域三面環(huán)山，業(yè)主營地、下水庫、上水庫等高差大，小氣候特征明顯。

豐寧電站為一等大（1）型工程，電站裝機容量3 600 MW。樞紐工程主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。上水庫正常蓄水位1 505 m，總庫容4 882 萬m3，有效庫容4 129 萬m3；下水庫正常蓄水位1 061 m，總庫容6 583 萬m3，有效庫容4 770 萬m3。項目分一、二期建設(shè)，一期水土流失防治責(zé)任范圍1 057.9 hm2，土石方挖填總量358.5 萬m3；二期水土流失防治責(zé)任范圍224.4 hm2，土石方挖填總量1 784.7萬m3。

電站建成后，能夠提供綠色環(huán)保的清潔能源，合理消納風(fēng)能，減少污染物排放，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤48.08萬t，在促進可再生能源示范基地建設(shè)、京津冀環(huán)境污染治理、響應(yīng)國家舉辦低碳奧運承諾中將發(fā)揮積極作用。電站建成后在國家電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)，對保障京津及冀北電網(wǎng)安全、維護電網(wǎng)穩(wěn)定運行和促進資源有效利用具有重要作用。

2 抽水蓄能電站建設(shè)邊坡擾動及水土流失特點

豐寧抽水蓄能電站位于北方土石山區(qū)中的燕山山地丘陵水源涵養(yǎng)生態(tài)維護區(qū)，區(qū)域內(nèi)土層較薄。由于抽水蓄能電站的特殊性，建設(shè)地點相對偏僻，地形起伏較大，生態(tài)脆弱，恢復(fù)難度大。同時，工程擾動范圍大，工作面多，土石方挖填量大，建設(shè)周期長，給水土流失防治帶來較大困難。其中，建設(shè)期道路修建、棄渣堆砌、隧洞開挖等對原地貌造成擾動，形成裸露邊坡成為水土流失的重點部位。該類區(qū)域主要特點是下墊面條件差、物質(zhì)松散、坡度陡、表土層不易附著、工程施工難度大、植物措施成活率低，極易造成水土流失。因此，合理區(qū)分抽水蓄能電站區(qū)域不同邊坡施工擾動和水土流失特點，因地制宜，分類施策，是做好抽水蓄能電站建設(shè)期水土保持工作的必然選擇。

2.1 道路建設(shè)邊坡

抽水蓄能電站道路建設(shè)主要包括兩類：一是臨時施工道路，主要在項目建設(shè)初期用于進場施工和連接上下庫，同時滿足不同工作面施工需要；二是永久道路，主要包括1—5號公路等，用于項目建設(shè)后期及建成后交通使用。由于項目所處區(qū)域為燕山山地，道路開挖會對原地貌造成破壞，道路靠山坡一側(cè)部分形成陡峭開挖邊坡，道路靠山腳一側(cè)容易形成溜渣、掛渣等水土流失，對道路安全和景觀造成一定負(fù)面影響。該類水土流失主要特點是坡度較陡，一般都在45°以上，位置分散且不集中，水土保持措施施工難度大。

2.2 渣場邊坡

本項目共設(shè)置東灣子渣場、東溝渣場、鞭子溝渣場、灰窯子溝渣場、上庫渣場和攔河壩渣場6處。其中，上庫渣場為庫盆型渣場，在上庫范圍內(nèi)，不進行邊坡綠化等措施布置；其余5 處渣場均存在邊坡水土流失防治問題。該類水土流失主要特點是渣體物質(zhì)穩(wěn)定性差，邊坡表面覆土后不易鞏固，坡面面積較大，坡度雖緩但坡長較長，一遇短歷時強暴雨，容易造成水流迅速匯集，對邊坡中下部造成劇烈沖刷，造成嚴(yán)重水土流失。普通的撒播草籽等措施很難在短時間內(nèi)快速實現(xiàn)渣場邊坡防護問題。

2.3 隧洞邊坡

隧洞主要包括上下庫進出水口、泄洪排沙洞等，是為滿足上下庫引水及泄洪排沙等功能開挖的。開挖過程中會對山體坡面造成一定的破壞，形成洞臉。該區(qū)域的特點是坡度陡、下墊面土層薄或沒有土層，一般情況下采用混凝土護坡形式，但隨著生態(tài)文明建設(shè)日益深入人心，加上豐寧抽水蓄能電站建設(shè)國家水利風(fēng)景區(qū)等需求，需要對隧洞邊坡進行生態(tài)防護，提高隧洞景觀效果。同時，由于坡度較陡，加上部位特殊，常規(guī)植物措施無法實施。

2.4 施工營地邊坡

在項目建設(shè)過程中，主要存在3 處規(guī)模較大的施工營地，分別位于東溝、灰窯子溝和上庫區(qū)域。由于東溝和灰窯子溝是行洪溝道，在布設(shè)施工營地時，勢必需要墊高基地，由此產(chǎn)生了施工營地邊坡，較為明顯的區(qū)域如鋼管加工廠等。該邊坡主要特點是堆積物質(zhì)松散、景觀綠化要求高、人為擾動頻繁，同時要求承擔(dān)一定程度的防洪功能。

2.5 其他邊坡

在項目建設(shè)過程中，還存在部分開挖形成的邊坡，如上庫大壩壩肩、料場開挖坡面、溢洪道開挖邊坡、導(dǎo)沙明渠開挖邊坡等。該類邊坡開挖坡度較陡，開挖面均為基巖，且與工程整體很難分割，一般情況下采取混凝土護坡技術(shù)。

3 生態(tài)護坡技術(shù)分析

生態(tài)護坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識，對斜坡或邊坡進行支護，形成由植物或工程和植物組成的綜合護岸系統(tǒng)的護岸技術(shù)。在豐寧抽水蓄能電站建設(shè)過程中，主要采用的生態(tài)護坡技術(shù)有高次團粒噴播、植生袋護坡和植生毯護坡等。

3.1 高次團粒噴播技術(shù)

高次團粒噴播技術(shù)是在邊坡綠化噴播時發(fā)生“團?；边B續(xù)作用反應(yīng)，形成具有一定“團粒結(jié)構(gòu)”的優(yōu)良的營養(yǎng)基盤。該技術(shù)采用配置好的含草種的基材混合物，通過專業(yè)的機械設(shè)備進行攪拌并噴播施工。為保證樹苗順利生長，噴播后，坡面上覆蓋遮蔭網(wǎng)、無紡布、草簾、抗沖刷生物毯等遮擋材料，施工安全性高，速度快。

3.1.1 技術(shù)要求

（1）地質(zhì)要求。高次團粒噴播技術(shù)適用于土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡，需要邊坡整體穩(wěn)定，坡比和平整度達到設(shè)計要求，坡度一般可定在1%～3%，以利排水。

（2）材料要求。種子應(yīng)選用抗性好、適應(yīng)性強、對環(huán)境要求低、耐干旱的優(yōu)良草本和灌木進行混播。營養(yǎng)材料選擇高效化學(xué)合成及緩效肥料，為植物生長尤其是早期生長提供所需的營養(yǎng)。黏結(jié)劑選擇高分子聚合物和天然植物加工而成，以保證噴射材料在其作用下可以緊密連接，噴射形成一定厚度的附著層，與坡面黏結(jié)時不下滑，形成良好的團粒結(jié)構(gòu)。

（3）基質(zhì)要求。采用堆漚腐熟的有機肥或商品有機肥，基肥質(zhì)量需符合《有機肥農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（NY525-2002）的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)：有機質(zhì)≥30%；總養(yǎng)分（N+P205+K20）≥4%；水分≤20%；pH值5.5～8.0。

3.1.2 施工方法

（1）施工準(zhǔn)備。對施工現(xiàn)場進行勘察，對進場設(shè)備、原材料進行抽檢，嚴(yán)禁使用不合格材料。

（2）坡面修整。將坡面上的浮石、危石、樹根、雜草等清除干凈。

（3）鋪網(wǎng)施工。錨桿位置、長度、數(shù)量要符合設(shè)計要求，鐵絲網(wǎng)要自上而下鋪設(shè)，與坡面伏貼，并固定牢固。

（4）噴播施工。①噴播時應(yīng)先上后下、先難后易，盡可能均勻，不得漏噴；②分層噴播，先噴基底層，再噴種子層；③不得有流淌現(xiàn)象，否則要重噴；④噴播厚度要符合設(shè)計要求。

（5）養(yǎng)護管理。①澆水，種子萌發(fā)、幼苗生長期應(yīng)適量澆水；②病蟲害防治，采用環(huán)保農(nóng)藥或?qū)Νh(huán)境無污染的物理措施；③補苗，對苗木缺損、植被稀疏的區(qū)域應(yīng)及時補噴、補苗。

3.1.3 噴播效果

高次團粒噴播植被具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的土壤，培養(yǎng)目標(biāo)植物群落，0.5 a 內(nèi)可以取得良好的植被恢復(fù)效果，1 a 后植物根系深入巖土之中汲取水分，不需再行養(yǎng)護，發(fā)達的植物根系可起到較好的固定作用，繁茂的枝葉可減輕雨水的沖擊，有效地降低了水土流失，起到了較好的邊坡防護效果。隨著時間的推移，木本的植物群落愈加繁茂，護坡作用愈發(fā)明顯；隨著小生態(tài)系統(tǒng)的的多樣化與群落化，抵抗病蟲害能力逐漸加強，有利于維持長期的生態(tài)平衡。

3.2 植生袋護坡技術(shù)

植生袋又叫植草袋、綠化袋是采用無紡布和遮陽網(wǎng)制作而成的，內(nèi)裝種植土，堆疊于邊坡后進行植物措施防治的一項技術(shù)。植生袋抗紫外線性能優(yōu)，耐用性長，透水性與透氣性俱佳。植生袋護坡技術(shù)兼顧防洪、生態(tài)與節(jié)約的功能，取代原有的封閉式防護結(jié)構(gòu)，結(jié)合框格梁和植生袋的優(yōu)點，剛?cè)岵?，?gòu)建出復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的基本功能。

3.2.1 技術(shù)特點

（1）施工鋪設(shè)簡便，質(zhì)量輕便，方便運輸。

（2）草種成活率高。

（3）抗拉強度高，草種紙袋不易撕破。

（4）草種分布均勻，避免后期草坪濃密不均。

（5）無需再次噴灑草種子，避免草種浪費，可減少施工程序。

（6）草種的種類可隨意改變，根據(jù)需要更換不同草種。

（7）后期草種長出后，玻璃纖維土工格柵作為一層加固層，即使冬季草死亡后，也能達到護坡的功效，可有效減少冬季水土流失。

（8）成本低廉，生產(chǎn)簡單。

總而言之，植生袋能使草種成活率高、生產(chǎn)效率高、施工效率高，在綠化方面有不可替代的地位。

3.2.2 施工方法

（1）坡面清理。首先對坡面防護區(qū)域的浮土及浮石進行清除。依據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用人工清理邊坡，進行邊坡卸載，以1 m 為層次，每次取完1 層后，才可進行下層施工。

（2）植生袋裝土。從取土場取種植土倒運至施工現(xiàn)場，人工裝入植生袋內(nèi)。

（3）植生袋碼放。采用50 裝載機配合25 t 長臂吊車將植生袋吊至上層，錯縫碼放，每碼放1級擋墻（高2～5 m）安裝1排A22鋼筋樁固定，與沖溝兩側(cè)齊平。坡面修筑成水平臺階，形成齒狀；沖溝底部和陡坎下方錨桿應(yīng)加密或增加插釬，以防止植生袋整體滑坡。

（4）錨桿掛網(wǎng)。采用V-0.3∕8空壓機和YT-28鉆機在放樣孔位置打孔，必須打入巖石深度不小于1 m；打入自進式錨桿并注漿；安裝縱向和橫向支撐繩，其中橫向采用Φ16鋼絲繩、縱向采用Φ12鋼絲繩；采用D0∕08∕300∕4×4型鋼絲繩網(wǎng)（長4 m、寬m）與S0∕2.2∕50∕2.25∕10.02 型鋼絲格柵網(wǎng)（長10.0 m、寬2.2 m）從上向下依次鋪掛格柵網(wǎng)、鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)并縫合，用Φ8 鋼絲繩作為縫合繩配合U形卡與套環(huán)進行固定聯(lián)結(jié)。

（5）植物栽植。掛網(wǎng)后在植生袋面層打孔播種波斯菊、沙棘、爬山虎等種子。

（6）養(yǎng)護。根據(jù)土壤墑情，不定期進行灑水養(yǎng)護。

3.2.3 綠化效果

植生袋護坡對于道路開挖邊坡及小塊零星擾動邊坡具有較好的適應(yīng)性，能有效穩(wěn)定坡面，并根據(jù)需要栽植所需草種或樹種，在有效防治水土流失的同時美化環(huán)境。根據(jù)不同草種或樹種，能夠較為快速地形成植物防護體系，且植生袋中種植土可以滿足一定時期內(nèi)植物生長需要，保證植物成活率。業(yè)主營地區(qū)爬山虎長勢良好，上下水庫連接道路一側(cè)的爬山虎由于海拔高、氣溫較低、風(fēng)大等影響，出現(xiàn)退化，因此適地適草是植生袋防護需要重點考慮的問題。

3.3 植生毯護坡技術(shù)

植生毯又名植物纖維毯、椰絲毯，主要以各種植物纖維材料（如稻草、麥秸、玉米秸稈、棉稈、椰子殼纖維、黃麻、亞麻、天然雜草等）為原料，結(jié)合各種灌溉和草種的合理配置以及添加保水劑和營養(yǎng)基質(zhì)，生產(chǎn)出多用途的植物纖維毯。近年來，植生毯被公認(rèn)為是一種高效、簡單、廉價的土壤保濕、防風(fēng)固沙、抗沖刷的綠色節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。

3.3.1 施工方法

（1）清整邊坡。清理不利于植物生長的雜草、樹根、石塊和建筑垃圾等雜物，平整邊坡，把低洼處填平、高凸處削平，保證邊坡緩和，能使植生毯與邊坡親密接觸，避免植生毯空鼓現(xiàn)象。

（2）施工準(zhǔn)備。如果邊坡是石質(zhì)的或土壤很貧瘠，須換土或覆一層15 cm 有機莊稼土。為固定植生毯，在坡頂和坡腳各挖1 條寬和深均為10 cm 的溝。有條件的在坡頂修建截水溝，坡腳修排水溝，中間設(shè)導(dǎo)流槽。

（3）鋪設(shè)植生毯。將植生毯一端置入溝內(nèi)填土壓實，然后將其沿坡面自上而下展開，使其與邊坡充分接觸，不可過緊或過松，中間用U 形釘將其固定，U形釘適宜間距為1 m。中間植生毯需搭接時，做到上壓下法且超過20 cm，使用雙排U形釘固定搭接的植生毯左右搭接間距為10 cm。坡腳植生毯埋入溝內(nèi)。

（4）播撒草籽（帶草籽植生毯免去此步）。在鋪設(shè)完的植生毯上均勻地播撒1 層30 g∕m2的混合草籽，根據(jù)植生毯型號和草籽植物的性狀，一般都可播撒在植生毯上面，如植生毯較重或植物為圓葉、開花的必須撒在植生毯上面，若植生毯薄、植物葉片是尖的也可撒播在植生毯下面。

（5）覆土澆水。植生毯表面進行覆土，表土厚度1 cm 上下，有條件的需進行碾壓植生毯表土，進而提高防風(fēng)、保溫、保墑的作用。最后澆水，頭邊水要澆透，保持植生毯濕潤到幼苗鉆出。

3.3.2 綠化效果

植生毯護坡施工方便、經(jīng)濟實用，可以有效防治水土流失，促進植被生長，綠化效果良好。經(jīng)過半年的自然退化，鋪好的草毯可成為綠化植物的有機肥，不產(chǎn)生二次污染。與傳統(tǒng)的苗圃草坪和土壤移栽綠化方法相比，采用植生毯進行綠化可以節(jié)省大量的人工成本和維護成本，提高植物的成活率。植生毯具有很好的保水保肥性能，同時還可以增加土壤培養(yǎng)基強度，對生態(tài)修復(fù)效果具有舉足輕重的作用。

3.4 其他生態(tài)護坡技術(shù)

豐寧電站在水土保持生態(tài)護坡實踐中除了采用高次團粒噴播、植生毯護坡、植生袋護坡技術(shù)外，還根據(jù)不同坡面采用了漿砌石拱形骨架護坡、六棱空心磚護坡等施工技術(shù)，均取得了良好的生態(tài)護坡效果。

4 討論和結(jié)語

在大型抽水蓄能電站邊坡生態(tài)防護中，應(yīng)重點考慮防護對象類型、位置、面積、下墊面情況等各種要素，采取適宜措施因地制宜布設(shè)。同時，應(yīng)考慮山地丘陵地區(qū)的小氣候影響，做好原生地表植被調(diào)查，合理選擇植物種類，提高植物成活率，提升項目區(qū)景觀水平。

隨著國家對生態(tài)建設(shè)要求的不斷提升，生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持的要求也不斷提高，大型抽水蓄能電站因其建設(shè)規(guī)模大、周期長、土石方開挖量大等特點，成為水土保持工作的重點。本文以豐寧抽水蓄能電站為例，對抽水蓄能電站建設(shè)過程中容易造成水土流失的邊坡問題進行探討，分析了邊坡擾動形式及水土流失特點，提出了高次團粒噴播、植生毯護坡、植生袋護坡等生態(tài)護坡技術(shù)特點和施工要求，并分析了防護效果，以期為抽水蓄能電站建設(shè)期水土流失防護提供參考和借鑒。