孤山航電樞紐工程水土流失特點及處理措施研究

張新 萬珊 劉勇 徐濤 尹元銀

摘要：為解決棄渣場防護及工程高陡邊坡綠化的難題，通過對孤山航電樞紐工程水土流失特點及難點進行分析，在水土保持設(shè)計時有針對性地采取以下措施：① 優(yōu)化設(shè)計方案，減少工程施工擾動影響；② 注重壩肩綠化設(shè)計，美化工程；③ 注重植被群落選擇；④ 強化棄渣場防護設(shè)計。結(jié)果表明：該措施方案有效地控制了水土流失，可為漢江中上游大型水電建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：水土流失； 水土保持； 植被群落； 防治措施; 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號：S157

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.011

文章編號：1006-0081（2023）06-0058-03

0 引 言

漢江流域是南水北調(diào)中線工程的水源地，孤山航電樞紐作為漢江干流第8個梯級，水土保持工作貫穿于整個電站工程建設(shè)過程［1-2］。水電站項目建設(shè)周期長，對原地貌植被的擾動程度大、棄渣量大、渣場地勢復(fù)雜，如果防護措施不到位往往會造成劇烈的水土流失，并極有可能對周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆的惡劣影響［3-4］。為避免各類水土流失危害的發(fā)生，需要確保工程中的水土保持工作可靠、有效［5］。

在水利水電工程中，根據(jù)GB 50433-2018《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》，水土保持工作主要是針對各水土流失防治區(qū)實際情況，因害設(shè)防布置工程措施、植物措施以及臨時措施［6］。在各項措施實際應(yīng)用中，如何結(jié)合工程特點、工程區(qū)氣候特征構(gòu)建合理的植物配置體系，進行棄渣的防護，是水土保持工作的重點和難點［7-8］。

本文以孤山航電樞紐工程為例，主要分析了工程建設(shè)區(qū)域水土流失的現(xiàn)狀、特點、難點等，提出漢江中上游大型水電建設(shè)施工期水土流失防治措施。

1 研究背景

1.1 項目概況

漢江孤山航電樞紐工程是《漢江干流綜合規(guī)劃報告》中推薦的第8個梯級，壩址位于漢江上游干流湖北省十堰市鄖西縣及鄖縣境內(nèi)，上距白河水電站約34.9 km，下距丹江口水利樞紐179.5 km。開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧航運。電站為Ⅱ等大（2）型工程，裝機容量為180 MW，水庫總庫容2.10億m3，多年平均年發(fā)電量5.91億kW·h［9］。

工程占地涉及湖北省鄖西縣、鄖縣和陜西省白河縣，土石方開挖總量809.34萬m3，土石方填筑總量359.05萬m3，工程建設(shè)產(chǎn)生棄渣431.21萬m3（折合松散方量574.64萬m3），布置1處棄渣場，堆渣高度達90 m，總工期54個月。

1.2 自然概況

項目區(qū)屬北亞熱帶季風氣候區(qū)，多年平均氣溫達15.3 ℃，多年平均有效積溫（≥10 ℃）5 060 ℃，無霜期210 d；多年平均年降水量為800 mm，降水量年內(nèi)分配不均勻，5～10月降水量占全年降水的76.9%，其中7～9月降水最為集中，約占全年降水的68.1%；蒸發(fā)量為800～1 000 mm，陸面蒸發(fā)量為500～600 mm，相對濕度為70%～75%；壩址天然多年平均徑流量為247億m3，平均流量為778 m3/s，年徑流深為409 mm。5～10月汛期的徑流量為196億m3，占全年徑流量的79.4%。

項目區(qū)植被屬北亞熱帶常綠闊葉混交林帶，以常綠闊葉、針葉林及針闊葉混交林為主。土壤類型有黃棕壤、石灰土和水稻土，其中黃棕壤分布較廣。

2 水土流失特點及難點

2.1 面積分布廣、侵蝕強度大

土壤侵蝕程度以中度水力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數(shù)約為2 900 t/（km2·a），兩岸陳子溝、董家溝、魏家溝等18條沖溝都存在不同程度的水土流失，水土流失面積占土地面積的比例和侵蝕模數(shù)均與長江流域水土流失最嚴重的上游區(qū)域相當。

部分地區(qū)存在溝蝕，局部地區(qū)有滑坡、崩塌等重力侵蝕，山洪災(zāi)害也較嚴重。該區(qū)域是中國地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一，項目區(qū)附近崩塌、滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患點有50多處。

水土流失主要發(fā)生在雨季，降雨強度越大，土壤侵蝕強度也越大，7～9月的水土流失量占全年的70％左右，在遭遇強暴雨的情況下，一些地區(qū)水土流失會以一種“卷鋪蓋”的形式出現(xiàn)，造成突發(fā)性災(zāi)害。

2.2 綠化及植被恢復(fù)難度大

工程區(qū)內(nèi)植被類型單一，生物量較低，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，抗逆性和穩(wěn)定性較差。景觀綠化及植被恢復(fù)中的植物材料選擇困難，要求具有抗旱、耐寒、耐貧瘠、管養(yǎng)粗放、自衍等能力，植物種類十分有限。

工程區(qū)土壤貧瘠，土層較薄，沙石含量高，且存在水土流失現(xiàn)象，保水保肥能力差，加之水分的嚴重不均衡，生態(tài)容量不高，景觀綠化的效果受到影響，植樹造林的密度不能保證，植被恢復(fù)的速度相對緩慢。

工程區(qū)為河谷深切地貌，垂直氣候特征明顯，溫差變幅較大。而且經(jīng)過建設(shè)干擾的地表局部地形差異更大，容易造成地表植被凍害或灼傷而影響植物的生長，因此對植物材料的耐候性和抗逆性要求較高，加劇了植物選擇的難度。

2.3 棄渣場防護難度大

陳子溝棄渣量為574.64萬m3，占地面積28.26 hm2，棄渣高程165～255 m，最大堆高90 m，為特大型棄渣場。該棄渣場由大小陳子溝兩條溝道匯合而成，溝床縱向坡比約7%，溝床右側(cè)斜坡較緩，約15°～25°，溝床左側(cè)斜坡坡度較陡，為37°～45°，100 a一遇洪峰流量154 m3/s。

棄渣場周邊主要發(fā)育2處滑坡體，1號滑坡為堆積層滑坡，位于沖溝左側(cè)，滑坡前緣高程180.0～183.0 m，寬度約60.0 m，后緣高程260.0 m左右，厚度5～8 m，方量約1.0萬m3，滑坡物質(zhì)為碎塊石土以及碎裂巖體；2號滑坡為堆積層滑坡，位于沖溝右側(cè)公路邊，滑坡前緣高程191.6～192.0 m，寬度約40.0 m，后緣高程209.0 m左右，厚度3～8 m，方量約0.4萬m3，滑坡物質(zhì)為碎塊石土。

3 水土保持設(shè)計

3.1 減少工程施工擾動影響

優(yōu)化設(shè)計方案，嚴控施工擾動范圍和永久占地面積，最大限度地減少工程施工對周邊原地貌脆弱生態(tài)環(huán)境的破壞和影響，保護水土資源免于破壞或打破原有平衡狀態(tài)。

為有效利用當?shù)赜邢薜耐恋刭Y源、降低工程造價、提高投資效率，對棄渣場選址和設(shè)計方案進行了優(yōu)化比選，分析陳子溝、紅椿溝2處棄渣場合并為1處的技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性，確定僅布置陳子溝1處棄渣場，有效地減少了工程擾動面積14.2 hm2。

3.2 注重壩肩綠化設(shè)計

大壩左右岸壩肩開挖形成高陡巖質(zhì)邊坡，坡比為1∶0.6，其中左岸壩肩邊坡高約50 m，右岸壩肩邊坡高約65 m。為消除高陡、裸露邊坡對壩區(qū)整體景觀的負面影響，在水土保持設(shè)計中，應(yīng)用TBS邊坡防護技術(shù)，通過清理邊坡、錨固復(fù)合材料網(wǎng)、噴射厚層基材等新工藝，對左右岸壩肩高邊坡進行分級綠化；沿邊坡馬道內(nèi)側(cè)修筑石坎，填充營養(yǎng)土，按照沿馬道同種列植、沿坡面方向間植的模式栽植適生、適應(yīng)能力強、明艷多彩、景觀效果好的灌木，襯托馬道和邊坡在水平和垂直方向的綠化布置，形成壩區(qū)一道靚麗的綠化景觀帶，同時提升整個項目區(qū)的生態(tài)景觀功能。壩肩綠化措施實施后，工程區(qū)壩肩綠化率達到15%。

3.3 注重植被群落設(shè)計

采用以灌木為主，草本植物與灌木植物優(yōu)化配置的理念營造多樣性護坡植被。綜合考慮工程的自然條件，植被群落設(shè)計以鄉(xiāng)土樹種為主，主要植物品種為紫花苜蓿、紫穗槐、小葉黃楊、杜鵑、狗牙根、白三葉等草灌種子，播種總量為5～8 g/m2，道路兩側(cè)栽植行道樹，樹種采用水杉；在局部坡面坡度接近90°區(qū)域補栽爬山虎等藤類植物，如表1所示。優(yōu)化植物群落后，工程總體綠化率達到27.5%。

3.4 強化棄渣場防護設(shè)計

對比箱涵方案和明渠過水方案，從防淤、施工難度、出口消能、后期運行綜合分析后，推薦對陳子溝棄渣采用明渠過水方案。

為有效處理滑坡，將棄渣場往陳子溝上游移動，棄渣場堆渣頂部高程至255 m，以對1號滑坡起到壓腳的作用，有利于滑坡穩(wěn)定；2號滑坡體被棄渣掩埋，無需進行處理，有效地減少了滑坡體處理難度。

棄渣場防護以“溝口混凝土擋渣墻、溝道明渠排水為主，堆渣邊坡自下而上漿砌石網(wǎng)格填充干砌石、漿砌石網(wǎng)格植草、植草護坡，渣體頂面土地整治及植被恢復(fù)”相結(jié)合的綜合防護措施體系。

結(jié)合工程建設(shè)過程分析，棄渣場堆渣進占集中在“三通一平”、一期工程基礎(chǔ)開挖、二期工程基礎(chǔ)開挖，其余時段土石方工程量相對較小，產(chǎn)生的棄渣量也較少，堆渣進占時序整體上呈現(xiàn)出階段性的特點。據(jù)此，在整體布置的擋墻和排水明渠基礎(chǔ)上，分析預(yù)測了各階段集中棄渣的數(shù)量及堆渣高程，針對不同施工階段堆渣進占形成相對穩(wěn)定的渣體頂面實施整平，并布置臨時截排水溝，做到了實時有效的渣體頂面水土流失防護。

該措施體系可滿足堆渣整體及邊坡穩(wěn)定，同時可大大減少棄渣流失及其造成的水土流失影響。

4 結(jié) 語

根據(jù)孤山航電樞紐工程土地貧瘠、降雨量大、棄渣場防護難度大的特點，構(gòu)建了綜合工程措施防護體系，同時采取TBS及灌草結(jié)合的植物措施，可有效地控制工程建設(shè)過程中的水土流失，實現(xiàn)了生產(chǎn)效益和環(huán)境、生態(tài)效益共贏的局面，也可為漢江中上游水電開發(fā)建設(shè)提供參考。

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（編輯：李 晗）

Study on characteristics of soil erosion and treatment measures of Gushan Navigation and Hydropower Project

ZHANG Xin，WAN Shan，LIU Yong，XU Tao，YIN Yuanyin

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In order to solve the problem of protecting the dumping site and greening the high and steep slopes of the project，by analyzing the characteristics and difficulties of soil erosion in Gushan Navigation and Hydropower Project，some targeted measures were taken in the design of soil and water conservation such as ① Optimizing the design schemes for weakening the influence of construction disturbance； ② Paying attention to the greening design of dam abutment and beautifying the project； ③ Giving priority to the selection of vegetation community； ④ Strengthening the protection design of the waste dump.The results showed that the treatment measures controlled the soil erosion situation，which provided a reference for the construction of large hydropower stations in the middle and upper reaches of Hanjiang River．

Key words：

soil erosion； water and soil conservation； vegetation community； control measures； Gushan Navigation and Hydropower Project