水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持典型措施技術(shù)分析和展望

崔 磊，宋曉彥，任 遠(yuǎn)，馮 磊

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

0 引 言

黨的十八大以來(lái)，生態(tài)文明建設(shè)納入國(guó)家“五位一體”戰(zhàn)略，“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念深入人心。黨的二十大報(bào)告明確了新時(shí)代我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略任務(wù)，指出中國(guó)式現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，要堅(jiān)定不移走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)提出了新的目標(biāo)和要求。2021年3月，我國(guó)首部流域法律《長(zhǎng)江保護(hù)法》正式施行，2022年10月《黃河保護(hù)法》出臺(tái)，《青藏高原生態(tài)保護(hù)法》也正在醞釀出臺(tái)，以法之名保護(hù)長(zhǎng)江、黃河等重要流域生態(tài)系統(tǒng)，為流域、區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的法治保障。

水土保持是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要組成部分，直接承擔(dān)著生態(tài)基礎(chǔ)功能，在國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)中有著舉足輕重的地位。水電開(kāi)發(fā)須堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，做好重點(diǎn)流域、區(qū)域水土流失防治，不僅能夠推動(dòng)水電及抽水蓄能項(xiàng)目建設(shè)、助力構(gòu)建清潔低碳能源體系；同時(shí)還能夠通過(guò)水土保持措施發(fā)揮土壤碳匯、植物碳匯等生態(tài)效益[1]，從而促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我國(guó)規(guī)劃待建設(shè)的水電工程大多分布在長(zhǎng)江、黃河的上游及青藏、云貴高原等地區(qū)，生態(tài)要求高，抽水蓄能電站也通常面臨擾動(dòng)良好植被等生態(tài)環(huán)境敏感問(wèn)題；因此，有必要加強(qiáng)水土保持措施技術(shù)研究和效果提升，不斷適應(yīng)新的生態(tài)保護(hù)要求，進(jìn)一步做好水土流失控制、林草植被建設(shè)、水土保持生態(tài)修復(fù)、景觀環(huán)境優(yōu)化等水土保持工作，推動(dòng)水電行業(yè)綠色發(fā)展。

1 常規(guī)水電及抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與規(guī)劃

我國(guó)水能資源技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量約6.87億kW，主要分布在長(zhǎng)江、金沙江、黃河、雅礱江、大渡河、烏江、瀾滄江等大型水電基地，開(kāi)發(fā)條件優(yōu)越。截至2021年底，我國(guó)水電裝機(jī)容量為35 453萬(wàn)kW，約占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的14.9%[2]?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)將積極推動(dòng)金沙江上游、瀾滄江上游、雅礱江中游、黃河上游等已納入規(guī)劃、符合生態(tài)保護(hù)要求的水電項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)，推進(jìn)雅魯藏布江下游水電開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)2030年在2020年基礎(chǔ)上新增常規(guī)水電裝機(jī)容量8 000萬(wàn)kW左右。

我國(guó)具備建設(shè)抽水蓄能電站的站點(diǎn)資源比較豐富。截至2021年底，我國(guó)已投產(chǎn)抽水蓄能電站40座，總裝機(jī)容量3 639萬(wàn)kW，主要分布在華東、華北、華中和廣東地區(qū)，裝機(jī)規(guī)模居世界首位?！笆奈濉逼陂g，抽水蓄能電站已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展的新階段，2025年抽水蓄能裝機(jī)容量將達(dá)到1.2億kW，預(yù)計(jì)2035年前后，抽水蓄能裝機(jī)容量將達(dá)到3.0億kW[2]。未來(lái)圍繞以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需要，將在全國(guó)分散布局建成一批促進(jìn)新能源高速發(fā)展、資源利用高質(zhì)高效、生態(tài)環(huán)境友好和諧的現(xiàn)代化抽水蓄能電站。

2 已開(kāi)發(fā)水電項(xiàng)目水土保持典型措施技術(shù)分析

2.1 棄渣場(chǎng)水土保持技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

2.1.1 選址

水電工程受地形地質(zhì)條件限制，不良地質(zhì)、邊坡處理工程量大，廠房、導(dǎo)流洞、交通通道等多為地下工程，開(kāi)挖土石方量巨大，棄渣場(chǎng)選址的核心是確保棄渣場(chǎng)安全和防止渣土流失[3]，同時(shí)減少對(duì)原生生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)破壞。因此，渣場(chǎng)一般應(yīng)設(shè)置在自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、河道管理范圍和已建成水庫(kù)之外，并優(yōu)先選用少占耕地和少搬遷居民的場(chǎng)地，眾多條件制約導(dǎo)致高山峽谷區(qū)域棄渣場(chǎng)選址困難問(wèn)題較突出。

為妥善處理工程棄渣，在不具備布設(shè)大型渣場(chǎng)集中堆放棄渣的條件下，可考慮小型化、分散化的在河道支溝、兩岸臺(tái)地、坡地等區(qū)域布設(shè)棄渣場(chǎng)，以滿足棄渣堆存需要，減少生態(tài)環(huán)境影響；水電工程可供選擇具備大容量的棄渣場(chǎng)所極為有限，可充分論證后考慮在待建水庫(kù)庫(kù)區(qū)[4]、尤其是死水位以下具備相應(yīng)堆渣空間的區(qū)域設(shè)置棄渣場(chǎng)。

2.1.2 水土保持專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)

水電建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可研、可研階段和前期設(shè)計(jì)過(guò)程中，現(xiàn)已經(jīng)系統(tǒng)開(kāi)展棄渣場(chǎng)水土保持選址專(zhuān)題、棄渣場(chǎng)防護(hù)設(shè)計(jì)專(zhuān)題、水土保持“三同時(shí)”實(shí)施方案、水土保持專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)等工作，為項(xiàng)目水土保持方案審查提供材料支撐，也為后續(xù)工程建設(shè)中落實(shí)棄渣場(chǎng)水土保持措施提供依據(jù)和指導(dǎo)。

工程竣工水土保持設(shè)施驗(yàn)收前，建設(shè)單位委托具有相應(yīng)水平和能力的單位對(duì)驗(yàn)收范圍內(nèi)4級(jí)及以上的棄渣場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估。棄渣場(chǎng)水土流失防治措施應(yīng)依據(jù)其實(shí)際的堆置方案和施工時(shí)序布設(shè)措施，棄渣場(chǎng)水土流失防治需系統(tǒng)治理、綜合防護(hù)，針對(duì)不同類(lèi)型的棄渣場(chǎng)，措施體系與措施配置應(yīng)具有針對(duì)性[5]。結(jié)合渣場(chǎng)級(jí)別和場(chǎng)址區(qū)域?qū)嶋H防護(hù)需求，合理確定防治措施等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)。棄渣場(chǎng)堆渣結(jié)束后，充分考慮與周邊生態(tài)與景觀的協(xié)調(diào)一致性，做好植被恢復(fù)。

2.1.3 水土保持信息化管理

考慮到水電工程棄渣場(chǎng)堆量較大，所處區(qū)域地形地質(zhì)條件復(fù)雜，一旦失穩(wěn)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失危害，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和管理手段難以滿足要求[6]，水電建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)已開(kāi)展棄渣全過(guò)程自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。通過(guò)研發(fā)和應(yīng)用信息化監(jiān)測(cè)設(shè)備[7]，結(jié)合常規(guī)監(jiān)測(cè)手段，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水土流失背景、土石方調(diào)運(yùn)動(dòng)態(tài)、棄渣場(chǎng)水土流失防治效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)和綜合數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集[8]，滿足水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的工作要求，提升水土保持監(jiān)測(cè)服務(wù)能力；建設(shè)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水電工程棄渣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共享、分析、預(yù)警和信息發(fā)布。

2.2 高陡邊坡水土保持技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

2.2.1 影響邊坡修復(fù)的主要因素

水電建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域通常地形陡峻，石質(zhì)山體較多，工程施工開(kāi)挖后形成的創(chuàng)面易形成高陡邊坡，坡面擾動(dòng)區(qū)的生態(tài)恢復(fù)具有較大難度，是水土保持措施的重點(diǎn)之一。高陡邊坡水土保持修復(fù)通常需要重點(diǎn)考慮以下影響因素：巖質(zhì)邊坡風(fēng)化程度低，涵養(yǎng)水分能力差，植物生長(zhǎng)必需的基礎(chǔ)養(yǎng)分匱乏；植被根系難以扎入硬質(zhì)邊坡坡體，且植被生長(zhǎng)受大坡度的脅迫作用影響顯著，導(dǎo)致植被生長(zhǎng)立地條件惡劣；坡度較大的高邊坡，普通生態(tài)修復(fù)基質(zhì)因成型強(qiáng)度不足和粘結(jié)力不夠，難以長(zhǎng)期維持效果；邊坡開(kāi)挖導(dǎo)致山體卸荷，山體原有的平衡被改變，坡體內(nèi)部應(yīng)力釋放與重新分布，可能會(huì)造成邊坡淺表崩塌或滑坡等地質(zhì)災(zāi)害在一定時(shí)期內(nèi)發(fā)生。

2.2.2 水土保持修復(fù)技術(shù)

我國(guó)在公路、鐵路、河岸帶和礦山等工程長(zhǎng)期實(shí)踐中已經(jīng)形成了各類(lèi)相對(duì)成熟的高陡邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)[9-10]；然而，水電工程因其建設(shè)特點(diǎn)及高山峽谷地形、土壤、氣候條件等差異，現(xiàn)有生態(tài)修復(fù)技術(shù)在基材肥力持續(xù)性、物種選擇和配置、坡面生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一等問(wèn)題上需進(jìn)一步研究改進(jìn)。水電工程高陡邊坡就安全要求，一般主體工程已采取了噴錨，框格梁的防護(hù)，在此立地條件下，采取各種使坡面能夠附著植被生長(zhǎng)基材的技術(shù)措施是高陡邊坡植被重建和水土保持生態(tài)修復(fù)的前提[11]。水土保持措施可以選擇厚層基材植被護(hù)坡、格柵植草、種植槽及植生孔等成熟的工藝方法，輔以生態(tài)材料及灌溉技術(shù)。此外，水電工程已有經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)不同技術(shù)的適應(yīng)性試驗(yàn)及不同工法組合，開(kāi)展特定邊坡水土保持與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的試驗(yàn)研究非常必要和重要。

根據(jù)水電工程在高陡邊坡生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，硬質(zhì)與巖石邊坡可采用植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)、SPF無(wú)土噴播復(fù)綠技術(shù)、飄板植生槽藤本種植技術(shù)及植生穴等方法；針對(duì)非硬質(zhì)邊坡存在的土壤貧瘠、基材與坡面粘結(jié)力不夠的現(xiàn)狀，可采用植生水泥土、SPF無(wú)土噴播復(fù)綠技術(shù)及土工格室等方法。

2.3 植物恢復(fù)措施技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

2.3.1 干熱河谷區(qū)域植物恢復(fù)措施

位于干熱河谷區(qū)域的水電工程面臨炎熱少雨的惡劣氣候條件，水熱矛盾、水土流失、土壤退化、荒漠化等問(wèn)題突出[12]，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，水土流失面積分布較廣，侵蝕強(qiáng)度較大，水電開(kāi)發(fā)建設(shè)可能進(jìn)一步加劇生態(tài)環(huán)境的惡化。因此，干熱河谷區(qū)域是植被恢復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)地區(qū)[13]。

針對(duì)干熱河谷區(qū)域存在的干旱缺水、土壤資源質(zhì)量低等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，水電開(kāi)發(fā)在水土保持措施中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注抗旱和保水。根據(jù)海拔、坡度、坡向、巖土組成、水分條件劃分立地條件，結(jié)合地帶性、地域性原生植被的特征和相關(guān)試驗(yàn)研究，選用耐旱耐熱耐瘠薄、抗逆性強(qiáng)、適生性強(qiáng)且具有結(jié)瘤固氮和改土功能的樹(shù)草種，進(jìn)行喬灌草不同生活型植物類(lèi)型的合理配置，建立植被與生境水分條件相適應(yīng)的群落生態(tài)結(jié)構(gòu)，采取地膜覆蓋、秸稈覆蓋、樹(shù)皮覆蓋、砂石覆蓋等控制干熱河谷地表水分蒸發(fā)的地面覆蓋技術(shù)，可有效提升其植被恢復(fù)措施效果。

2.3.2 高寒區(qū)域植物恢復(fù)措施

在建和待建水電工程項(xiàng)目集中在川藏、滇藏和青藏等高寒地區(qū)，其高原氣候特點(diǎn)形成了獨(dú)特的高寒地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)域空氣稀薄、養(yǎng)分稀缺，動(dòng)植物種類(lèi)單一、生物鏈簡(jiǎn)單，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，尤其邊坡植被破壞后，會(huì)加速邊坡土壤侵蝕流失。若該區(qū)域表層土壤資源喪失殆盡，生物量將進(jìn)一步降低直至生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)，且會(huì)加速凍土融化，引起土地沙化和水土流失[14]。

近年來(lái)，針對(duì)高寒區(qū)域，水電工程對(duì)地形地貌、海拔、氣候、土壤以及植被的垂直分布特征進(jìn)行調(diào)查分析，從“土壤-植物-氣候系統(tǒng)”整體考慮，研究了高寒區(qū)域的植被恢復(fù)策略，提出了高寒灌叢區(qū)耐寒型植物結(jié)構(gòu)配置。針對(duì)植物越冬成活的限制性因素，提出了土壤表層堆放礫石的保溫越冬技術(shù)；針對(duì)高寒草甸區(qū)生態(tài)異常脆弱、草甸破壞后自然恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，提出高成活率的草甸剝離與回覆關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)為防止草甸退化輔助以人工植被建設(shè)，通過(guò)生物量調(diào)控和土壤養(yǎng)分調(diào)控，可形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)；結(jié)合水電開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，在全過(guò)程水土保持管控體系中創(chuàng)新提出生態(tài)型水土保持措施、植物移栽關(guān)鍵技術(shù)、邊坡綠化養(yǎng)分循環(huán)利用措施、邊坡智能水分調(diào)控技術(shù)等，有效提升了高寒區(qū)域水土流失的治理效果和植被恢復(fù)的穩(wěn)定性。

2.3.3 表層種植土保護(hù)

表土是植物措施中必需的不可再生資源，傳統(tǒng)粗放式施工通常缺少表土剝離后的精細(xì)化管理，導(dǎo)致土壤肥力流失，利用效果不佳。水電建設(shè)項(xiàng)目在工程建設(shè)過(guò)程中同步做好了表土剝離和堆存、土壤改良和表土綜合利用等保護(hù)工作。表土剝離、搬運(yùn)及堆存作業(yè)應(yīng)盡量減少對(duì)土壤理化性質(zhì)的破壞；高寒草原草甸地區(qū)，應(yīng)對(duì)表層草甸土進(jìn)行剝離、養(yǎng)護(hù)和回覆利用；對(duì)覆蓋度低、生長(zhǎng)緩慢的草地，應(yīng)首先將表層已有植被和其下表土層一起剝離，隨即移植到周邊適生環(huán)境養(yǎng)護(hù)，擾動(dòng)結(jié)束后復(fù)植到需要恢復(fù)的區(qū)域；表土堆放時(shí)間超過(guò)1年的，應(yīng)在堆土體表面種植綠肥作物進(jìn)行土壤培肥，并適量施肥澆水，防止土壤肥力退化。土壤改良應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)研究確定物理改良、化學(xué)改良和生物改良相結(jié)合的措施，通過(guò)深耕、施加土壤改良劑、有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥及微生物等措施，優(yōu)先使用工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的廚余垃圾，可采用發(fā)酵法和生物法進(jìn)行堆肥處理。

3 展 望

3.1 做好高寒區(qū)域生態(tài)修復(fù)技術(shù)研發(fā)

水電開(kāi)發(fā)潛力主要集中于青藏高原東緣生態(tài)較脆弱區(qū)域，工程建設(shè)造成的水土流失較為嚴(yán)重，因此，做好水土保持生態(tài)修復(fù)成為未來(lái)水電開(kāi)發(fā)需解決的重要技術(shù)問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)高寒、高海拔地區(qū)和高山峽谷地形條件下的植被恢復(fù)尚無(wú)成熟的技術(shù)體系，在采取植物措施恢復(fù)植被防治水土流失方面，表土資源的綜合規(guī)劃利用、植物篩選與建養(yǎng)技術(shù)方面僅有少許經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。做好高寒地區(qū)水電站梯級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)域科學(xué)、系統(tǒng)的植被恢復(fù)技術(shù)研究，形成技術(shù)可靠、成本適宜、可廣泛運(yùn)用于植被恢復(fù)的技術(shù)，為未來(lái)高寒區(qū)水電開(kāi)發(fā)在生態(tài)脆弱區(qū)植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)積累，對(duì)保障國(guó)家重大工程順利實(shí)施有重大的戰(zhàn)略意義和重要的科學(xué)意義。

3.2 深化高陡邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究應(yīng)用

出于安全考慮，水電工程對(duì)于高陡邊坡的治理措施，一般傾向于鋼筋混凝土硬化措施；但這會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)切斷、生態(tài)服務(wù)功能降低[15]。隨著生態(tài)文明建設(shè)要求不斷提高，高陡邊坡的復(fù)綠已成為必然要求。由于高陡邊坡無(wú)法供給植物生長(zhǎng)所需的土壤、水分和養(yǎng)分，基材的附著及養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng)是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，新型植被恢復(fù)營(yíng)養(yǎng)保水復(fù)合基材開(kāi)發(fā)是研究發(fā)展的趨勢(shì)之一。因此，應(yīng)深化研究高陡邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)及實(shí)施方案，采用新工藝、新方法，提升電站開(kāi)挖創(chuàng)面植被恢復(fù)率及植被覆蓋度，有效提升區(qū)域碳匯能力，實(shí)現(xiàn)水電開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展。

3.3 強(qiáng)化抽水蓄能電站水土保持生態(tài)建設(shè)

抽水蓄能電站由于規(guī)劃選址及建設(shè)特點(diǎn)，其選址往往位于用電負(fù)荷中心周邊植被較好的山區(qū)，常涉及水土保持敏感區(qū)域，且占地面積較大，生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)較嚴(yán)重，高陡邊坡多、消落帶裸露、棄渣場(chǎng)安全等問(wèn)題突出，尤其是位于城市周邊及風(fēng)景名勝區(qū)的抽水蓄能電站，其生態(tài)建設(shè)和景觀要求更加顯著，坡面景觀與環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)性問(wèn)題備受關(guān)注。目前，這些問(wèn)題尚待解決，需加大抽水蓄能電站水土保持生態(tài)修復(fù)研究和生態(tài)建設(shè)工作，減少工程建設(shè)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響。