西南地區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄渣場水土保持現(xiàn)狀

摘 要：對(duì)西南地區(qū)217座處于堆棄過程中的棄渣場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，從選址、堆置形態(tài)、水土流失防治現(xiàn)狀等方面開展深入分析，探究棄渣場的人為水土流失現(xiàn)狀特征。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：①西南地區(qū)棄渣場選址多位于坡地、溝道等基底坡度較大區(qū)域，主要采取不規(guī)范的推進(jìn)式自上而下堆置方式棄渣，渣體形態(tài)演化可依次分為依坡傾倒堆置形態(tài)（Ⅰ階段）、單級(jí)松散邊坡強(qiáng)碾壓坡頂平臺(tái)堆置形態(tài)（Ⅱ階段）、多級(jí)松散邊坡堆置形態(tài)（Ⅲ階段）；②Ⅱ階段末期和Ⅲ階段初期的局部過載、分級(jí)擾動(dòng)、植物建植期是棄渣流失的主要階段；③棄渣過程中僅攔擋措施實(shí)施的時(shí)效性及完成程度相對(duì)較高，截排水、苫蓋、植物措施等易被忽視。研究成果可為棄渣場的綜合管理和水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：棄渣場；生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目；選址；堆置形態(tài)；水土流失防治

中圖分類號(hào)：S157.1" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

棄渣場是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工中堆置存放多余土石方的專用場地，作為結(jié)構(gòu)松散的不穩(wěn)定人工堆積地貌單元，因其水土流失嚴(yán)重、失事風(fēng)險(xiǎn)高、影響大而備受關(guān)注。現(xiàn)階段對(duì)于棄渣場水土流失防治的研究大致可分為兩方面：一是結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)棄渣場的水土流失防治技術(shù)等進(jìn)行探討總結(jié)，為棄渣場水土流失防治措施體系建設(shè)提供實(shí)踐依據(jù)[1-4]；二是針對(duì)棄渣場采取野外觀測和室內(nèi)（外）模擬實(shí)驗(yàn)等手段，研究其在不同侵蝕條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙機(jī)理，為棄渣場水土流失防治提供理論基礎(chǔ)[5-11]。上述研究主要側(cè)重于理論體系的構(gòu)建和技術(shù)方案的提升，然而生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目減少新增水土流失的關(guān)鍵是在建設(shè)期間對(duì)棄渣采取及時(shí)有效的水土流失防治措施，因此，對(duì)棄渣場未按要求開展水土流失防治措施而導(dǎo)致的水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析十分必要。

隨著對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管監(jiān)測工作的不斷深入和強(qiáng)化，棄渣場的人為水土流失現(xiàn)象逐漸引發(fā)思考。姜德文[12]認(rèn)為加強(qiáng)棄渣場的審批管理是有效防控生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成嚴(yán)重水土流失及危害的重要控制措施。孟繁斌等[13]認(rèn)為棄渣場變更是導(dǎo)致水土保持方案變更的關(guān)鍵，尤其是線性工程棄渣場選址和設(shè)計(jì)深度難以達(dá)到規(guī)范要求的問題較為突出。蔣學(xué)瑋等[14]認(rèn)為水土流失防治措施的實(shí)施進(jìn)度對(duì)于水土保持措施起到及時(shí)有效的作用十分重要。為揭示棄渣場的水土保持現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)科學(xué)合理地實(shí)施水土保持防治措施的重要意義，本文對(duì)分布于西南地區(qū)在建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的217座棄渣場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，從選址設(shè)計(jì)、棄渣堆置流程以及攔擋、截排水、苫蓋等水土保持措施的實(shí)施情況等方面開展分析討論，以期為棄渣場的綜合管理、水土流失監(jiān)測與防治等提供借鑒。

1 研究區(qū)及棄渣場概況

根據(jù)全國水土保持區(qū)劃[15-17]，本次野外調(diào)查的217座棄渣場位于西南紫色土區(qū)的川渝山地丘陵區(qū)、武陵山山地丘陵區(qū)、秦巴山山地區(qū)以及西南巖溶區(qū)的滇北及川西南高山峽谷區(qū)、滇黔桂山地丘陵區(qū)，青藏高原區(qū)的藏東—川西高山峽谷區(qū)（見圖1）。研究區(qū)大部分位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，水系溝壑發(fā)育，年均降水量多在800～1 600 mm之間，以水力侵蝕為主。西南紫色土區(qū)以中低山丘陵為主，處于該區(qū)內(nèi)的棄渣場選址多為溝道、坡地或大型河谷谷坡，優(yōu)勢地面組成物質(zhì)為紫色土、黃壤土或極易風(fēng)化的砂頁巖層等，土層較厚，棄渣場的物質(zhì)組成多為土或土石混合物。西南喀斯特區(qū)喀斯特地貌發(fā)育，優(yōu)勢地面組成物質(zhì)以石灰?guī)r母質(zhì)、黃壤土和紅壤土為主，土層較薄，區(qū)內(nèi)棄渣場多設(shè)置在溝道及河谷谷坡，棄渣物質(zhì)組成多以硬質(zhì)巖石為主。

調(diào)查研究包含鐵路工程、公路工程、灌區(qū)工程及水電樞紐工程等4類共計(jì)16個(gè)影響范圍廣、開挖量大的在建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，共計(jì)棄渣場217座。其中涉及5個(gè)鐵路建設(shè)項(xiàng)目，棄渣場數(shù)量111座，位于巴山山脈、武陵山山脈中低山區(qū)以及云貴高原北部中山區(qū)等區(qū)域，區(qū)內(nèi)地形切割較強(qiáng)烈，山高谷深陡崖多，鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)期間棄渣的主要來源為隧道設(shè)施工程區(qū)、站場工程區(qū)、路基工程區(qū)以及橋涵工程區(qū)。根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，公路、鐵路工程在高填深挖路段，應(yīng)采用加大橋隧比例，5個(gè)鐵路項(xiàng)目橋隧比分別為98.3%、84.4%、55.6%、79.0%、80.1%，廢棄土石渣多來源于隧道設(shè)施工程區(qū)（分別占棄方量的79.5%、45.3%、20.6%、78.4%、40.2%），以碎石塊為主。此類棄渣場受到地形條件限制存在選址困難、場地狹小、棄渣堆置量大、堆放高、匯水面積大、失事危害嚴(yán)重等特點(diǎn)；還涉及1個(gè)公路項(xiàng)目，調(diào)查棄渣場數(shù)量17座，位于四川盆地與云貴高原接壤地帶，主要地貌為構(gòu)造溶蝕侵蝕中山-中高山-高山峽谷地貌，項(xiàng)目建設(shè)期間棄渣的主要來源為路基工程區(qū)（占比50.8%）以及橋隧工程區(qū)（占比33.3%），棄渣物質(zhì)組成為棄土或土石混合；涉及5個(gè)灌區(qū)項(xiàng)目，調(diào)查棄渣場數(shù)量65座，位于四川盆地低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)以紫色土、水稻土為主，項(xiàng)目建設(shè)期間棄渣以渠道開挖土方為主，棄渣場的布置總體呈現(xiàn)“規(guī)模小、數(shù)量多”的特點(diǎn)，廢棄土石渣抗蝕能力弱，易受暴雨沖蝕，主要水土流失危害為破壞土地資源，加重下游泥沙含量，淤積淤塞河道與水利工程等；涉及5個(gè)水電樞紐工程，調(diào)查棄渣場數(shù)量24座，地貌特征主要為深切峽谷地貌，該類型項(xiàng)目棄渣主要源于樞紐工程區(qū)建筑物開挖，以廢棄石渣為主，棄渣場主要特征為規(guī)模大、使用周期長等。根據(jù)選址和所在地形等[18]對(duì)217座棄渣場進(jìn)行分類，可區(qū)分為坡地型83座、溝道型79座、臨河型30座、平地型16座、庫區(qū)型9座（見表1）。

2 棄渣場水土流失現(xiàn)狀分析及討論

2.1 棄渣場選址變更

選址是棄渣場水土流失防治工作的關(guān)鍵內(nèi)容，決定了棄渣場的危害等級(jí)及水土流失防治措施體系的布設(shè)等。選址設(shè)置及處置方案應(yīng)充分考慮渣場規(guī)模及周邊環(huán)境因素[3，18-19]，在可行性研究階段根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)完成并納入水土保持方案報(bào)請(qǐng)審批[12]。然而由于前期水土保持方案編制過程中現(xiàn)場調(diào)查工作程度不深入、選址征地問題以及主體工程設(shè)計(jì)調(diào)整等原因，目前調(diào)查區(qū)內(nèi)各類型的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目存在大量棄渣場選址變化而需進(jìn)一步變更報(bào)批的情況，尤其是部分山區(qū)線性工程的棄渣場選址變更比例達(dá)90%以上。這種變更不僅發(fā)生在初步設(shè)計(jì)階段，在項(xiàng)目實(shí)施過程中調(diào)整變更的現(xiàn)象也較為普遍。水土保持方案外新設(shè)棄渣場或棄渣量增加導(dǎo)致棄渣場等級(jí)提高，需在棄渣前編制水土保持方案補(bǔ)充報(bào)告，并報(bào)水土保持方案原審批部門審批。棄渣場的變更審批需一定的周期，直接制約了項(xiàng)目施工進(jìn)度，工程建設(shè)單位常采取就近啟用臨時(shí)棄渣點(diǎn)的解決方式，更有甚者直接啟用未經(jīng)批準(zhǔn)的棄渣場。此外，棄渣的二次轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致了新增水土流失量急劇增加。本文認(rèn)為加強(qiáng)水土保持方案編制階段的棄渣場選址設(shè)計(jì)以及審查工作，強(qiáng)化棄渣場選址審批工作在項(xiàng)目主體工程設(shè)計(jì)中的重要性，降低棄渣場變更的頻率和突發(fā)性，是預(yù)防和管控生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄渣產(chǎn)生人為大量流失的重點(diǎn)問題。

2.2 棄渣流程及渣體形態(tài)演化過程

本次西南地區(qū)棄渣場選址主要為坡地、溝道等基底坡度較大區(qū)域。一般坡地型、溝道型等棄渣場堆棄流程如下：①表土剝離保護(hù)；②棄渣場基底處理，包括軟滑層清理以及設(shè)置渣底盲溝等；③在渣體下游或前緣設(shè)置攔擋措施；④周圍修建截排水溝，并與自然水系順接；⑤棄渣自下而上分層碾壓分級(jí)堆放；⑥自然邊坡削坡開級(jí)及渣體靜態(tài)邊坡臨時(shí)防護(hù)，本次調(diào)研按渣場使用情況和堆渣量對(duì)217座棄渣場的使用階段進(jìn)行劃分，其中處于前、中期的80座棄渣場僅13座為自下而上分層堆渣，處于中、后期的137座棄渣場有107座進(jìn)行了分級(jí)削坡；⑦堆渣后渣體坡面防護(hù)、土地整治。然而上述工藝流程對(duì)工程棄渣而言效率低且價(jià)格高，因而棄渣的堆棄過程普遍采用了一種更為“直接”的方式，即采取自上而下傾倒，推進(jìn)式松散堆棄，在達(dá)到或接近設(shè)計(jì)棄渣量后再進(jìn)行分級(jí)處理。

根據(jù)人為棄土堆置體形態(tài)分類研究[20-22]，將推進(jìn)式自上而下堆置棄渣過程中渣體形態(tài)發(fā)展分為依坡傾倒堆置形態(tài)（Ⅰ階段）—單級(jí)松散邊坡強(qiáng)碾壓坡頂平臺(tái)堆置形態(tài)（Ⅱ階段）—多級(jí)松散邊坡堆置形態(tài)（Ⅲ階段）。初始棄渣點(diǎn)高程多處于渣體最大頂部高程附近，堆置前期（Ⅰ階段）受棄渣地坡度、坡長以及渣土物理特性等因素影響，可形成上厚下薄的坡面依坡棄渣體或下厚上薄的坡溝依坡棄渣體（見圖2）。隨著棄渣量增加，頂部逐漸形成經(jīng)工程車輛反復(fù)碾壓的渣體平臺(tái)（Ⅱ階段）。Ⅰ階段依坡傾倒堆置和Ⅱ階段單級(jí)松散邊坡輕度碾壓坡頂平臺(tái)堆置的渣體邊坡結(jié)構(gòu)松散，坡面坡度處于接近自然安息角的亞穩(wěn)定狀態(tài)。尤其是棄渣Ⅱ階段，渣體形成不穩(wěn)定高陡邊坡，重力侵蝕作用十分顯著，渣體局部垮塌、滑坡、沉降開裂等情況極為常見。Ⅲ階段多級(jí)松散邊坡堆置形態(tài)是對(duì)渣體削坡開級(jí)后以期達(dá)到永久穩(wěn)定的最終堆置形態(tài)，由多級(jí)邊坡和馬道組成。僅考慮土壤侵蝕下墊面條件（坡度、坡長、土石比等），棄渣堆積體從Ⅰ階段到Ⅱ階段末期坡面土壤侵蝕強(qiáng)度逐漸增加，Ⅱ階段向Ⅲ階段轉(zhuǎn)換過程中由于人為二次擾動(dòng)（工程器械削坡分級(jí)），坡面侵蝕劇增，削坡分級(jí)完成后棄渣堆積體從高土壤侵蝕強(qiáng)度逐漸向低土壤侵蝕強(qiáng)度轉(zhuǎn)換。這種不滿足規(guī)范要求的棄渣方法使得棄渣場使用過程中產(chǎn)生了大量的水土流失，對(duì)下游自然環(huán)境造成了不利影響和安全隱患。

2.3 攔擋措施

攔擋是施工過程中棄渣場水土流失防治的核心工程措施。遵循“先攔后棄”原則，棄渣前在下游或坡腳前緣設(shè)置攔擋措施可有效阻止棄渣流失和抑制渣體變形失穩(wěn)。本次調(diào)查中的186座棄渣場實(shí)施了攔渣措施，實(shí)施比例高于截排水、坡面防護(hù)等措施。常見攔擋工程類型包括3種，其中重力式混凝土擋渣墻最多，共計(jì)157座，實(shí)施漿砌石擋墻的棄渣場24座，少量將格賓籠擋墻作為臨時(shí)攔擋，僅見于水利工程。約7座永久擋墻因地基沉降和未設(shè)置擋墻排水孔等發(fā)生開裂或局部損毀。

圖3分別展示了棄渣在坡表徑流作用下，沿?cái)r擋缺失部位流失后淤積下游溝道；棄渣未及時(shí)采取坡面防護(hù)和分級(jí)削坡，在水力-重力侵蝕作用下從攔擋頂部流失后淤積下游坑塘；在棄渣場內(nèi)部徑流作用下部分棄渣的遷移以及攔擋措施的阻斷作用；棄渣未設(shè)置截排水措施、未按規(guī)定坡比分級(jí)削坡等造成渣體滑塌及攔擋損毀。盡管多數(shù)棄渣場已經(jīng)實(shí)施了攔擋措施，但仍有64座棄渣場存在棄渣外溢流失情形。主要原因有兩點(diǎn)：一是攔擋措施沒有“橫向到邊，縱向到底”，約22座棄渣場的攔擋措施未接入兩側(cè)地形基底，棄渣因擋護(hù)不全而從旁側(cè)瀉溜至外圍。二是棄渣從擋渣墻上方瀉溜溢出，當(dāng)棄渣堆積體形態(tài)處于Ⅱ階段末期，棄渣量近于飽和，此時(shí)渣體坡腳抵近擋渣墻上沿，再次棄渣、削坡開級(jí)擾動(dòng)或水力-重力侵蝕作用等均會(huì)導(dǎo)致棄渣流失。此外，不少棄渣場并未嚴(yán)格遵循“先攔后棄”原則，擋墻修筑滯后或邊修建邊堆渣而導(dǎo)致攔擋未能全過程防護(hù)，也是棄渣流棄比增大的重要原因之一[23]。

棄渣堆置階段尤其處于Ⅰ階段、Ⅱ階段的棄渣堆積體，坡面結(jié)構(gòu)松散、裸露、坡比大，在水力-重力混合侵蝕作用下面蝕、溝蝕、瀉溜、滑塌等顯著發(fā)育，其巖土侵蝕模數(shù)是原始地貌的73～877倍[24-25]，提前在下游修筑攔擋措施可將該階段產(chǎn)生的大量泥沙轉(zhuǎn)移途徑有效切斷，防止堆渣過程中下游產(chǎn)生嚴(yán)重泥沙淤積問題。此次未修建攔擋措施的棄渣場主要來自淺丘地區(qū)延伸長、開挖深度小的線性工程，該類棄渣場以棄土為主，棄渣量少、堆高低、失事風(fēng)險(xiǎn)低、抗沖抗蝕性差，由于無攔擋措施阻隔，短期連續(xù)降雨即可嚴(yán)重淤積下游農(nóng)田、溝道等。

2.4 截排水措施

上方來水是棄渣場土壤侵蝕主要驅(qū)動(dòng)力之一，對(duì)棄渣場的土壤侵蝕具有顯著的放大作用[26]。西南地區(qū)雨水豐沛，棄渣場多設(shè)置在匯水面積大的臨河坡地或溝道等區(qū)域，改變了原地表匯流方式及水系走勢走向，提前修筑截水溝和排洪溝等可有效遏制上方匯水對(duì)棄渣堆積體的侵蝕。本次已實(shí)施截排水措施的棄渣場共計(jì)99座，占比約45.6%，其中僅36座棄渣場可有效發(fā)揮排導(dǎo)作用。上述情況主要是由于截排水溝在棄渣過程中易堵塞和損毀，部分棄渣場棄渣前永久截水措施施工難度大而造成的。此外，截排水措施對(duì)于棄渣場防護(hù)作用認(rèn)識(shí)不足的情況也普遍存在。棄渣場的導(dǎo)排系統(tǒng)對(duì)于棄渣場的運(yùn)行穩(wěn)定十分重要，上方來水沿渣體與場地接合面入滲渣體底部，可形成底部軟弱滑動(dòng)帶，進(jìn)而導(dǎo)致渣體整體滑移[27-29]。棄渣場周邊截排水措施應(yīng)與攔擋措施在同階段完成，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，63座棄渣場未設(shè)置截排水措施或存在修建不全、阻塞、中斷等情況，現(xiàn)場部分棄渣場因上游及周邊匯水在擋渣墻內(nèi)側(cè)形成積水洼地，甚至發(fā)生垮塌及滑坡。

2.5 坡面臨時(shí)防護(hù)

棄渣場的水力侵蝕主要發(fā)生在渣體和地表裸露期間。在堆渣完成初期或施工停滯階段，棄渣堆積體形成暫不擾動(dòng)靜態(tài)裸露邊坡，及時(shí)采取苫蓋和植物等坡面防護(hù)措施能夠減少降雨、坡面徑流等對(duì)渣體的濺蝕、面蝕和沖蝕[30-32]。本次調(diào)查中僅33座棄渣場對(duì)暫未擾動(dòng)的靜態(tài)邊坡采取了苫蓋或植物措施，降雨和頂部平臺(tái)匯水的共同作用下未采取防護(hù)措施的裸露邊坡發(fā)育細(xì)溝狀面蝕甚至嚴(yán)重的切溝侵蝕。合理布設(shè)植物措施可有效地抑制棄渣堆積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙[33-36]。然而現(xiàn)場調(diào)查棄渣場的植物措施實(shí)施十分滯后，且植物措施存在較長的生長恢復(fù)期，裸露的渣體尤其是暴雨集中時(shí)段需采取其他臨時(shí)措施進(jìn)行及時(shí)覆蓋。密目網(wǎng)苫蓋條件下土壤侵蝕量的模擬計(jì)算結(jié)果顯示，苫蓋后渣體坡面的土壤侵蝕量僅為裸露坡面的8%～11%[37]。因此在植物措施達(dá)到水土流失防治效果前，采取密目網(wǎng)、土工布等臨時(shí)苫蓋措施是對(duì)渣體坡面防護(hù)的重要補(bǔ)充。

3 結(jié) 論

從選址、堆置形態(tài)、水土流失防治現(xiàn)狀等方面對(duì)西南地區(qū)217座處于堆棄過程中的棄渣場進(jìn)行調(diào)查分析，探究棄渣場的人為水土流失現(xiàn)狀特征，得出以下結(jié)論：

（1）生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際啟用的棄渣場與水土保持方案設(shè)計(jì)存在巨大差異，棄渣場的臨時(shí)變更直接導(dǎo)致了棄渣場合規(guī)性審批及水土流失防治措施實(shí)施的滯后。降低棄渣場變更的頻率和突發(fā)性，能夠防止棄渣發(fā)生大量流失。

（2）對(duì)217座棄渣場進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明西南地區(qū)棄渣場以坡地型（83座）和溝道型（79座）為主，這兩類棄渣場受地形條件影響，采取了推進(jìn)式自上而下堆置方式棄渣，不符合規(guī)范和技術(shù)要求的棄渣工藝，致使整個(gè)棄渣階段特別是II階段末期的局部超堆、分級(jí)擾動(dòng)以及III階段建植期的水土流失危害程度均遠(yuǎn)超于標(biāo)準(zhǔn)棄渣流程。

（3）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，僅攔擋措施實(shí)施的時(shí)效性及完成程度相對(duì)較高，截排水、苫蓋、植物措施等易被忽視。加強(qiáng)棄渣過程管理和監(jiān)督，執(zhí)行規(guī)范的棄渣流程、及時(shí)落實(shí)水土流失防治措施可有效減少棄渣場堆棄過程中的水土流失。

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Current Status of Soil and Water Conservation in Abandoned Waste Disposal Sites of Production and Construction Projects in Southwest China

NIE Feng，SHI Chao

（ Changjiang Survey Technology Research Institute of MWR，Wuhan 430011，China）

Abstract：In this paper，we conduct a field survey of 217 dumps abandoned spoil sites in Southwest China. With in-depth analysis from the site selection，stacking forms，soil erosion control status and other aspects，this paper explores the characteristics of anthropogenic soil erosion in these spoil sites. Results reveal that：（1） The site selection for spoil sites in the southwestern region is often located in areas with steep slopes，such as hillsides and gullies，primarily adopting an unregulated top-down progressive stacking method for spoil disposal. The evolution process of spoil body morphology can be divided into three phases：dumping stacking" form along the slope （Phase I），the stacking form of single-stage loose slope with strong compaction on the slope top platform （Phase II），and multi-stage loose slope stacking form （Phase III）. （2）Local overloading，graded disturbance，and plant establishment period at the end of Phase II and the beginning of Phase III are the main stages of spoil loss. （3）During the spoil disposal process，only the timeliness and completion of blocking measures are relatively high，while interception and drainage，thatching cover and plant measures are often neglected. The research results can serve as a scientific basis for the comprehensive management of spoil sites and the prevention of soil erosion.

Key words：dumping site；production and construction project；site selection；stacking form；soil erosion prevention