云霄抽水蓄能水電站棄渣場水土保持方案探析

林曉純，曾巧平

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

福建云霄抽水蓄能電站建設(shè)中，在水庫淹沒范圍內(nèi)的死庫容內(nèi)產(chǎn)生了2座棄渣場。為了確保電站運(yùn)營安全，減少水土流失，需對(duì)2座渣場的水土保持方案進(jìn)行分析。

1 概況

云霄抽水蓄能電站位于福建省云霄縣火田鎮(zhèn)境內(nèi)火田溪支流高田溪上，流域?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均面降雨量為1 725.4 mm[1，2]。上庫壩址位于圓嶺林場。1#棄渣場現(xiàn)狀植被覆蓋良好，渣場中間低洼，左岸地勢較陡，渣場上游是原水庫主要來水溝道。2#棄渣場位于上庫庫外東南側(cè)，溝道較平緩，主溝兩側(cè)地形不對(duì)稱，西南側(cè)發(fā)育1條支溝，切割較深，坡度20°～40°，溝谷近似呈“U”形，兩側(cè)覆蓋層較薄，一般厚0.5 m，植被發(fā)育良好。棄渣場情況，詳見表1。

表1 棄渣場情況

2 水土流失與水土保持現(xiàn)狀

2.1 水土流失現(xiàn)狀

云霄縣屬南方紅壤丘陵區(qū)，土壤類型主要為紅壤和赤紅壤，區(qū)內(nèi)土壤天然承載能力不均勻，總體穩(wěn)定性一般，抗蝕力較差，易發(fā)生水土流失[3]。項(xiàng)目區(qū)場地巖土層分布主要有耕植土層、坡洪積松散覆蓋層及下伏侏羅系熔結(jié)凝灰?guī)r各風(fēng)化帶，土壤侵蝕模數(shù)背景值為500 t/（km2·a）[4]。

2.2 水土保持現(xiàn)狀

工程場區(qū)位于云霄縣火田鎮(zhèn)的中低山丘陵區(qū)，地面高程多在35～820 m，上、下水庫地勢高差約為480 m，區(qū)內(nèi)以剝蝕、沖蝕作用為主，溝谷縱橫交錯(cuò)。項(xiàng)目區(qū)天然或人工植被生長茂密，基本無裸露土質(zhì)地表、邊坡，無明顯的自然水土流失現(xiàn)象，自然水土流失為輕微，人為水土流失主要是由于周邊居民開發(fā)村道及果樹種植等引起的，但以輕度為主，當(dāng)?shù)卣叨戎匾曀帘３止ぷ?，并取得顯著成效。

3 上庫1#棄渣場水土保持方案分析

上庫1#棄渣場設(shè)在上庫西北側(cè)的淹沒范圍內(nèi)的死庫容內(nèi)，為溝道型渣場，高程571～580 m，占地面積約8.7 hm2，最大堆渣高度10 m，平均堆渣高度8 m，松散堆渣量約70 萬m3。堆方邊坡比1∶2.5，渣場中間保留已有溝道，溝道兩側(cè)各形成堆渣邊坡。渣場通過L1、L2、L11、L12臨時(shí)道路與工程區(qū)聯(lián)通，每20～30 m 布設(shè)分級(jí)臨時(shí)道路通往渣場庫區(qū)，用于運(yùn)送渣體，棄渣堆置時(shí)先清理植被、先攔后棄，自下至上分層堆置，石渣料盡量堆置在渣場底部及渣場上下游臨空側(cè)，擬定臨坡側(cè)5 m 范圍內(nèi)每堆高1 m 需攤鋪、推平1次；其他區(qū)域每堆高3 m攤鋪、推平1次。

3.1 工程措施

根據(jù)渣場堆放情況，考慮新增格賓石籠擋墻、排洪明渠及隧洞、表土回填工程、截排水溝、沉沙池、臨時(shí)攔擋工程等措施，以加強(qiáng)水土防護(hù)。

3.1.1 攔渣及邊坡防護(hù)工程

棄渣堆置時(shí)先攔后棄，擬在棄渣場從西到東自下至上分層堆置，下游在溝渠上游設(shè)置格賓石籠擋渣墻防護(hù)，墻頂高程575 m、高2 m，并對(duì)渣面進(jìn)行拋石護(hù)坡防護(hù)。上庫1#棄渣場格賓石籠擋渣墻土方開挖1 522 m3，石砌擋墻6 089 m3，拋石護(hù)坡8 456 m3。

3.1.2 防洪排導(dǎo)工程

上庫1#棄渣場中部有一條現(xiàn)狀溝道，擬將棄渣場劃分為3 個(gè)片區(qū)進(jìn)行堆置，其中在北片區(qū)現(xiàn)有溝道處布置排水渠排導(dǎo)上游來水，中部片區(qū)通過排水隧洞穿過臨時(shí)道路將排水明渠匯流排入下游現(xiàn)狀排水溝渠，并在排水隧洞出口設(shè)格欄消力。

由于1#棄渣場位于水庫淹沒范圍的死庫容內(nèi)，排洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇全年洪水，洪峰流量為28.7 m3/s，水流流速為6.41 m/s。為解決溝道填埋后上游來洪的泄流問題，擬在渣場內(nèi)溝道布設(shè)排水明渠及排水箱涵將上游來水排至棄渣場下游，用于施工期導(dǎo)流及后期排洪，排水明渠底寬1.5 m，混凝土護(hù)坡邊坡比為1∶2.5，排水箱涵采用長方形，斷面尺寸為3.6 m×3.6 m（凈寬×凈高），排水明渠、箱涵（包括隧洞進(jìn)口、洞身、出口段）土方開挖11 489 m3，明渠石渣墊層（利用開挖渣料）2 719 m3，格賓石籠消力池22 m3。經(jīng)復(fù)核，排水明渠和排水箱涵過流能力可滿足水土保持設(shè)計(jì)排洪要求（詳見表2），可有效減少水土流失。

表2 上庫1#棄渣場洪峰流量成果

3.1.3 攔沙壩工程

為防止棄渣期間降水徑流攜帶泥沙直接進(jìn)入下游，在排水涵洞下游30、50 m 處地勢較開闊溝段各布設(shè)1 道攔沙壩。攔沙壩布置長度按2 m 考慮，1 a清淤4 次（換土工布，淤泥運(yùn)至渣場晾干、堆置），共3 a，每次清淤200 m3。

3.2 臨時(shí)措施

為避免降雨和地表徑流對(duì)松散渣體的沖刷，擬在渣場西側(cè)上游周邊匯水坡面距堆渣邊緣2～3 m處修建渣場外圍截水溝，以疏導(dǎo)周邊坡面及場內(nèi)馬道排水溝匯水；在堆渣平臺(tái)布設(shè)排水溝，疏導(dǎo)臺(tái)階邊坡匯水，平臺(tái)排水溝匯水往兩側(cè)分別排入兩側(cè)截水溝。上庫1#棄渣場共布置臨時(shí)截、排水溝1 879 m，土方開挖量1 703 m3，磚砌1 219 m3，M7.5 砂漿抹面2 903 m2。為避免強(qiáng)降雨對(duì)渣面的沖刷，擬在渣面覆蓋密目網(wǎng)臨時(shí)苫蓋，面積為8 456 m2。

4 上庫2#棄渣場水土保持方案分析

上庫2#棄渣場為溝道型渣場，有2 條小沖溝，東西側(cè)各1 條，洪水以東側(cè)沖溝來水為主，堆渣高程460～530 m，占地面積約17.60 hm2（含上游進(jìn)渣場道用地），最大堆渣高度63 m，平均堆渣高度25 m，堆渣量約283.13 萬m3，其中表土6.84 萬m3（松方）、土石渣渣料276.29萬m3（松方），采用分區(qū)堆放方式。

在渣場東側(cè)布置L7、L8、L9臨時(shí)道路進(jìn)入渣場內(nèi)，總長約2.0 km。渣場分臺(tái)階堆置，每10 m 設(shè)1條寬2 m 的馬道，邊坡比為1∶2.5。棄渣堆置時(shí)先清理植被、先攔后棄，自下至上分層堆置，石渣料盡量堆置在渣場底部及渣場上下游臨空側(cè)，擬定臨坡側(cè)5 m范圍內(nèi)每堆高1 m 需攤鋪、推平1 次；其他區(qū)域每堆高3 m 攤鋪、推平1 次。本次考慮新增格賓石籠擋墻、排洪箱涵、表土剝離及回填工程、截排水溝、沉沙池和邊坡噴播灌草綠化、平臺(tái)喬灌草綠化、臨時(shí)攔擋工程等措施進(jìn)行水土保持治理。

4.1 工程措施

4.1.1 攔渣工程

上庫2#棄渣場范圍為山麓斜坡地帶，坡體穩(wěn)定，地勢較周邊山體較低，未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。攔渣墻順西側(cè)溝坡腳布置，設(shè)計(jì)墻高約2 m，構(gòu)造為石籠攔渣墻；墻底地基以坡積土、花崗巖全風(fēng)化土為主，溝床部位為基巖弱風(fēng)化巖，其中坡積土工程地質(zhì)特性較差，花崗巖全風(fēng)化土、弱風(fēng)化巖工程地質(zhì)條件較好，可作為墻體地基土。下游擋墻墻頂高程465 m，高2 m。上庫2#棄渣場格賓石籠擋渣墻土方開挖619 m3。

4.1.2 防洪排導(dǎo)工程

（1）箱涵工程。為解決渣場堆料過程上游來洪的泄流問題，擬在渣場中部設(shè)2 m×2 m 的混凝土箱涵排導(dǎo)施工期排水，臨時(shí)箱涵按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)流流量為9.5 m3/s，渣料填筑完成后利用混凝土封堵涵洞進(jìn)口段。箱涵下游出口設(shè)格賓石籠消力池。排水箱涵土方開挖990 m3，C25混凝土澆筑2 455 m3，鋼筋安裝246 t，石渣墊層515 m3，C15 混凝土墊層257 m3，混凝土封堵138 m3，格賓石籠消力池44 m3。

排水箱涵旨在施工期臨時(shí)排洪，采用洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇全年洪水，上游集雨面積0.20 km2，洪峰流量為9.5 m3/s，水流流速為1.584 m/s，過流能力可滿足水土保持設(shè)計(jì)排洪要求。

（2）截排水溝工程。為避免降雨和地表徑流對(duì)松散渣體的沖刷，在渣場周邊匯水坡面距堆渣邊緣2～3 m 處修建渣場外圍截水溝，以疏導(dǎo)周邊坡面及場內(nèi)馬道排水溝匯水；在堆渣馬道坡腳布設(shè)馬道排水溝，疏導(dǎo)臺(tái)階邊坡匯水，馬道排水溝匯水往兩側(cè)分別排入兩側(cè)截水溝。①截水溝斷面設(shè)計(jì)：由于工程棄渣場占地范圍較大，從堆渣平臺(tái)往渣場底部方向，截水溝所采用的斷面逐漸增大，本方案只對(duì)最大斷面進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。截水溝擬采用直角梯形斷面，根據(jù)現(xiàn)場地形最大設(shè)計(jì)集雨面積為20 hm2，100 a一遇洪峰流量為13.8 m3/s，分兩側(cè)排水，設(shè)計(jì)流量6.9 m3/s。截水溝采用鋼筋混凝土砌筑，溝壁粗糙系數(shù)取0.021，邊坡系數(shù)取0.50，縱坡取0.5%，當(dāng)?shù)走厡?.5 m、水深1.1 m時(shí)，過水能力達(dá)到設(shè)計(jì)洪峰流量7.04 m3/s，設(shè)計(jì)流速為3.12 m/s，底部采用臺(tái)階加糙進(jìn)行消能減速，滿足不淤、不沖流速條件。經(jīng)計(jì)算，本渣場截水溝最大斷面尺寸1.5 m×2.1 m×1.2 m（下底寬×上口寬×高），共需布設(shè)1 461 m，土方開挖4 580 m3，C20混凝土澆筑3 015 m3，鋼筋安裝133 869 kg。②馬道排水溝斷面設(shè)計(jì)：馬道排水溝采用矩形斷面，設(shè)計(jì)最大集雨面積為1.5 hm2，設(shè)計(jì)流量為0.4 m3/s，采用鋼筋混凝土澆筑，溝壁糙率取0.025，縱坡取0.5%，當(dāng)?shù)走厡?.40 m、水深0.4 m 時(shí)，過水能力達(dá)到設(shè)計(jì)洪峰流量0.45 m3/s，設(shè)計(jì)流速為1.41 m/s，滿足不淤、不沖流速條件。排水溝斷面尺寸為0.40 m×0.50 m（寬×高），共需布設(shè)1 480 m，土方開挖854 m3，C20混凝土澆筑549 m3，鋼筋安裝24 366 kg。③堆渣平臺(tái)排水溝斷面設(shè)計(jì)：堆渣平臺(tái)后期計(jì)劃采用喬灌草進(jìn)行綠化，本方案擬在堆渣平臺(tái)邊坡上沿布設(shè)生態(tài)排水溝，生態(tài)排水溝采用弧形斷面，斷面尺寸為3.3 m×0.3 m（寬×高），共需布設(shè)882 m，土方開挖908 m3，草皮平鋪3 634 m2。④排水盲溝斷面設(shè)計(jì)：堆渣期間在渣場底部先行修建排水盲溝，以及時(shí)疏導(dǎo)下雨天渣體及周邊邊坡滲水，排水盲溝采用碎石、塊石墊層及砂級(jí)配反濾層鋪筑[5]，底層碎石、塊石墊層高500 mm，外包150 mm粗砂反濾層，最外層為100 mm細(xì)、中砂反濾層及反濾土工布。排水盲溝長度1 128 m，共需碎石、塊石墊層10 389 m3，砂反濾層2 899 m3，反濾土工布10 152 m2，下游接Φ500 鋼筋混凝土管10 m，將水排入下游排洪箱涵消力池。排水盲溝典型斷面設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 排水盲溝典型斷面

4.1.3 表土剝離及回填工程

上庫2#棄渣場用地類型為林地和農(nóng)村道路，根據(jù)表土綜合利用方案，工程前期先將占用的8.78 hm2緩坡處林地進(jìn)行表土剝離，剝離厚度20 cm，剝離量18 585 m3，運(yùn)至場地上游表土轉(zhuǎn)運(yùn)場存放，以待后期用于綠化覆土。工程結(jié)束后林地綠化需要進(jìn)行表土回覆，綠化覆土厚度約40～50 cm，預(yù)計(jì)需要表土回填量80 032 m3。

4.1.4 攔沙壩工程

為防止棄渣期間降水徑流攜帶泥沙直接進(jìn)入下游，在渣場下游東西擋墻后側(cè)約50 m 處、地勢較開闊溝段各布設(shè)1 道攔沙壩，具體位置可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。臨時(shí)攔沙壩布置長度按120 m 考慮，1 a 清淤4次（換土工布，淤泥運(yùn)至渣場晾干、堆置），共3 a，每次清淤600 m3。

4.2 植物措施

工程結(jié)束后，將堆渣平臺(tái)及進(jìn)入渣場道路進(jìn)行全面整地，然后進(jìn)行喬灌草綠化，草種選擇當(dāng)?shù)剡m生的狗芽根、結(jié)縷草、百喜草、香根草及雜草混播，草籽撒播量為50 kg/hm2；喬木選擇當(dāng)?shù)剡m生的山杜英、女貞及馬占相思等，株行距2 m×6 m；灌木選擇當(dāng)?shù)剡m生的福建山桐子、福建山櫻花及桃金娘等，株行距1.5 m×2.0 m。喬木選擇胸徑6 cm 的一級(jí)壯苗，灌木選擇灌叢80 cm高的壯苗。堆渣邊坡及時(shí)噴播灌草綠化。

上庫2#棄渣場堆渣平臺(tái)喬灌草綠化面積12.98 hm2，全面整地及撒播草籽12.98 hm2，栽植灌木43 250株，栽植喬木11 137株；邊坡噴播灌草面積45 707 m2。

4.3 臨時(shí)措施

4.3.1 臨時(shí)攔擋

上游右側(cè)區(qū)域作為上庫表土轉(zhuǎn)運(yùn)場，臨時(shí)容渣量6.84萬m3（松方），堆至530 m 高程，為防止土料堆放期間沿著邊坡滑落，占?jí)簲_動(dòng)下游區(qū)域，擬在堆場下游坡腳布置鋼筋石籠臨時(shí)攔擋。本渣場共需布設(shè)鋼筋石籠臨時(shí)攔擋184 m，工程量569 m3。

4.3.2 臨時(shí)綠化

表土臨時(shí)堆場堆存期超過一個(gè)生長季，為減少表土遭雨水沖刷而流失，保持肥力，美化施工區(qū)環(huán)境，撒播淺根性本地雜草進(jìn)行臨時(shí)綠化，草籽撒播量50 kg/hm2。臨時(shí)綠化面積1.66 hm2，撒播草籽1.66 hm2。

4.3.3 臨時(shí)苫蓋

為避免強(qiáng)降雨對(duì)渣面的沖刷，擬在渣面覆蓋密目網(wǎng)臨時(shí)苫蓋，面積為45 707 m2。

5 結(jié)語

經(jīng)過分析探討，對(duì)2 座棄渣場采取建設(shè)排洪箱涵、格賓石籠擋墻、截排水溝、攔沙壩以及邊坡噴播灌草綠化、平臺(tái)喬灌草綠化、臨時(shí)攔擋等水土保持措施，可有效減少降雨洪水對(duì)渣場的沖刷和水土流失，為項(xiàng)目驗(yàn)收提供了科學(xué)依據(jù)。