云南省南瓜坪水庫(kù)樞紐工程棄渣規(guī)劃研究

摘要：云南省南瓜坪水庫(kù)樞紐工程棄渣量大（110.91萬(wàn)m3）、場(chǎng)地有限、處理難度大，為實(shí)現(xiàn)棄渣的綜合利用和有效治理，分析棄渣來(lái)源和物質(zhì)組成，優(yōu)化主體工程布置，采取利用壩后空間進(jìn)行堆渣、剩余棄渣堆置在棄渣場(chǎng)內(nèi)的方案。從棄渣場(chǎng)選址角度分析評(píng)價(jià)樞紐工程區(qū)域棄渣方案的可行性、安全性以及經(jīng)濟(jì)合理性。結(jié)果表明：該樞紐工程棄渣方案穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，能夠減輕水土流失和對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，并大大節(jié)省了棄渣運(yùn)輸費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程棄渣的綜合利用和有效治理。

關(guān)鍵詞：工程棄渣； 綜合利用； 水土保持； 南瓜坪水庫(kù)

中圖法分類號(hào)：TV61；TV541

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.09.008

文章編號(hào)：1006-0081（2024）09-0047-04

0 引 言

水電工程大多位于高山峽谷地區(qū)，單體工程規(guī)模大，大壩基礎(chǔ)處理、取泄水建筑物和導(dǎo)流工程開(kāi)挖、道路修建、施工場(chǎng)地平整等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量棄渣，如果棄渣處置不當(dāng)，不僅會(huì)造成湖庫(kù)淤積、水土流失、生態(tài)環(huán)境惡化等負(fù)面影響，甚至?xí)?duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅［1-3］。山區(qū)地形地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，山高坡陡，溝道流量大，同時(shí)可能受到環(huán)境保護(hù)要求、征地移民、運(yùn)輸條件、工程投資等因素的制約，棄渣處置難度較高［4］。棄渣場(chǎng)易發(fā)生水土流失甚至災(zāi)害事件，因此，棄渣的合理利用和處置成為水土保持工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)［5-7］。目前，水庫(kù)工程棄渣處置方式主要包括作為砂石骨料、砌體等建筑材料利用、項(xiàng)目間統(tǒng)籌調(diào)配利用、布設(shè)棄渣場(chǎng)進(jìn)行處置等［8］，對(duì)優(yōu)化主體工程布置方案進(jìn)行棄渣處置的研究相對(duì)較少。馬力等［9］提出了南瓜坪水庫(kù)工程3種不同形式的壩后棄渣方案，比選分析各方案的安全合理性。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)南瓜坪水庫(kù)樞紐工程棄渣量大、場(chǎng)地有限、處理難度大等問(wèn)題，進(jìn)一步分析棄渣來(lái)源和物質(zhì)組成，對(duì)泄洪建筑物、電站廠房位置進(jìn)行調(diào)整，利用壩后空間和設(shè)置的棄渣場(chǎng)進(jìn)行堆渣，并從棄渣場(chǎng)選址角度分析評(píng)價(jià)樞紐工程區(qū)域棄渣方案的可行性、安全性以及經(jīng)濟(jì)合理性。

1 工程概況

南瓜坪水庫(kù)位于云南省麗江市寧蒗彝族自治縣境內(nèi)金沙江一級(jí)支流五郎河上游處，大壩控制流域面積512 km2，多年平均徑流量2.18億 m3。水庫(kù)開(kāi)發(fā)任務(wù)為灌溉、城鄉(xiāng)供水和綜合利用，工程等別為Ⅱ等，規(guī)模為大（2）型。水庫(kù)總庫(kù)容11 762萬(wàn) m3，正常蓄水位2 299 m，興利庫(kù)容8 755萬(wàn) m3，死水位2 246 m，死庫(kù)容2 254萬(wàn) m3，最大壩高126.6 m。樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻堆石壩、溢洪道、泄洪放空洞、生態(tài)電站、過(guò)魚建筑物、魚類增殖站等組成。

項(xiàng)目區(qū)位于橫斷山脈高山峽谷向滇中高原過(guò)渡地帶，區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，地震活動(dòng)頻繁，地震基本烈度為Ⅷ度。地貌類型屬中山峽谷地貌，地勢(shì)總體西北高、東南低。氣候類型屬低緯度高原季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量951 mm，年均蒸發(fā)量1 971 mm。土壤類型以燥紅土、水稻土、紅壤、黃棕壤、棕壤、紫色土等為主。植被主要為常綠闊葉林，局部山頂或陽(yáng)坡上分布云南松純林。項(xiàng)目區(qū)涉及滇中北省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，水土流失以片蝕、溝蝕等水力侵蝕為主，兼有崩塌、滑坡等重力侵蝕現(xiàn)象，土壤侵蝕強(qiáng)度為輕度。

2 棄渣來(lái)源及物質(zhì)組成

根據(jù)南瓜坪水庫(kù)可行性研究階段主體工程布置方案和土石方平衡，樞紐工程棄渣總量110.91萬(wàn) m3（含料場(chǎng)剝離料51.51萬(wàn) m3），折合松方為135.16萬(wàn) m3。棄渣主要來(lái)源于大壩、溢洪道、泄洪放空洞、導(dǎo)流洞、生態(tài)電站、引水隧洞、料場(chǎng)剝離料開(kāi)挖及上游圍堰拆除。根據(jù)地質(zhì)資料，棄渣由土方、石方和土石混合物組成，其中土方占比19%，石方占比35%，土石混合物占比46%。棄渣來(lái)源及物質(zhì)組成詳見(jiàn)表1。

3 棄渣規(guī)劃方案選擇

3.1 棄渣初選方案及分析評(píng)價(jià)

主體工程綜合考慮工程區(qū)周邊環(huán)境和地形地質(zhì)條件、渣場(chǎng)容量、棄渣運(yùn)距等多重因素，選擇將樞紐工程所有棄渣堆置在壩址上游右岸1.5 km處的緩坡地上。該棄渣場(chǎng)占地面積10.0 hm2，容量為140萬(wàn) m3，占地類型主要為耕地、林地和住宅用地，規(guī)劃堆渣高程為2 203～2 246 m，最大堆高43 m，棄渣平均運(yùn)距2 km。該棄渣場(chǎng)（下稱右岸棄渣場(chǎng)）渣頂高程為2 246 m，與水庫(kù)死水位持平，水庫(kù)蓄水后能全部被淹沒(méi)，無(wú)地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境敏感點(diǎn)等明顯制約性因素，但堆渣量較大，占用水庫(kù)庫(kù)容比例較高（約6%），綜合運(yùn)距較遠(yuǎn)，易產(chǎn)生水土流失。從表1可以看出，工程棄渣主要分為兩部分：① 樞紐建筑物開(kāi)挖棄渣，占比54%；② 來(lái)自壩址上游約3.5 km處的料場(chǎng)剝離料棄渣，占比46%。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，建議著重考慮棄渣的利用途徑，進(jìn)一步優(yōu)化導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、電站廠房等布置，將樞紐工程部分棄渣堆置在壩后進(jìn)行綜合利用。

3.2 棄渣方案優(yōu)化

在保證主體建筑物各項(xiàng)效益正常發(fā)揮的前提下，為盡量多地對(duì)樞紐工程棄渣進(jìn)行利用，經(jīng)多專業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)研究，維持溢洪道出口位置不變，將泄洪放空洞出口位置下移90 m，電站廠房位置下移175 m，樞紐工程建筑物開(kāi)挖產(chǎn)生的棄渣堆置在壩后，剩余棄渣主要為料場(chǎng)剝離產(chǎn)生土石混合物棄渣，無(wú)法作為建筑材料加工利用，由于項(xiàng)目位置偏遠(yuǎn)，周邊也暫無(wú)其他項(xiàng)目可調(diào)配利用，因此本階段考慮將剩余棄渣堆置在右岸棄渣場(chǎng)內(nèi)。壩后棄渣場(chǎng)和右岸棄渣場(chǎng)特性詳見(jiàn)表2。

3.3 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)SL 575-2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》棄渣場(chǎng)級(jí)別確定依據(jù)，壩后棄渣場(chǎng)級(jí)別為3級(jí)，右岸棄渣場(chǎng)級(jí)別為4級(jí)。根據(jù)地勘資料，棄渣場(chǎng)計(jì)算地震峰值加速度為0.2g，各巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表3。

棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性采用理正軟件中的簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算，計(jì)算工況取正常運(yùn)用工況和非常運(yùn)用工況（即連續(xù)降雨和遭遇地震），渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

4 棄渣規(guī)劃方案分析評(píng)價(jià)

云南省南瓜坪水庫(kù)樞紐工程棄渣分別集中堆存在面板堆石壩壩后和右岸棄渣場(chǎng)內(nèi)。從安全穩(wěn)定性角度分析，由表5和表6可以看出，壩后棄渣場(chǎng)和右岸棄渣場(chǎng)整體穩(wěn)定和邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均大于安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

從環(huán)境保護(hù)角度分析，兩處棄渣場(chǎng)均不涉及現(xiàn)行法律法規(guī)保護(hù)的環(huán)境敏感目標(biāo)。壩后棄渣場(chǎng)結(jié)合面板壩設(shè)計(jì)，在滿足主體工程建筑物發(fā)揮效益的同時(shí)，盡可能對(duì)樞紐工程區(qū)域產(chǎn)生的棄渣進(jìn)行綜合利用，從源頭上減少工程棄渣，從而減輕棄渣活動(dòng)產(chǎn)生的水土流失和對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，同時(shí)對(duì)壩后堆渣形成的渣頂平臺(tái)空地進(jìn)行綠化，大大提升壩區(qū)整體景觀效果。

從對(duì)重要基礎(chǔ)設(shè)施和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的影響角度分析，右岸棄渣場(chǎng)堆渣區(qū)域分布有居民點(diǎn)，但均納入移民搬遷范圍內(nèi)，不存在制約性因素。壩后棄渣場(chǎng)下游有電站廠房、泄洪洞和溢洪道出口等建筑物，渣場(chǎng)失事后及時(shí)修復(fù)主體工程可投入正常使用，棄渣場(chǎng)級(jí)別提高至3級(jí)。

從水文地質(zhì)方面分析，兩處棄渣場(chǎng)均無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，場(chǎng)地整體穩(wěn)定。

從運(yùn)距方面分析，壩后棄渣主要來(lái)源于大壩基礎(chǔ)、溢洪道、泄洪放空洞、引水隧洞進(jìn)口段、場(chǎng)地清表和圍堰拆除，平均運(yùn)距僅0.5 km。剩余的棄渣主要來(lái)源于位于壩址上游的料場(chǎng)剝離料，右岸棄渣場(chǎng)距離料場(chǎng)2 km，運(yùn)距也較短。

從經(jīng)濟(jì)效益方面分析，由于兩處棄渣場(chǎng)位置綜合運(yùn)距較短，可大大節(jié)約棄渣運(yùn)輸費(fèi)用，優(yōu)化前的棄渣方案水土保持措施投資為1 401萬(wàn)元，優(yōu)化后的棄渣方案水土保持措施投資為909萬(wàn)元，可節(jié)約投資492萬(wàn)元，因此優(yōu)化后的棄渣方案更經(jīng)濟(jì)合理。

綜合來(lái)看，優(yōu)化后的棄渣方案不存在水土保持制約性因素，既能對(duì)工程棄渣進(jìn)行綜合利用，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，又節(jié)約了工程投資，棄渣方案較為合理。

5 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)工程棄渣量大，棄渣處置是水土流失防治的關(guān)鍵。云南省南瓜坪水庫(kù)樞紐工程在棄渣處置過(guò)程中，根據(jù)棄渣來(lái)源和物質(zhì)組成，多專業(yè)協(xié)同優(yōu)化主體工程布置，利用壩后空間進(jìn)行堆渣，對(duì)棄渣進(jìn)行綜合利用，剩余棄渣堆置在右岸棄渣場(chǎng)內(nèi)，并從環(huán)境保護(hù)、對(duì)重要基礎(chǔ)設(shè)施影響、水文地質(zhì)、棄渣運(yùn)距、經(jīng)濟(jì)效益等方面分析評(píng)價(jià)棄渣方案合理性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)棄渣的綜合利用和有效治理。

由于該工程當(dāng)前處于可行性研究階段，水土保持方案報(bào)告書已獲得批復(fù)，該階段僅針對(duì)樞紐工程區(qū)域棄渣規(guī)劃進(jìn)行研究探討，下階段隨著工程設(shè)計(jì)的不斷深化，應(yīng)結(jié)合新時(shí)代水土保持相關(guān)要求，進(jìn)一步深入開(kāi)展棄渣減量化研究和綜合利用調(diào)查分析，減輕對(duì)環(huán)境的不利影響。

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（編輯：高小雲(yún)）

Study on slag disposal planning of Nanguaping Reservoir Project in Yunnan Province

WANG Zhigang，ZHANG Xue

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

Abstract：

In order to realize comprehensive utilization and effective disposal of waste slag of Nanguaping Reservoir Project in Yunnan Province aiming at the problems such as large amount of waste slag（1 109 100 m3），limited space and difficult diposal，the source and composition of waste slag was analyzed，the main project layout was optimized that the space behind dam and designed slag dump were used for dumping slag.The feasibility，safety，and economical efficiency of the planning in the reservior area were evaluated from the perspective of site selection for waste disposal site.The results showed that the stability of slag disposal in this planning met the specification requirements.It can reduce water and soil erosion and adverse impact on the surrounding environment，save the investment and realize the comprehensive utilization and effective treatment of the waste slag.

Key words：

waste slag； comprehensive utilization； soil and water conservation； Nanguaping Reservoir