雄安新區(qū)大型輸水工程水土保持設計探討

［關(guān)鍵詞］ 水土保持；設計；大型輸水工程；雄安新區(qū)

［摘" 要］ 為貫徹綠色城市的發(fā)展理念，有效防治雄安新區(qū)大型輸水工程建設可能造成的水土流失，以雄安干渠工程為例，分析了工程在水土保持設計中面臨的項目區(qū)環(huán)境復雜、挖填方量大、渣場選址難、潛在水土流失風險多等難點；提出從水土保持角度優(yōu)化平面布置、制定符合水土保持要求的工程建設方案、基于水土保持要求優(yōu)化施工組織設計等水土保持設計要點，并依據(jù)水土流失防治分區(qū)制定完善的水土保持工程、植物、臨時措施，設計“排水保土”措施。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ C" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.11.007

［引用格式］ 張雪，王志剛，吳超，等.雄安新區(qū)大型輸水工程水土保持設計探討［J］.中國水土保持，2024（11）：33-36.

設立河北雄安新區(qū)，是以習近平同志為核心的黨中央作出的一項重大歷史性戰(zhàn)略選擇，是千年大計、國家大事。雄安新區(qū)的定位，是打造北京非首都功能疏解集中承載地，建成綠色生態(tài)宜居新城區(qū)、創(chuàng)新驅(qū)動引領區(qū)、協(xié)調(diào)發(fā)展示范區(qū)、開放發(fā)展先行區(qū)。2022年12月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強新時代水土保持工作的意見》，提出要依法嚴格人為水土流失監(jiān)管，嚴格落實水土保持“三同時”制度，大力推行綠色設計、綠色施工，嚴格控制耕地占用和地表擾動，嚴禁濫采亂挖、亂堆亂棄，全面落實表土資源保護、棄渣減量和綜合利用要求，最大限度減少可能造成的水土流失［1］。這對“十四五”時期水土保持高質(zhì)量發(fā)展提出了新要求。

按照《河北雄安新區(qū)總體規(guī)劃（2018—2035年）》“一主、五輔、多節(jié)點”的新區(qū)城鄉(xiāng)空間布局，即以起步區(qū)為主城區(qū)，以雄縣、容城、安新縣城及寨里、昝崗為5個外圍組團，以若干特色小鎮(zhèn)和美麗鄉(xiāng)村為“多節(jié)點”，開展新區(qū)城市建設，雄安新區(qū)范圍將有較大擴展。因此，需要有完善的供水配套設施，以保障雄安新區(qū)供水安全。新時代水土保持工作對雄安新區(qū)大型輸水工程發(fā)展提出了新的要求［2］。目前國內(nèi)外學者圍繞大型輸水工程水土保持設計開展了廣泛研究，但不同地區(qū)自然條件、水土流失特點不同，研究成果針對性、指導性不足。雄安新區(qū)正處于大規(guī)模建設中，未來一段時間開發(fā)建設強度仍將維持在較高水平，人為水土流失防治任重道遠，生產(chǎn)建設項目水土保持理論和技術(shù)仍需不斷完善。本研究結(jié)合雄安新區(qū)自然概況、水土流失特征等，以雄安干渠工程為例，梳理雄安新區(qū)大型輸水工程水土保持設計難點，總結(jié)大型輸水工程的水土保持設計和水土保持措施體系，以期為雄安新區(qū)大型輸水工程水土保持設計工作提供借鑒和參考。

1" 項目區(qū)概況

1.1" 自然概況

雄安干渠工程起點位于保定市徐水區(qū)西黑山處（東經(jīng)115°41′10″、北緯39°08′00″），終點位于容城縣李茂村西工程新建的原水應急調(diào)蓄池（東經(jīng)115°79′08″、北緯30°04′00″）。起點位于太行山東麓丘陵區(qū)邊緣，巖性主要為出露強溶蝕風化白云巖和弱溶蝕風化白云巖，地面高程72.55 m，后降至10.5～40.0 m，主體位于河北沖積平原，沿線地勢西高東低，總體較平緩，平原地貌占90%以上，土壤以潮土和褐土為主。工程區(qū)位于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，不同地點年均降水量524.9～545.0 mm，年均氣溫11.8～12.1 ℃，平均風速2.1～2.4 m/s，春夏以偏南風和西北偏西風為主，冬季以西北偏西風為主。工程沿線的河流有曲水河、瀑河、屯莊河、郎五莊二排干、雞爪河、萍河、縣界溝、大堿廠排干，均屬于大清河南支，各條河流與雄安干渠工程交叉斷面以上流域面積為15～285 km2。區(qū)域植被類型主要是暖溫帶落葉闊葉林，常見樹種有刺槐、臭椿、榆、楊、柳、桑、合歡、栗等，低洼地有蘆葦?shù)取?/p>

1.2" 水土流失特征

項目區(qū)水土流失以水力侵蝕為主，綜合工程區(qū)地形地貌、土地類型、降水情況、土壤母質(zhì)、植被覆蓋等基本情況，根據(jù)2022年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果和實際調(diào)查結(jié)果，分析確定工程區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為180 t/（km2·a）。工程沿線90%以上分布第四系覆蓋層，主要為粉質(zhì)壤土，結(jié)構(gòu)疏松、含沙量高，極易被降雨徑流沖刷，尤其在工程穿越河道時，徑流會挾帶泥沙進入周邊河道，容易造成泥沙淤積、洪澇災害和水質(zhì)污染等。汛期河流水量較大，泥沙淤積較為強烈。

2" 輸水工程項目概況

雄安干渠工程線路總長約36.34 km，終點處設置1座應急調(diào)蓄池，沿線穿越鐵路3處、高等級公路5處、河流9處、地埋管線5處、溝道4處及縣道、鄉(xiāng)道（一般為三級公路、四級公路）106處。于2024年1月開工建設，計劃2025年12月完工，總工期24個月。工程總投資214 412.44萬元，其中土建投資50 129.62萬元。項目區(qū)主要由管線工程區(qū)、調(diào)蓄池工程區(qū)、穿越工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、專項設施復建區(qū)等組成。

1）管線工程區(qū)。包括管溝、施工作業(yè)帶、施工便道、表土堆存場、閥井等，占地面積共計151.73 hm2。

2）調(diào)蓄池工程區(qū)。包括建筑物區(qū)、進場道路區(qū)、綠化區(qū)等，占地面積共計29.35 hm2。調(diào)蓄池周邊設計采用挖填結(jié)合方式形成圍堤，調(diào)蓄池庫底長500 m（東西向）、寬350 m（南北向），堤頂路為瀝青混凝土路面，圍堤堤身采用自身開挖土料回填，內(nèi)外邊坡坡比均為1∶3.0，內(nèi)坡采用鋼筋混凝土板襯砌，外坡用混凝土框格植草。

3）穿越工程區(qū)。穿越工程區(qū)占地面積44.76 hm2。其中采用頂管穿越鐵路3處、高等級公路5處、河流3處、地埋管線5處，其他均采用明挖穿越。按施工方案統(tǒng)計，頂管穿越16處總長1 514 m，明挖穿越116處總長1 511 m。對于明挖穿越河道部位兩側(cè)，管道敷設回填后采用植生塊進行岸坡防護。

4）施工生產(chǎn)生活區(qū)。沿線設置6個施工區(qū)，占地面積共計6.46 hm2，包括機械修配與停放場、綜合加工廠區(qū)、施工辦公營地、綜合倉庫、管道基地等。

5）專項設施復建區(qū)。包括復建輸電線路138處33.69 km、通信光纜46處7.22 km、給排水管道10條1.37 km、天然氣管道20處4.46 km，總占地面積為12.22 hm2。

3" 水土保持設計難點

3.1" 項目區(qū)環(huán)境復雜，平面布置制約因素多

項目區(qū)內(nèi)民居密集，基本農(nóng)田、公路、鐵路、河流、渠道、文物遺址、生態(tài)紅線等交錯布置，數(shù)量多、面積大。為減少征地拆遷費用，輸水線路應盡量避開村鎮(zhèn)居住密集區(qū)和污染源，以及重要管線（高壓線、軍用光纜、天津干渠等）；與重要公路、鐵路相交時，交叉穿越工程應滿足公路、鐵路的相關(guān)標準和要求；應盡量繞開文物遺跡，不能繞開時以最短線路穿越文物保護區(qū)；盡可能靠近已建公路或鄉(xiāng)間土路，便于施工和運行維護?？v向選擇中，輸水線路盡可能沿地勢相對平緩處布置，減少起伏，以縮短長度和降低水頭損失；管道應盡可能布置在堅實的地基上，盡量避開深挖方區(qū)、

高填方區(qū)和塌方區(qū)。因此，需要綜合考慮敏感區(qū)避讓、交通條件、地形地貌、地質(zhì)條件等因素，選擇經(jīng)濟合理的輸水管線平面布置。

3.2" 挖填方量大，需要合理布置及豎向設計

雄安干渠工程采用重力有壓輸水，線路長、管徑大且為雙管布置，工程建設動用土石方工程量較大，管道埋設、調(diào)蓄池及其圍堤建設均采取大開挖大回填方式，應注意土石方的水土流失防治。工程建設過程中開挖土石方總量為571.41萬m3，會破壞原地貌的水土保持設施，削弱其水土保持功能。

3.3" 渣場選址難，需開展資源化利用調(diào)查

項目區(qū)處于華北平原區(qū)，工程周邊多為耕地，棄渣場的設置不可避免會占用耕地，影響當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，堆渣處置不當?shù)脑捝踔習枞拥溃?］。必須將生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念貫穿雄安新區(qū)工程建設管理始終，正確處理好工程建設和生態(tài)保護的關(guān)系，實現(xiàn)工程棄渣的資源化利用是建設綠色工程的必然要求。工程建設中產(chǎn)生的大量棄渣應通過資源化利用的方式進行消納，使其變廢為寶、反哺生態(tài)，統(tǒng)籌兼顧區(qū)域經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，將雄安干渠工程打造成生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益和諧統(tǒng)一的民生工程、綠色工程是綠色發(fā)展的需要。

3.4" 敏感目標多，需優(yōu)化設計方案

雄安干渠工程屬于線性工程，線路長，建設中要穿越東黑山遺址、榮烏京昆高速立交、朝陽路、瀑河生態(tài)保護紅線、郎五莊二排干、霸徐鐵路、京廣高鐵、G107國道、京港澳高速、S333省道、京石高鐵、榮烏高速等重要基礎設施和環(huán)境敏感區(qū)等，選擇工程設計方案時需考慮地質(zhì)、水文、造價、環(huán)境等方面影響，對主體設計確定的比選方案，從土石方挖填量、棄渣量、擾動地表面積、損毀植被、破壞水土保持設施數(shù)量、對敏感目標的影響、新增水土流失量、水土流失危害，以及由其附屬設施（如專項設施等）建設而造成的水土流失影響等方面進行綜合分析，提出最優(yōu)方案。

3.5" 潛在水土流失風險多

1）土方開挖、填筑。管線的施工直接導致地表原始植被和土壤結(jié)構(gòu)的破壞，使得地表土壤的抗沖蝕能力降低，水土流失加劇。填筑和開挖過程中，裸露的土質(zhì)邊坡在遇大風、暴雨時，將產(chǎn)生較嚴重的水土流失，可能造成曲水河、萍河、江村洼排干、大堿廠排干等河道淤積，影響河道行洪。

2）臨時堆土。工程沿線主要為第四系覆蓋層，管線開挖的大量土方和剝離的表土在堆放過程中土體結(jié)構(gòu)松散，若不及時采取防護措施，則會成為重要的水土流失源。

3）臨時占地。施工過程中，施工作業(yè)帶和施工便道的修建將產(chǎn)生一定臨時占地，并會對占地范圍內(nèi)的植被和地表土壤造成一定程度的破壞，產(chǎn)生水土流失。

4）施工工序。水土保持工程施工時序安排對其防治效果影響很大。如表土堆放區(qū)應先攔后堆，并進行表土苫蓋；臨時用地在施工完成后應及時復耕、復綠等。若施工時序安排不當，則不能有效預防施工中產(chǎn)生的水土流失。

4" 水土保持設計

4.1" 從水土保持角度優(yōu)化平面布置

經(jīng)過優(yōu)化，工程線路避開了白塔鋪村北遺址、站里北遺址。管道工程采取分段施工，表土、墊層料、管道分開堆放，自身開挖利用土料堆存在施工段前后50 m未開挖或已回填區(qū)域內(nèi)，不另設臨時堆場，采取就近堆放、重復占地、即挖即埋即恢復的方式，減少新增占地和地表裸露時間。調(diào)蓄池圍堤填筑利用調(diào)蓄池自身開挖土方，開挖土方就近堆存在調(diào)蓄池永久征地范圍內(nèi)，減少新增占地，提高土石方利用率。施工生活與部分辦公用房租用附近民房，小河溝渠、非等級公路開挖穿越施工場地利用管道作業(yè)帶臨時征地，頂管穿越接收井和工作井施工場地布置在管道作業(yè)帶范圍內(nèi)；施工道路充分利用沿線周邊現(xiàn)有道路，減少新建道路占地和開挖土石方量。

4.2" 制定符合水土保持要求的工程建設方案

為避免開挖、回填造成的水土流失、生態(tài)環(huán)境等影響，在穿越管徑較大的富瑞康天然氣管、榮烏京昆高速立交、朝陽路、截洪渠、瀑河生態(tài)紅線等處時，設計采用頂管方案。對于曲水河等常年無水的河道，主體設計植生塊護坡對岸坡擾動區(qū)域進行恢復；調(diào)蓄池圍堤外邊坡設計框格植草護坡，坡腳管理范圍內(nèi)進行景觀綠化。

4.3" 基于水土保持要求優(yōu)化施工組織設計

優(yōu)化施工組織設計，融入水土保持理念，提出新的施工工藝、合理安排施工時序［4］，各項工程分步進行，最大限度減少水土流失。

1）提出管道施工新工藝，減少動用土石方量和地表擾動。東黑山遺址范圍大、周邊人口分布密集，工程建設無法避開東黑山遺址。在穿越東黑山遺址處，采用鋼板樁支撐垂直開挖，壓縮管頂開挖寬度，較放坡開挖減少10～12 m，減少地表擾動和土石方的開挖、回填。頂管施工結(jié)合工程地質(zhì)條件、施工場地、造價等選擇土壓平衡法，減少泥漿的產(chǎn)生，產(chǎn)生的少量泥漿通過施工時修建的泥漿沉淀池等進行沉淀、固化處理后，就近在管道作業(yè)帶臨時征地范圍內(nèi)進行晾曬，干化后綜合利用。

2）余方資源化利用。工程管線回填充分利用自身開挖方，調(diào)蓄池圍堤填筑利用調(diào)蓄池自身開挖土方，利用率達44%，剩下67.39萬m3余方需外運處置。在水土保持方案編制過程中，結(jié)合新時代水土保持的要求，建設單位在項目區(qū)周邊進行了充分的市場調(diào)研，最終確定工程涉及的徐水段余方6.93萬m3由宸喬環(huán)保科技有限公司綜合利用，容城段余方52.17萬m3由新筑寨里西堤工程（一期）綜合利用。具體綜合利用方案為：可加工利用的石方、建筑垃圾優(yōu)先加工粉碎后制磚或作為鋪路輔料，不能利用的土石方和建筑物垃圾直接回填至洼地。根據(jù)徐水區(qū)相關(guān)規(guī)劃，洼地填平后作為工業(yè)用地，發(fā)展物流產(chǎn)業(yè)。因此，在做好棄渣臨時堆存及運輸期間防護工作的前提下，基本符合水土保持要求?；谟喾綌?shù)量和性質(zhì)、施工時序、交通運輸?shù)确矫娣治?，新筑寨里西堤工程（一期）可利用雄安干渠工程容城縣余方，符合土石方綜合利用的原則。余方進行資源化、無害化處理，實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)利用，減少工程自設棄渣場引起的新增臨時占地擾動及土石方堆存期間的水土流失。

4.4" 制定完善的水土流失防治措施體系

根據(jù)工程的水土流失特點和施工特點，將工程區(qū)分為管線區(qū)、調(diào)蓄池工程區(qū)、穿越工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、專項設施復建區(qū)5個一級水土流失防治區(qū)。其中管線區(qū)包括管溝區(qū)、施工作業(yè)帶區(qū)、施工便道區(qū)、表土堆存場區(qū)、閥井區(qū)5個二級分區(qū)；調(diào)蓄池工程區(qū)分為建筑物區(qū)、進場道路區(qū)、綠化區(qū)、表土堆存場區(qū)4個二級分區(qū)；穿越工程區(qū)分為頂管穿越區(qū)、明挖穿越區(qū)、施工便道區(qū)3個二級分區(qū)。針對每個防治分區(qū)制定完善的水土保持工程、植物措施，主要包括表土剝離、土地平整、表土回覆、植被恢復、混凝土框格植草等［5］；針對施工過程中的開挖、填筑、堆置等裸露面，設計相應的水土保持臨時措施［1］，主要包括臨時排水溝、臨時苫蓋等（見表1）。

4.5" 設計完善的“排水保土”措施

在生產(chǎn)建設項目中通常需設計各種以攔擋截留為主的降水蓄滲措施，促進降水就地入滲，以消除或降低外營力，扼制徑流沖刷搬運，實現(xiàn)“保土”目的［6］。然而，土壤蓄水能力有限，過多的水分將使坡面土壤飽和而加劇流失［7］。因此，需充分利用截排水溝等措施，對坡面地表徑流和壤中流進行快速排導，減少地表徑流沖刷和壤中流的潛蝕作用，增加“保土”效果［6］。為防止降雨對施工作業(yè)的影響，施工前在起點邊坡開挖線處及沿線施工作業(yè)帶外側(cè)設置臨時截排水溝，在頂管施工區(qū)周邊設置臨時排水溝，在河道、溝道明挖穿越施工區(qū)邊坡開口線和低等級道路穿越施工作業(yè)區(qū)周邊設置臨時截排水溝，遇降雨或大風等天氣，要及時采用密目網(wǎng)進行臨時苫蓋，以減少地表徑流沖刷產(chǎn)生的水土流失。

4.6" 針對性設計“臨時攔擋”措施

管線工程前250 m屬于丘陵地段，主要為石方開挖，為避免開挖利用料和墊層料沿坡下溜，在石料堆存坡腳處布置格賓石籠攔擋。而后管線區(qū)地形平坦，主要為土方開挖，為控制臨時堆土產(chǎn)生的水土流失，堆土前在兩側(cè)坡腳布設袋裝土進行臨時攔擋。

5" 結(jié)束語

為貫徹生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念，雄安干渠工程在設計過程中，根據(jù)項目區(qū)環(huán)境復雜、敏感目標多、工程開挖土石方量大、渣場選址困難、潛在水土流失風險多等特點，從環(huán)境保護、對重要基礎設施影響、水文地質(zhì)、經(jīng)濟效益等方面，優(yōu)化線路平面布置、工程建設方案、施工組織設計，針對性開展了水土保持措施設計，提出了符合工程實際、科學合理的水土保持措施體系，可為同類工程水土保持工作開展提供借鑒。

［參考文獻］

［1］ 陳蘭，王志剛，錢峰，等.長江中下游岸線大型臨江港區(qū)工程水土保持設計探討［J］.中國水土保持，2024（1）：30-33.

［2］ 蒲朝勇.推動新階段水土保持高質(zhì)量發(fā)展的思路與舉措［J］.中國水利，2022（7）：6-8.

［3］ 李建明，王志剛，王一峰，等.基于固體廢棄物資源化利用的“無廢城市”建設初探［J］.中國水土保持，2019（7）：25-29.

［4］ 龔晶，陳夢華，張超.基于水土保持的施工組織優(yōu)化設計［J］.山東水利，2013（增刊1）：84-85.

［5］ 姜德文，蔣學瑋，周正立.水土保持方案的核心是防治措施體系［J］.中國水土保持，2021（8）：10-13.

［6］ 程冬兵，鄭瑞維，張平倉，等.“排水保土”措施在生產(chǎn)建設項目水土保持中的應用［J］.人民長江，2023，54（12）：82-88.

［7］ 程冬兵，張平倉，孫寶洋，等.“排水保土”探索與實踐［J］.人民長江，2022，53（11）：47-52．

收稿日期： 2024-04-30

第一作者： 張雪（1989—），女，湖北仙桃人，工程師，碩士，主要從事水土保持規(guī)劃設計研究工作。

E-mail： 287450419@qq.com

（責任編輯" 李佳星）