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水利樞紐工程建設(shè)是人類改造自然界的一種手段,通過開發(fā)利用水資源,實(shí)現(xiàn)水資源在時(shí)間上和空間上的重新分配,達(dá)到為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)的目的。工程建成以后,可獲得較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,如防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、水庫(kù)養(yǎng)殖、旅游等。

但在工程開發(fā)建設(shè)過程中,必然會(huì)擾動(dòng)原地貌、損壞土地及植被、產(chǎn)生大量棄土石渣,造成新增水土流失,如不及時(shí)采取防治措施,將危害區(qū)域環(huán)境和威脅下游安全,從而在一定程度上制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,進(jìn)行切實(shí)可行的水土保持方案設(shè)計(jì),防治水土流失,為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和工程安全服務(wù)。下面以該水利樞紐工程水土保持方案設(shè)計(jì)作為實(shí)例進(jìn)行分析。

1 基本情況

1 . 1 項(xiàng)目區(qū)自然和社會(huì)環(huán)境概況

某水利樞紐工程位于吉林長(zhǎng)春境內(nèi),該流域?qū)俦卑肭蛑芯暥缺睖貛? 流域年平均降水量比較充沛,水資源較豐富,特別是上游山區(qū),山高河陡,水能資源很也豐富。

全江段山嶺連綿, 森林茂密, 植被良好,河谷狹窄,江道彎曲,河底為石質(zhì),有巖坎、暗礁和深潭。工程區(qū)現(xiàn)有水土流失是以地表徑流沖刷引起的水力侵蝕為主,主要形式為面蝕,其次為溝蝕。水土流失強(qiáng)度為1286 t/km2?a,屬輕度流失區(qū)。

1 . 2 工程概況

該水利樞紐是以防洪、灌溉為主,兼顧發(fā)電、供水和航運(yùn)等綜合利用的水利工程。

水庫(kù)正常蓄水位為65.00 m,防洪限制水位61.00 m,防洪高水位67.94 m,相應(yīng)防洪庫(kù)容3.10×108 m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容1.14×108m3,灌溉農(nóng)田面積33 533.3 hm2,電站總裝機(jī)容量49.5 MW;提供工業(yè)和生活用水量1.0 m3/s;通航過壩設(shè)施按100 t級(jí)斜面升船機(jī)考慮。另外,為減少淹沒損失,對(duì)庫(kù)區(qū)4個(gè)片區(qū)采取工程防護(hù)措施。該水庫(kù)為大(二)型水庫(kù),屬Ⅱ等工程。主要樞紐建筑物有:主壩、副壩、泄水建筑物、電站廠房、灌溉進(jìn)水閘等。工程總工期42 個(gè)月。工程靜態(tài)總投資98835.78萬元,總投資101 605.36萬元。

2 水土流失預(yù)測(cè)

工程建設(shè)中產(chǎn)生的水土流失量主要由兩部分組成:一是由于工程擾動(dòng)原地貌、破壞或占用土地及植被,使該范圍內(nèi)土壤侵蝕加劇所造成的水土流失量;二是由于工程建設(shè)產(chǎn)生的大量棄渣不合理堆放而增加的'水土流失量。該工程擾動(dòng)原地貌、損壞土地及植被面積達(dá)2 310.14 hm2,工程施工期總棄渣量為55.06×104 m3(松方)。經(jīng)采用類比法和數(shù)學(xué)模型法相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行分析計(jì)算,該工程施工區(qū)將由原有的輕度水土流失區(qū)變?yōu)閺?qiáng)度水土流失區(qū),水土流失強(qiáng)度將由原來的1 286 t/km2?a增加到7000 t/km2?a,工程建設(shè)可能造成的水土流失量達(dá)8.91×104 t～9.41×104 t。

3 水土保持方案設(shè)計(jì)

3 . 1 水土流失防治分區(qū)

該水利樞紐工程占地面積共81.1 hm2,其中包括大壩、廠房等樞紐建筑物占地(17.5 hm2),棄渣場(chǎng)(29.4 hm2)、土料場(chǎng)(8.7 hm2)、石料場(chǎng)(2.4 hm2)、永久公路(4.8hm2)、施工臨時(shí)占地(18.3 hm2)。根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)、主體工程的布局、可能造成的水土流失情況以及工程建設(shè)用地范圍等,將工程水土流失防治劃分為6個(gè)防治類型區(qū),即棄渣場(chǎng)、土料場(chǎng)、石料場(chǎng)、樞紐工程基礎(chǔ)開挖區(qū)、永久公路、施工臨時(shí)占地。

3 . 2 水土保持措施總體布局

根據(jù)各水土流失防治類型區(qū)的水土流失特點(diǎn),遵循治理與防護(hù)相結(jié)合、植物措施與工程措施相結(jié)合、防治水土流失與改善生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的原則,統(tǒng)籌布局各項(xiàng)水土保持措施,形成完整的水土流失防治體系:以工程措施為先導(dǎo),在棄渣場(chǎng)建立攔渣工程,對(duì)各永久建筑物周邊、塊石料場(chǎng)及公路沿線等開挖邊坡采取邊坡防護(hù)工程;利用工程措施的控制性和速效性,使新增水土流失得以集中攔蓄和控制,在此基礎(chǔ)上,對(duì)料場(chǎng)、渣場(chǎng)利用工程棄土進(jìn)行表土回填和覆土,經(jīng)土地整治工程后采取植樹造林種草等植物措施進(jìn)行綠化;對(duì)臨時(shí)施工區(qū)、廠區(qū)、公路沿線及庫(kù)區(qū)周圍等進(jìn)行綠化,通過植物措施和土地整治工程,保護(hù)新生地表和改善生態(tài)環(huán)境,棄分發(fā)揮綠化工程的觀賞性和后效性,實(shí)現(xiàn)水土流失由被動(dòng)控制到開發(fā)治理的轉(zhuǎn)變。

3 . 3 分區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)

3.3.1 棄渣場(chǎng)地水土保持措施

樞紐工程永久棄渣量為55.06×104 m3(松方),在右岸上下游和左岸下游共設(shè)布置有3個(gè)棄渣場(chǎng)。

(1)右岸上游棄渣場(chǎng):位于壩址右岸上游1.5～2.0 km的一級(jí)階地,地面高程54～60 m(黃海高程),場(chǎng)地開闊,由于此棄渣場(chǎng)位于水庫(kù)淹沒區(qū),其棄渣主要為石渣(堆渣量為22.96×104 m3),因此在水庫(kù)蓄水前將棄渣推平即可,水庫(kù)蓄水后其被淹沒,對(duì)水庫(kù)防洪不產(chǎn)生影響,也不會(huì)造成水土流失危害。

(2)右岸下游棄渣場(chǎng):位于壩址右岸下游1.5km處的一級(jí)階地,地面高程57 m(黃海高程)左右,堆渣量為5.0×104 m3,因?yàn)樵摋壴鼒?chǎng)位于河道邊,為防止棄渣造成水土流失危害,需在棄渣場(chǎng)臨河一側(cè)修筑攔渣工程,對(duì)棄渣進(jìn)行攔擋。根據(jù)渣場(chǎng)的地形、地貌、地質(zhì)、建材來源及施工條件,經(jīng)過對(duì)攔渣堤和擋渣墻進(jìn)行方案比選分析認(rèn)為,采用衡重式漿砌石擋渣墻攔渣。擋渣墻為4級(jí)建筑物,全長(zhǎng)426 m,墻高5.5 m,底寬3.3 m,頂寬0.5 m,基礎(chǔ)底部修筑一底板,厚0.5 m。墻體沿縱向每隔10～15 m設(shè)一道伸縮沉降縫,縫寬2 cm,縫內(nèi)用瀝青麻布或?yàn)r青木絲填塞,墻體縱向每隔2～3 m設(shè)置

(3)左岸下游棄渣場(chǎng):位于壩址左岸下游1.5 km處的河漫灘地(砂料場(chǎng)旁),地面高程53 m(黃海高程)左右,場(chǎng)地開闊,堆渣量為27.7×104 m3。由于其地理位置的特殊性,在水土流失防治措施設(shè)計(jì)中采用了兩種方案進(jìn)行比選,一種是在棄渣場(chǎng)臨河一側(cè)修筑漿砌石擋渣墻進(jìn)行攔渣,但由于其地形、地質(zhì)等因素,使工程造價(jià)較高,施工較為復(fù)雜,而且視覺上容易有突兀感,影響景觀,因此經(jīng)分析比較后,選用第二種方案,即堆渣時(shí)將棄渣先臨時(shí)堆放于砂料場(chǎng)旁的灘地上,四周修筑臨時(shí)擋土墻進(jìn)行攔擋,臨時(shí)擋土墻墻高1 m,由裝土草袋堆砌而成,取砂結(jié)束后將臨時(shí)擋土墻拆除,并將15×104 m3棄渣填于砂料場(chǎng)凹坑中(工程取砂量為15×104 m3),其余12.1×104 m3棄渣依就地勢(shì)堆墊于砂料場(chǎng)表面,平均堆高約0.63 m,坡度約1∶200。經(jīng)分析,此處棄渣不影響河道行洪,棄渣經(jīng)壓實(shí)后表面平整覆土并營(yíng)造水土保持林,水土保持林的栽植行方向要順著規(guī)整流路所要求的導(dǎo)線方向,林帶與水流方向構(gòu)成30°～45°角度,呈雁翅形造林。造林樹種為垂柳、黃梔子,混交方式采用行間混交,每隔2行黃梔子種植1行垂柳,垂柳株行距為4 m×6 m,黃梔子株行距1.5 m×2 m,整地方式為穴狀整地,垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm,黃梔子穴大20 cm×20 cm×20 cm。

3.3.2 土料場(chǎng)水土保持措施

土料場(chǎng)包括樞紐工程圍堰用土料場(chǎng)和副壩用土料場(chǎng)以及防護(hù)工程用土料場(chǎng),其中圍堰用土料場(chǎng)有2個(gè),副壩用土料場(chǎng)有1個(gè),均位于庫(kù)區(qū),水庫(kù)蓄水后將被淹沒;防護(hù)工程用土料場(chǎng)有10個(gè),均分布于相應(yīng)堤防附近。土料開采時(shí)剝離的表層棄土,先集中堆放在各土料場(chǎng)取料形成的工作臺(tái)面,土堆堆置高度不超過3 m,堆置邊坡坡比控制在1∶2.0以內(nèi),在土堆邊坡坡腳修筑裝土草袋成臨時(shí)擋土墻進(jìn)行擋土,土料開采結(jié)束后進(jìn)行表土回填,回填厚度0.3～0.5 m。

對(duì)防護(hù)工程用土料場(chǎng)還應(yīng)根據(jù)土料場(chǎng)的地形及料場(chǎng)來水情況,在料場(chǎng)采挖面內(nèi)設(shè)置土質(zhì)排水溝,并與料場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)相銜接,形成完善的排水系統(tǒng)。排水溝邊坡系數(shù)m取值1.25,糙率n取值0.0275,底坡i取值1/600。土料場(chǎng)經(jīng)土地整治后復(fù)耕還農(nóng)。

3.3.3 石料場(chǎng)水土保持措施

石料場(chǎng)包括樞紐工程用石料場(chǎng)和防護(hù)工程用石料場(chǎng),其中樞紐工程用石料場(chǎng)有2個(gè),分別位于壩址左岸上游0.3～0.6 km處和壩址右岸上游0.8 km處;防護(hù)工程用石料場(chǎng)也有2個(gè),均分布于堤防附近。石料開采時(shí)剝離的無用層棄土,集中堆放在各石料場(chǎng)取料形成的工作臺(tái)面,四周用裝土草袋建臨時(shí)擋土墻進(jìn)行攔擋,石料開采結(jié)束后進(jìn)行表土回填,回填厚度2 m,營(yíng)造水土保持林草,造林樹草種采用濕地松、木荷、胡枝子、百喜草和狗牙根草等混合草種,混交方式為喬灌草行間混交,濕地松與木荷星狀混交,穴狀整地,規(guī)格為濕地松和木荷穴大40 cm×40 cm×40 cm,胡枝子穴大20 cm×20 cm×20 cm,混合草種采用播間距為30 cm的條播方式。

3.3.4 樞紐工程基礎(chǔ)開挖面防護(hù)措施

樞紐工程基礎(chǔ)開挖面在工程完工后大部分被大壩、消力池、護(hù)坦等永久建筑物覆蓋,在主壩與山體的連接處有部分開挖面在工程完建后仍會(huì)裸露,需作好開挖面防護(hù)。樞紐工程土方開挖后的邊坡裸露面積約150 m2,坡比小于1∶1.5,根據(jù)其立地條件,這部分邊坡裸露面撒播百喜草、狗牙根、馬尼拉草、結(jié)縷草、高羊茅、草地早熟禾、多年生黑麥草等混合草籽進(jìn)行種草護(hù)坡,混合草種采用撒播,用耙或耱等方法覆土鎮(zhèn)壓,覆土厚度0.5～1 cm,播種量為15kg/hm2;樞紐工程石方開挖后的巖石邊坡面積約400 m2,這部分邊坡裸露面因表面為基巖,無法直接恢復(fù)植被,可采取種植爬山虎或常青藤等攀巖植物進(jìn)行綠化,爬山虎或常青藤為單行種植,每穴1株,株距1 m,穴狀整地規(guī)格為20 cm×20 cm×20 cm。

3.3.5 永久公路綠化措施

永久公路包括上壩公路0.2 km、進(jìn)廠公路0.18 km、至副壩公路4.5 km及時(shí)對(duì)外公路4.7 km。在公路的內(nèi)側(cè),開挖后的裸露面因表面多為基巖無法直接恢復(fù)植被,因此采取種植爬山虎或常有藤等攀巖植物進(jìn)行綠化;在公路的外側(cè),裸露面多為回填的土石方,可在碾壓平整后,在路邊種植行道樹,采用樹種為杉樹,單行種植,株距3 m,穴狀整地規(guī)格為40 cm×40 cm×40 cm;對(duì)于填方邊坡,采用撒播生長(zhǎng)快的百喜草、狗牙根等草籽進(jìn)行綠化。

3.3.6 施工臨時(shí)占地區(qū)水土保持措施

施工臨時(shí)用地主要分布于沿河道兩岸。對(duì)終止使用的施工場(chǎng)地,進(jìn)行土地平整,營(yíng)造水土保持林,造林樹種為垂柳、黃梔子,采用行間混交方式,每隔2行黃梔子種植1行垂柳,垂柳株行距4 m×6 m,黃梔子株行距1.5 m×2 m,穴狀整地規(guī)格為垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm,黃梔子穴大20cm×20 cm×20 cm。

4 結(jié)論

該水利樞紐工程水土保持總投資為1039.94萬元,各項(xiàng)費(fèi)用包括水土保持設(shè)施補(bǔ)償費(fèi)346.12萬元、工程措施449.91萬元、植物措施83.85萬元、臨時(shí)工程93.13萬元、獨(dú)立費(fèi)用46.72萬元、預(yù)備費(fèi)20.21萬元。水保方案實(shí)施后,工程建設(shè)損壞的植被面積除淹沒和建筑物占地外,大部分可以有效恢復(fù),工程開挖、填筑及棄渣等形成的裸露面將基本上由植被覆蓋,預(yù)計(jì)植被覆蓋率在工程完工后可達(dá)到90%;擋渣墻等工程措施可防止棄渣崩塌、滑坡等危害發(fā)生,防止泥沙進(jìn)入河道產(chǎn)生淤積,減輕洪澇災(zāi)害等不利影響。工程區(qū)土壤侵蝕模數(shù)由7 000 t/km2?a減少至500 t/km2?a,水土流失治理度達(dá)到95%,生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益十分顯著。

總之,水利樞紐工程建設(shè)雖然涉及范圍廣,開挖動(dòng)土面多,對(duì)當(dāng)?shù)氐乃帘３謺?huì)帶來一定影響,但只要根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn),切實(shí)做好水土保持設(shè)計(jì)工作,通過水土流失防治點(diǎn)、線、面相結(jié)合的總體布局,因地制宜地采取攔渣、護(hù)坡、土地整治及綠化等各項(xiàng)水土流失防治措施,就能有效控制人為新增水土流失,并治理工程區(qū)原有水土流失,使泄入下游河道泥沙顯著減少,保障工程安全,改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,形成工程建設(shè)和生態(tài)環(huán)境治理協(xié)調(diào)發(fā)展的良性循環(huán)。