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贵州大中型水电工程水土流失特征和防治措施
资讯类型:行业新闻 加入时间:2015年12月17日10:19

                       贵州大中型水电工程水土流失特征和防治措施
                 易仲强1,张习传1,陈小燕2,魏浪1,赵俊1,张宇1,张亚1
    ( 1. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州贵阳550081;2. 贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳550002)
    [关键词]水土流失; 特征; 防治措施; 大中型水电工程; 贵州
    [摘要]贵州的水能储藏量居全国第六位,可开发水能居全国第四位。在对水能资源开发中,大中型水电工程占主导地位,其工程建设不仅能充分利用贵州丰富的水能资源,同时还具有防洪、灌溉、供水、旅游等综合效益,对促进贵州省经济社会的可持续发展具有重要作用。分析和总结了贵州大中型水电工程建设特点和水土流失特征,并提出了相应的防治建议,即在工程建设过程中健全和完善水土保持管理体系,并科学配置弃渣防护、边坡治理、表土剥离保存和综合利用的水土保持措施体系,以控制工程建设过程中的水土流失。
    [中图分类号]S157. 2 [文献标识码]C [文章编号]1000 - 0941( 2015) 03 - 0014 - 03
    贵州省内河流坡降陡、落差大,水能储藏量丰富,全省水能理论蕴藏量达1 589. 09 亿kW·h,居全国第六位; 可开发水能达778. 0 亿kW·h,居全国第四位[1],大中型水电工程在全省水能开发中占主导地位。大中型水电工程不仅能充分利用贵州丰富的水能资源,而且还具有防洪、灌溉、供水、旅游等综合效益,对促进贵州省经济社会的可持续发展具有重要作用[2]。但是,工程建设也带来了地表扰动、植被破坏、水土流失等一系列环境问题。尤其是贵州位于喀斯特发育强烈的脆弱生态区,山高坡陡,土层薄,一旦被破坏就极难恢复,所以做好水电工程水土保持工作对保护和改善贵州的区域生态环境具有重要意义。
    1· 水电工程建设特点和水土流失特征
    贵州境内的大中型水电工程主要分布于乌江、南盘江、北盘江3 条河流上。这些流域降水充沛,多年平均降水量900 ~ 1 400 mm,多集中在5—10 月,强降雨是该区域产生水土流失的主要因素。水土流失是受各种自然因素的潜在影响,通过人为生产建设活动诱发、引发、触发作用而产生的[3],而大中型水电工程在开发建设过程中,往往因其扰动强烈而可能产生较大的土壤侵蚀。
    1. 1 施工土石方直接进入河道,造成严重流失
    贵州境内的大中型水电工程的大坝枢纽均位于高山峡谷中的河流上,坡降较大,施工中深挖、高填造成地表形态改变,产生大量的结构疏松、孔隙较大的松散土石,在降雨的作用下极易进入河道被水流冲走而发生流失。同时,配套修建的施工道路,通常沿河流方向布设,施工过程中不可避免地产生大量开挖边坡和松散土石方,受地形、运输条件的限制,这些土石可能被直接推下山坡进入河道,造成严重的水土流失。由此可见,若不采取有效的防护措施,在造成巨大水土流失的同时,还会淤积河道,抬高河床,影响河道的行洪能力,对工程区和下游的防洪和群众的生存环境构成严重威胁[4]。高强度的土石方开挖,导致植被破坏和径流改变,进而影响土壤甚至是地质结构,一旦遇到暴雨还极易造成山体滑坡和泥石流。
    1. 2 扰动地表和破坏植被、耕地范围大,建设周期长
    贵州境内的大中型水电工程往往位于较为偏僻的地方,这些区域人类活动相对较少,原始地貌较完整,植被和自然生态系统相对比较稳定。但在大型水电工程建设过程中,大坝枢纽施工、施工生产生活设施布设、料场取料、弃渣场弃渣等环节对地表造成的扰动和破坏非常剧烈,而水库蓄水又必然造成大量土地被淹没,这都对当地植被和生态环境有不小的负面影响。一个大中型水电工程项目的占地往往高达几百甚至几千公顷,且大部分需长时间占用,特别是水库蓄水永久淹没的土地面积一般占项目总用地面积的80%以上,被淹没土地的原有功能完全丧失。布置施工生产生活设施的区域通常要求地势相对平坦,而贵州地处典型的喀斯特土石山区,平地极少,且地势平坦的区域基本为农耕地,所以工程建设占用生产力较高的农耕地较多,绝大多数被占用的农耕地完全转变了原土地的利用方式和功能。另外,水电工程项目建设内容复杂,建设周期往往较长,一般要6 ~ 10 年[5],长时间的施工活动也增加了发生水土流失的风险。
    1. 3 采石取土和弃渣( 弃土、弃石等) 量巨大
    大中型水电工程的大坝枢纽高几十米甚至几百米,为满足坝体稳定和保证大坝工程安全,对坝基开挖的要求高,而在坝基开挖过程中势必产生大量的废弃土石方,加上大坝枢纽、导流洞、溢洪道等水工建筑物的施工,动用土石方量会高达数百万方甚至数千万方。另外,大坝砌筑所需要的土石方量或混凝土量巨大,导致采石、取土量增加,必然产生新的扰动和破坏。如北盘江董箐水电站工程土石方开挖量约为2 185 万m3,经土石方平衡和综合利用后,永久弃渣量仍高达1 100万m3。可见,贵州大中型水电工程建设采石取土和弃渣量巨大,若不注意加强防护,将造成比较严重的水土流失。
    1. 4 开挖回填形成的边坡多,造成的土壤侵蚀强度大
    贵州省内地形起伏大,在水电工程建设过程中,坝肩开挖、土石料开采、弃渣运输和堆积、施工道路修建等不可避免地形成较多裸露边坡,甚至高陡边坡,成为新的水土流失源地。若不重视防护和治理,在水力和重力共同作用下,边坡可能出现严重的土壤侵蚀,甚至发生滑塌等危害。
    2· 水土流失防治措施探讨
    2. 1 转变观念,健全和完善水土保持管理体系
    水土流失不仅是单纯的环境保护问题,也关系到主体工程的安全运营、稳定和使用年限[6]。因此,对待水土流失防治工作应从以前的被动接受转变到自觉实施的观念上来,切实抓好水土保持监理、监测工作。水电工程动工前,建设单位要委托具有相应资质的单位及时开展水土保持工程监理和监测工作。由监理单位负责对水土保持工程的实施进度、质量和资金进行监控管理; 由监测单位负责按照监测方案开展监测工作,为水土保持工程竣工验收提供依据。建立由建设单位统一组织,设计单位、施工单位、监理单位等共同参与并分工负责的水土保持管理机构和体系,从水土保持工程设计、施工、现场协调等各方面明确工作程序和制度,各司其职做好水土保持工作。
    2. 2 抓住重点,科学配置水土保持措施
    2. 2. 1 弃渣防护
    水电工程开发和建设过程中产生的弃渣是主要的水土流失物源[7]。目前,主要采取的处理方式是选择恰当的弃渣场集中堆置并加以防护。钢筋石笼挡墙、浆砌石挡墙是常规采用的拦挡措施,已普遍应用到贵州大中型水电工程中,效果显著。格宾石笼挡墙为柔性设施,因其加入了能增加强度、防腐蚀的材料,使用寿命远比钢筋石笼长,因此格宾石笼挡墙在软基、容易发生变形的部位具有更好的拦挡效果。如贵州光照水电站和大花水水电站采用了相当数量的格宾石笼挡墙,对渣料挡护发挥了很好的效果。
    截水沟、排水沟( 排水隧洞) 、排水箱涵等截排水措施也已普遍应用于很多建设项目中。结合贵州部分大中型水电工程水土保持措施目前运行的情况,截排水设施在设计和施工中应特别注意配套完善的排水体系,并在排水出口和截排水沟顺接工程连接处布设消能设施和沉沙设施,尽可能减少或防止水土流失。同时还应充分考虑防淤、运行维护等问题。
    2. 2. 2 边坡治理
    在水电工程建设中,坝基、料场等位置大范围的开挖和回填不可避免地形成较多边坡,有不少是高边坡,为保证边坡稳定和防止水土流失,必须对边坡进行科学有效的防护和治理。为落实生态优先、保护自然景观和生态系统的水土保持设计理念[8],应尽可能优先考虑生态防护。植物护坡一般是通过覆土后撒播草籽进行边坡绿化,是最常用的方式之一,具有施工简单、价格低廉、养护方便等特点,应结合立地条件,尽量选择当地乡土草种。如贵州省内多个大中型水电工程选用了香根草作为护坡植物,因香根草生长迅速、根系长且庞大、耐旱能力强,不仅可以有效地防止水土流失,还可增加绿化面积。
    植物护坡通常应用于坡度较缓的边坡,当边坡坡度较陡、坡体岩土均匀且较稳定时,采用浆砌石或混凝土框格护坡等综合护坡形式更为适宜。即当在坡面固定好框格后,在框格内种草或栽种藤本植物,进行综合防护。在各类土质边坡均可应用,常用坡比1 ∶ 10 ~1 ∶ 1. 5,每级边坡高度不超过10 m。即使边坡稳定性稍差,也可采取现浇钢筋混凝土框格,并增加锚杆加固的护坡方式。综合护坡措施在贵州董箐、光照等水电站工程中得到了广泛应用,并发挥了显著作用。
    植被混凝土护坡是一种将特定的植被混凝土基材按一定比例配制好后,采用喷播设备将基材喷射至坡面进行植被恢复和生态防护的技术[9]。在缺少植物生长基层材料的岩石边坡,该护坡技术具有较大的应用优势。贵州光照水电站针对开挖坡度达80°的岩质边坡采用了此种护坡方式,从运行情况来看,防治效果较好、基质稳定、植被长势良好,可推广到其他各种坡度、各种质地( 石质、土质等) 的边坡。根据光照水电站边坡治理的实践,当边坡上方集水面积大时应布设截水沟拦截洪水。
    2. 2. 3 表土剥离保存和综合利用
    贵州地处西南喀斯特地区,生态脆弱,土壤层薄,植被恢复相当困难。水电项目施工场地和渣料场等在修建过程中,清除的表土量大,这些表层土壤肥力相当高,是贵州喀斯特山区的稀有资源,若不能剥离保存和充分利用,将造成极大的浪费,因此对剥离的表土进行保护和综合利用是极为重要的设计理念。结合当地的土壤条件和项目的具体情况,本着合理配置资源的原则,将肥沃的表层土壤剥离、单独堆放并进行防护,为后期整治、恢复扰动和损毁的土地提供土源,避免为整治土地而增加建设区外的取土量,既可减少土地和植被破坏,减少水土流失,又可为建设单位节省后期植被恢复购土和覆土的资金。如贵州光照水电站工程将15 hm2 的表层土壤剥离后集中堆放保存,共保护肥沃土壤2 400 m3。
    3· 结语
    鉴于贵州喀斯特土石山区的特殊性和大中型水电工程建设的复杂性,大中型水电工程配套布设的防护措施体系要具有针对性和系统性。尽管贵州大中型水电工程的水土保持防护措施不尽相同,但只要抓住关键性因素,有针对性地布设水土保持措施,做好弃渣防护、边坡治理、综合利用表土资源等,建设过程中的水土流失将会得到有效控制。在渣料防护体系中,应根据弃渣场的类型选择恰当的拦挡和截排水措施,坚持先拦后弃的原则,并按照要求及时将弃渣转运至指定弃渣场。在边坡防护体系中,应根据开挖边坡的特征和立地条件,制订恰当的方案开展治理和生态恢复,这样不但能够达到稳定边坡和保土蓄水的目的,还能美化边坡,提高建设区域绿化率。
[参考文献]
[1]刘建忠,韩德军,顾再柯. 贵州水电资源开发利用前景的分析研究[J]. 中国农村水利水电, 2008( 12) : 116 - 118.
[2]葛丽颖,章圣样. 浅议贵州水电开发与生态环境保护[J].环境科学与管理, 2008( 8) : 166 - 168.
[3]李文银,王治国,蔡继清. 工矿区水土保持[M]. 北京: 科学出版社, 1996: 1 - 3.
[4]杨军. 山区水电建设项目工程弃渣处理及综合利用途径[J]. 水利水电快报, 2007, 28( 14) : 31 - 33.
[5]操昌碧. 水利水电工程弃渣场水土保持工程措施研究[J].水电站设计, 2001, 17( 4) : 39 - 41.
[6]柳小强,陈奇伯,王克勤,等. 水电站工程水土流失防治效果评价研究———以金安桥水电站为例[J]. 水土保持通报,2010( 6) : 195 - 198.
[7]高宝林,周全,高武林. 水电工程弃渣场水土保持措施设计探讨[J]. 中国水土保持, 2011( 3) : 36 - 38.
[8]姜德文. 生产建设项目水土流失防治十大新理念[J]. 中国水土保持, 2011( 7) : 3 - 6.
[9]中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会. 生产建设项目水土保持设计指南[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2011: 175 - 178.
文章来自:滑模协会网
文章作者:信息处
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