龍門渠引水工程水土流失因素分析及防治措施

姚鋒杰

(山西省水利水電勘測設計研究院)

1 工程概況

龍門渠引水工程是為解決交城縣工農業生產及城市生活用水而新建的引水工程。工程由取水樞紐、輸水箱涵、輸水倒虹吸、輸水隧洞、輸水埋涵、輸水壓力管線及附屬建筑物組成,線路總長度31.474 km,引水流量 1.3 m3/s,其中工業 0.5 m3/s,農業 0.8 m3/s。年引水量 1800萬 m3,其中工業1100萬 m3,農業 700萬 m3。

該工程取水口設在交城縣西社鎮沙溝村上游的龍門口,位于文峪河水庫大壩上游 6.5 km,柏葉口水庫壩址下游 19.5 km處。從文峪河中游龍門口筑壩引水,輸水線路沿文峪河北岸向東行,工程末端為高速公路立交橋南側蓄水池。

項目組成包括:取水樞紐、輸水線路、管理站、供電線路、棄渣場、施工臨建和施工道路等。工程總占地面積 68.42 hm2,其中永久占地 28.9 hm2,臨時占地 39.52 hm2。工程建設期挖方量 120.22萬 m3,填方量 99.06萬 m3。工程總投資 35942.93萬元,其中土建投資 25148.11萬元。工程已于 2010年 1月開工,計劃 2012年 11月完工,總工期 35個月。

2 自然環境

工程所在地屬暖溫帶大陸性半干旱氣候,多年平均氣溫 10.5℃,極端最高氣溫 39.9℃,極端最低氣溫 -27.4℃,≥10℃積溫為 3614.9℃;無霜期100-170 d;多年平均降水量 480 mm,主要集中在6-9月間;年均蒸發量 1562.1 mm;最大凍土深度125 cm;年均風速 1.0 m/s,最大風速 22 m/s。

工程區主要地貌類型為土石山區,線路經過的地貌為中低山區、河流階地和沖積平原。土壤類型主要為褐土。植被類型為暖溫帶針闊混交林區,覆蓋率為 32.8%。

3 水土流失現狀

根據全國第三次水土保持遙感普查,工程區大部分為輕度水力侵蝕區,中低山區年土壤侵蝕模數為2000 t/km2,山間河谷區年土壤侵蝕模數為1500 t/km2,沖積平原區年土壤侵蝕模數為800 t/km2。輸水線路年土壤侵蝕模數加權平均值為 1200 t/km2,土壤容許流失量為200 t/km2·a。

4 工程建設水土流失預測分析

4.1 施工期水土流失因素分析

工程在施工準備期,進行場地的“五通一平”,開展大規模的土石方開挖及回填作業,由于原地貌被擾動,地面的覆蓋物(植被等)被清除,大面積的土地將完全暴露,大量虛土臨時堆積,極易產生水土流失。

工程輸水管線較長,水土流失主要發生在施工期間,管線開挖、回填等施工活動易產生水土流失。引水隧洞開挖過程中產生的棄渣,堆放在溝道,如不采取切實可行的防護措施,將會成為最為重要的水土流失源。

4.2 水土流失預測

通過對工程施工期水土流失因素的分析,根據項目區的水土流失特點,在廣泛收集有關資料的基礎上,采用類比法對施工過程中的水土流失進行了預測,結果如下:

工程建設期間擾動地表面積 68.42 hm2;損壞水土保持設施面積 58.46 hm2,其中耕地 7.18 hm2,園地 0.91 hm2,荒草地 50.37 hm2;棄渣量 21.16萬 m3,主要來自于隧洞開挖,全部堆放至棄渣場;工程建設造成的土壤侵蝕總量為 12072 t,其中原地貌土壤流失量 3965 t,新增土壤流失量 8107 t;在新增土壤流失量中,施工準備期704 t,建設期5549 t,自然恢復期 1855 t。

5 水土流失防治措施

針對本工程施工活動引發的水土流失特點和造成的危害程度,筆者認為輸水管線、棄渣場應作為水土流失防治的重點區,采取工程措施、植物措施和臨時措施等對施工過程中的水土流失進行防治。

5.1 輸水管線

5.1.1 工程措施

(1)表土剝離:臨時占用耕地面積 7.18 hm2,占用園地面積 0.91 hm2,施工前進行表土剝離,表土剝離面積共計 8.09 hm2,剝離厚度 0.3 cm,施工結束后表土返還、平整、復耕。

(2)土地整治工程:施工結束后對占用荒草地進行土地整治,整治面積為 4.52 hm2。

5.1.2 植物措施

在輸水管線占用荒草地的區域采取種植灌木的方式恢復植被。灌木選用當地適生的荊條和黃刺梅混交,穴狀栽植,密度為 3500穴/hm2,整地規格為40×40×40 cm。需荊條和黃刺梅各 5250株。

5.1.3 臨時防護措施

輸水管線管溝開挖時,開挖土料堆放在管溝一側。表層土堆放在臨時堆土底部,平整后再依次堆放下層開挖土料。

輸水管線管溝開挖斷面為梯形,臨時堆土兩側坡腳用雙層裝土草袋攔擋,裝土草袋互相疊壓,按1∶0.7向內收坡,頂面采用彩條布苫蓋。

工程輸水管線全長 31.47 km(包括箱涵、倒虹吸及 PCCP管線),施工過程中總開挖量為 89.86萬 m3,由于施工工藝確定管線施工為分段施工,開挖土方不需要同時臨時防護,故裝土草袋可以多次利用,第一段管線埋設回填后,裝土草袋可以轉入第二段管線臨時防護場地繼續使用,考慮 0.35的裝土草袋重復利用系數,計算得臨時防護的工程量為草袋土填筑 6912 m3,苫蓋需鋪彩條布 15000 m2。

5.2 棄渣場

工程設計共需 5個棄渣場,總棄渣量 21.16萬 m3,占地面積 7.25 hm2(見表 1)。

表1 棄渣場布置表

5.2.1 工程措施

在溝口較窄處設置漿砌石重力式擋渣墻,墻高2.3 m,頂寬 0.5 m,基礎埋深 1.1 m,墻趾高 0.8 m,前后墻趾均為 0.5 m,坡比為 1∶0.5,擋渣墻下鋪設碎石墊層,厚 0.2 m。擋渣墻總長度 124.6 m,棄渣堆棄于墻后,隨著堆渣量增加,于擋墻頂部按照 1∶2坡比,每升高 5 m設置一平臺,同時沿平臺內側布設漿砌石橫向排水溝,連接于渣場周邊截洪溝。渣頂前段設置擋水土埂,總長度 463.15 m,攔截進入渣坡的洪水。渣坡采用干砌石護坡防護,厚 0.3 m。棄渣場周邊設截洪溝、排水溝 3742 m,護坦 5處。

5.2.2 植物措施

渣場到達最終堆渣高程后平整,進行綠化,綠化面積 5.81 hm2。利用樞紐工程、輸水箱涵和倒虹吸管道工程的開挖土方,滿足灌草栽植需要。渣頂采取灌草混交模式進行綠化,灌木選用荊條和黃刺梅,草種選用無芒雀麥。荊條和黃刺梅株行距均為1.5 m,穴狀栽植,密度為 3500株 /hm2,整體規格為40×40×40 cm。無芒雀麥采取撒播方式,撒播面積5.81 hm2,30 kg/hm2,共需草籽 174.3 kg。

6 結論

通過對工程區不同時期可能造成水土流失的因素分析,結合主體工程具有水土保持功能工程的分析評價與本工程的水土流失特點,在對水土流失情況進行預測分析的基礎上,提出采取工程措施、植物措施與臨時防護措施相結合的防治方案,對工程區原有的水土流失和工程建設新增的水土流失進行科學防治,從而形成比較完整的水土流失防治體系,改善了工程區及周邊地區的生態環境,使得工程建設能夠充分發揮良好的綜合效益。