涼山州小水電站棄渣場耕地資源研究

陳開陸，王志民，趙建民，沈其明，楊 紅，徐 麗

(1.西昌學(xué)院，四川 西昌615013;2.涼山州水務(wù)局，四川 西昌615000)

涼山州位于四川省西南部，橫斷山區(qū)東北部，青藏高原南緣，介于東經(jīng) 100°15'—103°53'、北緯 26°03—29°27'之間。總土地面積60377.6 km2，地形地貌復(fù)雜，有高原、山地、丘陵、平壩等，山地所占比例最大。境內(nèi)海拔360—5958 m。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量1000 mm左右，每年5—10月為雨季，期間降水量占全年的90%以上。境內(nèi)河流縱橫，其中流域面積在1000 km2以上的有11條，流域面積在100 km2以上的有152條，流域面積在100 km2以下的河流有近千條。河床坡陡流急，落差大，水能蘊(yùn)藏豐富。據(jù)勘測，涼山州水能資源可開發(fā)的總裝機(jī)容量達(dá)6413萬kW，占四川省的57%，占全國的，是國家十三大水電基地和西電東送的重要組成部分。

涼山水電資源開發(fā)以金沙江、雅礱江、大渡河三大干流為重點(diǎn)，三大干流上國家安排了包括烏東德水電站、白鶴灘水電站、溪洛渡水電站等12座巨型水電站，總裝機(jī)量達(dá)5351萬kW，年均發(fā)電總量2362.11億kW·h。除此之外，涼山中小河流水能資源技術(shù)可開發(fā)量超過1000萬kW。涼山地方小水電建設(shè)，解放初期的裝機(jī)容量僅為128 kW，目前已達(dá)180萬kW。中小河流已建電站455個(gè)，在建電站107個(gè)，裝機(jī)117萬kW;擬建電站238個(gè)，裝機(jī)448萬kW，另有待規(guī)劃電站約255萬kW。預(yù)計(jì)到2016年，全州中小水電站可達(dá)到800萬kW。

涼山州中小水電站開發(fā)建設(shè)，對涼山的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有舉足輕重的作用。一方面可增強(qiáng)地方經(jīng)濟(jì)實(shí)力，增加地方財(cái)政收入，提高經(jīng)濟(jì)整體水平，改變涼山貧窮落后面貌;另一方面可就近解決無電鄉(xiāng)、無電村用電問題，拉動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為偏遠(yuǎn)山村脫貧致富創(chuàng)造條件。但是，在山區(qū)小水電站開發(fā)建設(shè)過程中，其取水工程、引水工程、廠區(qū)樞紐、施工道路建設(shè)除擾動(dòng)原地表外，也產(chǎn)生大量工程棄渣。目前，電站水保方案均針對棄渣場明確了表土剝離、建設(shè)擋土墻、布設(shè)排水溝、回覆剝離表土、恢復(fù)林草植被等工程措施和植物措施，取得了良好的水保效益。從山區(qū)土地利用管理綜合效益分析，棄渣場經(jīng)工程措施保護(hù)、地面平整、回覆表土后，土體下部物質(zhì)穩(wěn)定性得到了極大提高，表土肥力也提高了，若解決排灌水源和排灌水渠，可直接將棄渣場納入山區(qū)耕地資源或耕地后備資源進(jìn)行開發(fā)利用。筆者以涼山州鹽源縣馬絲螺溝二級水電站開發(fā)及棄渣場建設(shè)為例，對工程棄渣場循環(huán)利用開發(fā)山區(qū)耕地資源進(jìn)行了研究。

1 馬絲螺溝二級水電站建設(shè)方案概況

馬絲螺溝二級水電站位于鹽源縣巴折鄉(xiāng)境內(nèi)的馬絲螺溝干流上，全流域集雨面積124.2 km2，受雅礱江強(qiáng)烈下蝕影響，區(qū)內(nèi)山高坡陡，最高點(diǎn)橫梁子主峰海拔4129.8 m，最低點(diǎn)雅礱江江邊海拔1320 m，屬深切割中高山地貌。工程動(dòng)態(tài)總投資15970.56萬元，其中土建投資7500.76萬元。工程占地面積9.75 hm2。電站裝機(jī)3 ×6000 kW，毛水頭 607.66 m，設(shè)計(jì)水頭585.0 m，引用流量 3.96 m3/s，發(fā)電流量 3.78 m3/s，年發(fā)電量8066.00萬 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4481 h。

工程主要由取水樞紐、引水系統(tǒng)及廠區(qū)樞紐3部分組成。取水樞紐由防洪堤、底柵壩、連接暗渠、沉砂池組成，引水系統(tǒng)由引水渠道、壓力前池、壓力管道組成，廠區(qū)樞紐由主廠房、副廠房、升壓站、電站管理和生活建筑區(qū)組成。工程土石方挖方量30.38 萬 m3(松方)，棄方 22.28 萬 m3，其中臨時(shí)棄渣 1.08萬 m3、永久棄渣 21.20 萬 m3。

2 馬絲螺溝二級水電站棄渣場建設(shè)方案

2.1 工程棄渣來源及棄渣物料性狀

工程棄渣主要來源于取水樞紐、引水隧洞、壓力管道及廠區(qū)樞紐開挖，取水樞紐、廠區(qū)樞紐開挖棄渣主要成分為漂卵石及泥質(zhì)粉砂巖巖塊，引水隧洞開挖棄渣主要成分為灰?guī)r、砂巖、白云巖及泥質(zhì)粉砂巖巖塊。由于棄渣體主要為石渣和塊石，在堆渣完成后無法達(dá)到渣場植被恢復(fù)的立地條件，因此需在堆渣前對渣場原表土進(jìn)行剝離就近堆放，并采取臨時(shí)擋護(hù)措施，待渣場堆渣完畢后用于渣場植被恢復(fù)。

2.2 棄渣場規(guī)劃及堆渣容量設(shè)計(jì)

工程永久棄渣21.20萬m3，采用分區(qū)堆放，根據(jù)棄渣來源及運(yùn)輸距離，結(jié)合工程區(qū)地形地質(zhì)條件，共設(shè)計(jì)布置8個(gè)棄渣場堆放永久棄渣。工程區(qū)土石方平衡及堆置渣場見表1。工程棄渣場規(guī)劃點(diǎn)位，設(shè)計(jì)占地面積、容量、堆渣量見表2。

表1 工程區(qū)土石方平衡及棄渣堆置渣場 萬m3

表2 工程棄渣場主要規(guī)劃指標(biāo)

2.3 棄渣場工程防護(hù)設(shè)計(jì)

棄渣場為工程次要建筑物，工程防護(hù)設(shè)計(jì)按5級建筑物設(shè)計(jì)，抗震設(shè)防烈度按Ⅶ度設(shè)防。8個(gè)渣場中，1號、8號屬臨河型渣場，由于受洪水影響，擋渣墻設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮擋渣功能和防洪功能，渣場護(hù)坡按堤防要求設(shè)計(jì)，2個(gè)渣場堆渣量均小于10萬m3，防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì)。2—7號渣場屬谷坡型渣場，渣場護(hù)坡按窗孔式護(hù)面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)地選址和確定有關(guān)參數(shù)后，以堆渣量最大的1號臨河型渣場和5號谷坡型渣場工程防護(hù)設(shè)計(jì)為例分述如下。

2.3.1 1號臨河型渣場工程防護(hù)設(shè)計(jì)

1號臨河型渣場布置于進(jìn)水樞紐上游河道左岸河灘地上，渣場占地0.53 hm2，堆渣平均高度6.0 m，可堆渣量3.18 萬 m3，設(shè)計(jì)堆渣3.12萬m3。擋渣墻設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了擋渣功能和防洪功能，渣場校核洪水位1939.85 m，擋渣墻頂高程1940.35 m，擋渣墻頂寬0.8 m、底寬3.5 m、高 5.0 m，采用 M7.5 漿砌石砌筑，擋渣墻前設(shè)0.8 m厚、2.5 m深的防沖齒墻，采用C20埋石砼澆筑。渣場頂部內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，排水溝寬0.4～0.5 m，溝深0.4～0.5 m，采用漿砌塊石襯砌，襯厚30 cm，過水能力0.334～0.742 m3/s。

2.3.2 5號谷坡型渣場工程防護(hù)設(shè)計(jì)

5號谷坡型渣場布置于3號施工支洞附近的荒坡地上，渣場占地0.51 hm2，堆渣平均高度6.0 m，可堆渣3.06 萬 m3，設(shè)計(jì)堆渣3.05萬m3，由于不受洪水影響，渣場護(hù)坡按窗孔式護(hù)面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，護(hù)坡頂厚0.4 m、底厚0.75 m，坡面采用 M7.5漿砌石砌筑。

2.4 棄渣場植物措施設(shè)計(jì)

2.4.1 渣場頂部臺地植物措施設(shè)計(jì)

8個(gè)棄渣場棄渣多為塊石料，不具備植物生長所需立地條件，設(shè)計(jì)在渣體表層回覆原剝離渣場表層土30 cm厚，選擇種植當(dāng)?shù)剡m生的云南松、榿木、滇青岡、馬桑等喬灌木，喬木株距3.0 m ×3.0 m，灌木株距2.0 m ×2.0 m，控制渣場頂部臺地水土流失［1－2］。渣場頂部臺地植物措施設(shè)計(jì)見表3。

表3 渣場頂部臺地植物措施設(shè)計(jì)

2.4.2 渣場斜面植物措施設(shè)計(jì)

渣場斜面選用當(dāng)?shù)剡m生灌草種小冠花、沙打旺進(jìn)行綠化，播種密度小冠花4.0 g/m2，沙打旺2.0 g/m2，控制渣場斜面水土流失。渣場斜面植物措施設(shè)計(jì)見表4。

表4 渣場斜面植物措施設(shè)計(jì)

3 馬絲螺溝水電站棄渣場耕地利用可行性研究

馬絲螺溝水電站棄渣場占地面積3.59 hm2，渣場頂部臺地面積3.32 hm2，渣場斜部坡面0.27 hm2，以渣場頂部臺地作耕地或耕地后備資源利用，可增加該區(qū)域耕地面積3.32 hm2。現(xiàn)就渣場頂部臺地作耕地利用的立地條件做以下可行性研究。

3.1 渣場頂部臺地耕地利用的光熱資源可行性研究

電站所處區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，光熱資源充沛，工程區(qū)內(nèi)以1號渣場的海拔最高為1939.85 m，以8號渣場的海拔最低為1336.71 m，以鹽源縣氣象站(測站高程2860.00 m)多年觀測測定數(shù)據(jù)估算，1號渣場年均溫17.2℃，8號渣場年均溫20.2℃，能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一年三熟的熱量需要。

3.2 渣場頂部臺地耕地利用的規(guī)模及效益可行性研究

工程區(qū)渣場頂部臺地面積共計(jì)3.32 hm2，最小渣場頂部臺地面積0.28 hm2，最大渣場頂部臺地面積0.49 hm2。以一年兩熟年產(chǎn)值3萬元/hm2計(jì)算，渣場農(nóng)業(yè)年產(chǎn)值9.96萬元，最大渣場農(nóng)業(yè)年產(chǎn)值1.47萬元，最小渣場農(nóng)業(yè)年產(chǎn)值0.84萬元。

3.3 渣場頂部臺地耕地利用的土壤穩(wěn)定性可行性研究

工程區(qū)8個(gè)渣場中，對臨河型渣場按20年一遇設(shè)計(jì)要求建設(shè)擋土墻及防沖齒墻，對谷坡型渣場嚴(yán)格選址并按窗孔式護(hù)面墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建設(shè)，能滿足耕地土壤土體穩(wěn)定性要求。

3.4 渣場頂部臺地耕地利用的土壤肥力可行性分析

渣場堆渣以石渣和塊石為主，堆渣完成后對渣場表層進(jìn)行原渣場剝離表土回覆，回覆厚度30 cm，完全達(dá)到耕地耕作層厚度要求。由于未測定原表土有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量，為加速耕層土壤熟化，可對回覆表土深耕并結(jié)合施用有機(jī)肥，在當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源條件下，可很快熟化為高肥力土壤。

3.5 渣場頂部臺地耕地利用的水源排灌可行性研究

渣場堆渣回覆表土后，依據(jù)水保方案，在渣場頂部內(nèi)側(cè)設(shè)置寬0.4～0.5 m、深0.4～0.5 m 的漿砌塊石排水溝，以切斷山體坡面流水進(jìn)入渣場，減少渣場頂部水土流失。為作耕地或耕地后備資源開發(fā)利用，可于排水溝最高點(diǎn)設(shè)計(jì)建設(shè)山堰塘或蓄水池［3］，解決渣場頂部臺地耕地灌溉所需水源，并根據(jù)渣場規(guī)模于渣場臺地表面布置數(shù)條寬0.4～0.5 m、深0.3～0.4 m 的地面排灌水渠［4］，滿足渣場耕地排灌水分需要。

4 結(jié)語

山區(qū)小水電站棄渣場具有工程防護(hù)措施完善、堆渣體穩(wěn)定、防洪抗滑坡能力強(qiáng)、回覆表土厚度大等特點(diǎn)，對規(guī)模面積大于0.13 hm2的棄渣場，在完成堆渣及回覆表土后可直接納入當(dāng)?shù)馗鼗蚋睾髠滟Y源進(jìn)行開發(fā)利用管理。耕地?cái)?shù)量的增加，具有長遠(yuǎn)的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

［1］陳一兵.不同土壤抗蝕性能研究［J］.水土保持通報(bào)，1995，15(1):14－18.

［2］張洪江，王禮先.坡面林地土壤流失系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，18(4):44 －49.

［3］SL 267—2001，雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB/T 50363—2006，節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范［S］.