金沙江上游葉巴灘水電站特大型棄渣場堆置方案研究

史小棟，尹 嫚，操昌碧(中國電建集團 成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

金沙江上游葉巴灘水電站特大型棄渣場堆置方案研究

史小棟，尹 嫚，操昌碧

(中國電建集團 成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

特大型棄渣場；堆置方案；葉巴灘水電站；金沙江上游

以降曲河特大型棄渣場為例，從防洪設計標準、防治措施體系及風險程度等方面對該渣場擬采取的三種堆置方案進行分析比較，最終明確降曲河特大型棄渣場選用溝道型/庫底型棄渣場最為合適。溝道型/庫底型棄渣場不僅選址符合《水電建設項目水土保持方案技術規范》(DL/T 5419—2009)相關要求，而且防洪工程設計標準最低、防治措施體系簡單、風險程度最低。

葉巴灘水電站位于四川省甘孜州白玉縣、西藏自治區昌都地區貢覺縣和江達縣境內，是金沙江上游干流河段上規劃的13個梯級水電站中的第7個梯級電站，工程等級為Ⅰ等大(一)型。水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高224 m，水庫正常蓄水位2 889 m，死水位2 855 m。水電工程棄渣場具有場址選擇困難、棄渣量較大、棄渣造成的水土流失危害嚴重等特點[1]。目前，由于對棄渣主要采取的處理措施為設置棄渣場集中堆放并加以防護，所以棄渣場的水土保持設計是水電工程水土保持設計的重中之重。水電站施工總布置規劃的單個棄渣場堆渣量往往達幾百萬方，堆渣高度達幾百米，加之受地形、地質條件限制，在選擇渣場時往往涉及水庫淹沒、不良地質災害等不利條件，這更是給棄渣場的水土保持設計提出了嚴峻的挑戰[2]。以降曲河特大型棄渣場為例，從防洪設計標準、防治措施體系及風險程度等方面對該渣場擬采取的三種堆置方案進行分析比較，明確最終的選擇結果，可為今后同類水電工程特大型棄渣場的規劃布置提供一定的科學依據。

1 棄渣場概況

降曲河棄渣場位于水電站壩址上游600 m處降曲河河道范圍內，屬水庫淹沒區。棄渣場高程2 733～2 855 m，主要堆放大壩工程、導流工程、引水工程、壩區危巖體防護工程及部分道路工程開挖產生的棄渣，總堆渣量1 258萬m3，占地面積46.60 hm2，占地類型以林地、草地、水域為主。由于項目區附近谷坡陡峻，平緩階地匱乏，所以降曲河棄渣場不僅要解決工程棄渣問題，而且要提供大量的施工場地，以保證主體工程的順利施工。

2 棄渣場規模、堆置方案及類型

2.1 棄渣場規模

《水電建設項目水土保持方案技術規范》(DL/T 5419—2009)(以下簡稱《技術規范》)規定：堆渣總量大于300萬m3或堆渣體最大高度大于150 m，渣場規模為特大型棄渣場。降曲河棄渣場總堆渣量達1 258萬m3，為特大型棄渣場。

2.2 棄渣堆置方案及渣場類型

按照棄渣場地形條件、棄渣場與河(溝)相對位置、洪水處理方式等，可將棄渣場分為溝道型、臨河型、庫區型、坡地型和平地型等5種類型。根據洪水處理方式及堆渣方式，又可將溝道型棄渣場分為截洪式、滯洪式、填溝式3種[3]。按照棄渣堆置高度與水庫正常蓄水位、死水位的相對關系，又可將庫區型棄渣場細分為庫面型、庫中型和庫底型三類[1]。

現對降曲河棄渣場棄渣堆置方案逐一進行比對分析，以確定最優方案。

方案一：臨河型/庫面型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河右岸，渣腳處會受降曲河設計洪水影響(P=1%)，此時渣場為臨河型；運行期，棄渣場頂高程為2 910 m，高于本電站正常蓄水位2 889 m，此時渣場為庫面型。

方案二：溝道型/庫中型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內，渣體將河道部分填埋，此時渣場為溝道型截洪式；運行期，棄渣場頂高程為2 875 m，高于水電站死水位、低于正常蓄水位，此時渣場為庫中型。

方案三：溝道型/庫底型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內，渣體將河道部分填埋，此時渣場為溝道型截洪式；運行期，棄渣場頂高程為2 855 m，與電站死水位相同，此時渣場為庫底型。

降曲河棄渣場三種堆置方案詳見表1。

表1 降曲河棄渣場三種堆置方案

3 防洪設計標準及防護措施體系

3.1 防洪設計標準

根據《技術規范》，特大型棄渣場防洪設計標準為P=1%～2%。考慮到該渣場位于大壩上游，若失事則對主體工程施工和運行有重大影響，因此將棄渣場防洪設計標準取為P=1%(100年一遇)。水庫蓄水后，設置在水庫淹沒區范圍內的永久棄渣場，防洪標準不超過P=5%(20年一遇)。

降曲河棄渣場三種堆置方案防洪設計標準詳見表2。

表2 降曲河棄渣場三種堆置方案防洪設計標準

3.2 防護措施體系

3.2.1 臨河型/庫面型

根據《技術規范》，須在棄渣場迎水側坡腳布設攔渣堤，正常蓄水位以下的迎水坡面采取斜坡防護措施，以上坡面及渣頂面采取植物措施進行防護。

根據上述規定及水土保持相關要求，在渣腳處設置重力式漿砌石攔渣堤進行攔擋，堤高3 m、頂寬1.2 m、基座厚1 m。為了防止庫區水位消落對渣體坡面造成沖刷，對坡面實施干砌石護坡，厚度為50 cm，護坡頂高程為水庫正常蓄水位加80 cm的安全超高[4]。為了防止渣場頂部坡面匯水沖刷渣體表面，在渣場頂面以上設置截(排)水措施，截(排)水措施防御暴雨標準采用P=10%(10年一遇)24 h最大降雨量[4]。正常蓄水位以上坡面及渣頂面進行綠化覆土并種植適生灌草進行植被恢復。

3.2.2 溝道型/庫底型

根據《技術規范》，棄渣場上游洪水通過設置的防洪排導工程排至下游，渣腳處通過設置攔渣堤進行擋護。棄渣場設計的防洪排導工程由攔洪壩和泄洪隧洞工程組成。攔洪壩采用復合土工膜心墻堆石壩，壩頂寬10 m、長85 m，壩體迎水面及背水面坡比為1∶2，迎水面采取30 cm厚干砌石進行防護。泄洪隧洞由進口段、洞身段和泄槽段組成，長約2 700 m，按無壓流設計，斷面結構型式為拱門型，進水口及洞身段寬5.5 m、高4.5～8.5 m。在棄渣場渣腳處設置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫面型”相關設計內容。

3.2.3 溝道型/庫中型

棄渣場上游防洪排導工程組成及設計同“3.2.2溝道型/庫底型”相關設計內容，但防洪設計標準由P=5%(20年一遇)提高到P=1%(100年一遇)，泄洪隧洞進水口及洞身段寬度及高度均加大，斷面寬7.5 m、高8.5～10.5 m。在棄渣場渣腳處設置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫面型”相關設計內容。另外，為了防止庫區水位消落對渣體坡面和頂面造成沖刷，實施干砌石護坡，厚度為50 cm。

降曲河棄渣場三種堆置方案防治措施體系詳見表3。

表3 降曲河棄渣場三種堆置方案防治措施體系

4 風險程度分析

降曲河棄渣場若為溝道型/庫底型棄渣場，為了排導渣場上游河水將實施防洪排導工程，另外還要在坡腳處設置攔渣工程進行擋護。渣體全部位于死水位以下，對主體工程施工和運行基本無影響。

降曲河棄渣場若為溝道型/庫中型棄渣場，同樣需要建設防洪排導工程，相比溝道型/庫底型棄渣場，由于防洪排導工程設計標準提高，土石方開挖及防洪排導工程防護措施量將增加。同時，為了防止庫區水位消落對渣體坡面和頂面造成沖刷，需要實施斜坡防護工程進行防護。

降曲河棄渣場若為臨河型/庫面型棄渣場，須實施攔渣工程、斜坡防護工程、截(排)水工程和植被建設工程，投資有所增加。運行期，棄渣場頂高程高于正常蓄水位，堆渣高度大于150 m，因為渣場下游為樞紐工程區，所以對主體工程施工和運行會有重大影響。

綜上所述，從風險角度分析，溝道型/庫底型棄渣場為最優推薦方案。

5 結 語

水電工程棄渣場是水土流失防治的重點和難點，棄渣堆置方案的不同將對防洪設計標準和水土流失防護措施體系布設有著重要的影響[2]。以降曲河棄渣場為例，從防洪設計標準、防治措施體系布設及風險程度等方面對三種不同堆置方案進行了分析對比，得出以下結論：降曲河棄渣場最合適渣場類型為溝道型/庫底型，這種類型的渣場不僅符合《技術規范》的要求，而且其防洪設計標準最低，防治措施體系較簡單，水土保持工程措施設計難度和投資均可有效降低。另外，形成的渣場頂面有利于整個工程的施工場地布置，也符合水土保持及工程建設相關要求；施工期間可通過設置簡單的防洪排導工程和攔渣工程來有效防治水土流失，運行期渣體全部位于死水位以下，水土流失較少，且對主體工程施工和運行基本無影響。

[1] 高寶林，周全，高武林.水電工程棄渣場水土保持措施設計探討[J].中國水土保持，2011(3)：36-38.

[2] 吳偉，杜運領.水電工程復合型棄渣場水土保持設計探討[J].中國水土保持，2014(1)：40-42.

[3] 中華人民共和國水利部.水利水電工程水土保持技術規范：SL 575—2012 [S].北京：水利部，2012:1-10.

[4] 操昌碧.水庫型棄渣場水土保持工程措施的設計[J].水電站設計，2009(3)：46-51.

(責任編輯 孫占鋒)

S157.2

C

1000-0941(2017)01-0028-03

史小棟(1982—)，男，內蒙古烏蘭察布市人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持研究工作。

2016-03-10