新疆KSTY水電站工程棄渣場水土保持措施淺析

孫若城

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 前言

近年來，隨著西部大開發(fā)對新疆的建設(shè)加快，大批水利水電工程開工建設(shè)，為新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到促進(jìn)作用。但工程建設(shè)的同時也加劇了當(dāng)?shù)氐乃亮魇А９こ淌┕て陂g土石方挖填量較大，疆內(nèi)大中型水利水電工程產(chǎn)生的棄渣量多在50萬～200萬m3間，需設(shè)置數(shù)個專用的棄渣場堆置，單個棄渣場堆渣量多在數(shù)十萬方，受限于水利水電工程項(xiàng)目區(qū)的地形條件，棄渣場多設(shè)置于河灘、河岸階地以及支溝的溝道岸邊，施工期間棄渣易受大風(fēng)降雨等自然因素的影響產(chǎn)生水土流失。施工結(jié)束后，工程道路沿線可視范圍內(nèi)的永久棄渣場若不做好植被恢復(fù)措施，對工程區(qū)周邊景觀會產(chǎn)生較大影響，在自然恢復(fù)期內(nèi)也會產(chǎn)生一定的水土流失。本文以新疆KSTY水電站工程工程為例，在充分了解工程區(qū)自然環(huán)境及主體工程設(shè)計的前提下,因地制宜的對棄渣場提出水土保持措施，為水利水電工程棄渣場的水土流失防治提供參考。

1 工程概況

KSTY水電站工程采用堤壩式開發(fā)，由攔河壩、表孔溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞、壩后式地面廠房等建筑物組成。電站屬Ⅱ等大（2）型工程，工程總占地面積551.22 hm2，其中永久占地498.87 hm2，臨時占地52.35 hm2。工程土石方開挖總量為146.54萬m3，總填筑489.64萬m3，利用料56.17萬m3，借方總量為421.91萬m3，總棄渣量78.81萬m3。

工程設(shè)置了4處永久棄渣場，總堆渣量78.81萬m3，最大堆高不超過8 m。其中1#和3#棄渣場位于水庫庫區(qū)內(nèi)，2#和4#棄渣場位于庫區(qū)外階地。1#棄渣場位于壩址上游庫區(qū)內(nèi)的左岸Ⅱ級階地，處于河谷區(qū)，坡度約為3～4%，現(xiàn)狀為天然草地；2#棄渣場位于樞紐下游左岸Ⅱ級階地上，地勢平坦開闊，坡度約為4～6%，現(xiàn)狀為天然草地；3#棄渣場位于壩址上游庫區(qū)內(nèi)的右岸Ⅱ級階地上，地勢較為平坦，坡度在2～3%左右，現(xiàn)狀為天然草地；4#棄渣位于壩址下游右岸Ⅱ級階地，地勢平坦開闊，坡度約為2～3%，現(xiàn)狀為天然草地。

2 棄渣場存在的水土流失問題及防治重點(diǎn)

2.1 水土流失現(xiàn)狀

①水力侵蝕：項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量375.26 mm，最大日降水量為50.3 mm，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，各棄渣場均位于河道兩岸階地，地面坡度在2°～6°之間，地形較為平坦，占地類型均為草地，植被蓋度在30%～50%，無明顯的匯水沖刷痕跡，沒有沖洪溝分布，地表僅在暴雨天氣下存在一定程度的濺蝕和面蝕，水力侵蝕程度較輕。總體來看未擾動情況下棄渣場內(nèi)水力侵蝕方式主要為面蝕，侵蝕強(qiáng)度為輕度。

②風(fēng)力侵蝕：項(xiàng)目區(qū)多年平均風(fēng)速1.7 m/s，最大風(fēng)速20.0 m/s，年均大風(fēng)日數(shù)（≧7 m/s）10.2 d，具備風(fēng)蝕發(fā)生的風(fēng)力條件。但在現(xiàn)狀棄渣場占地范圍植被蓋度在30%～50%，基本無明顯的裸露地表，發(fā)生風(fēng)蝕的能力較弱，基本不具備發(fā)生風(fēng)力侵蝕的下墊面條件。綜合看來，未擾動情況下棄渣場風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度為微度。

2.2 棄渣場對區(qū)域水土流失的影響因素分析

棄渣場在施工期間將被開挖出的土石方占壓，堆置的土石方較為松散，棄渣中的細(xì)顆粒易受大風(fēng)和暴雨侵蝕產(chǎn)生流失，總體的土壤侵蝕強(qiáng)度為中度，局部區(qū)域甚至可達(dá)到強(qiáng)度。施工完畢后，原本天然草地被裸露的渣體占壓，失去了蓄水保土的能力，原有的水土保持設(shè)施被破壞，在自然恢復(fù)期內(nèi)將產(chǎn)生面蝕為主的水力侵蝕。棄渣的堆放再塑了原地貌，形成較陡的邊坡，改變了原地表坡面的產(chǎn)匯流條件，若不妥善解決排水問題，不僅會造成棄渣本身的流失，而且可能使渣堆附近區(qū)域的水土流失由原來的面蝕逐漸演變?yōu)闇衔g，加劇當(dāng)?shù)鼐植繀^(qū)域的水土流失[1]，甚至可能淤塞河道或溝道，影響行洪，對下游水利工程及設(shè)施、人員產(chǎn)生危害。

2.3 水土流失防治的重點(diǎn)

根據(jù)以上分析，為防止棄渣滑塌流失，需布設(shè)經(jīng)濟(jì)、合理有效的攔渣措施，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r，從棄渣的機(jī)械組成、渣場位置、上游來水等情況實(shí)施合理的攔擋措施，確保堆渣體穩(wěn)定，使堆渣體在設(shè)計洪水位以下部分滿足抗沖要求，坡腳不被洪水淘刷，在設(shè)計洪水位以上部分不發(fā)生水土流失。通過措施比較，結(jié)合堆渣體的位置、高度等實(shí)際情況，擇優(yōu)選取技術(shù)上可行、有效、投資省、方便施工的防護(hù)方案[2]。還應(yīng)做好植被恢復(fù)措施，應(yīng)當(dāng)以工程措施和生物措施相結(jié)合，盡可能的減少工程措施，盡可能的放緩邊坡，降低攔擋設(shè)施的高度，增加植物措施的比重。

3 棄渣場水土流失防治思路

根據(jù)對棄渣場水土流失因素的分析以及水土流失防治的重點(diǎn)，結(jié)合工程建設(shè)特點(diǎn)、所處區(qū)域的環(huán)境情況，提出工程棄渣場水土保持措施。

3.1 階地棄渣場

①攔擋措施：位于淹沒區(qū)外的2#、4#永久棄渣場布置于庫區(qū)以外的河道兩岸階地，地面坡度在2°～6°，棄渣場類型為平地型渣場，在堆渣前應(yīng)在臨河側(cè)的坡角處布設(shè)攔擋措施，由于堆渣區(qū)域地形平坦，施工期間和水庫蓄水后均不受洪水影響，攔擋措施可采用漿砌石擋渣墻。棄渣場最大堆高不超過8 m，從節(jié)省投資方面考慮，擋渣墻高度控制在2 m以下，可直接按照技術(shù)規(guī)范確定斷面尺寸。

②坡面防護(hù)及植被恢復(fù)措施：施工期間和水庫蓄水后均不受洪水影響，為使棄渣場與周邊景觀相協(xié)調(diào)，恢復(fù)原有的土地利用類型，棄渣場外邊坡應(yīng)不陡于1∶1.5，并對棄渣坡面和頂部覆土并采取植被恢復(fù)措施，同時可對降水起到攔蓄作用。在臨近渣頂?shù)耐饩壊荚O(shè)排水溝，與坡面排水溝相接，短時暴雨不能及時下滲情況下產(chǎn)生的匯流可通過排水溝排入棄渣場下游，避免對邊坡產(chǎn)生沖蝕。

3.2 庫區(qū)棄渣場

①攔擋措施：1#、3#永久棄渣場位于水庫淹沒區(qū)內(nèi)，經(jīng)復(fù)核水庫蓄水后渣頂位于水庫死水位以下，不會占用水庫有效庫容不受水庫水體涌浪侵蝕。為避免運(yùn)行期棄渣滑塌對水庫庫容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響，應(yīng)在堆渣前布設(shè)攔擋措施，對施工期的堆渣也能起到攔擋作用，并防止水庫蓄水棄渣滑塌增加泥沙含量，施工期間棄渣不受洪水影響，攔擋措施可采用漿砌石擋渣墻，施工期間應(yīng)做好棄渣場的排水設(shè)施，在渣頂和坡面布設(shè)臨時排水溝，避免暴雨徑流沖刷坡面。施工期間為降低擋渣墻內(nèi)側(cè)水位，應(yīng)在墻后設(shè)置排水孔。

②坡面防護(hù)及植被恢復(fù)措施：為避免運(yùn)行期棄渣滑塌對水庫庫容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響，棄渣應(yīng)按照1∶1.75的緩坡堆放，水庫蓄水后棄渣場將被淹沒，因此不需要采取植被恢復(fù)措施。

4 棄渣場水土保持措施

（1）位于階地的2#、4#棄渣場，見圖1。

①工程措施

a.漿砌石趾墻：對于水庫淹沒區(qū)外的2#、4#棄渣場的堆渣坡角處底部先采用漿砌石趾墻攔擋，再進(jìn)行棄渣的堆放。漿砌石趾墻底寬1 m，高1.2 m，頂寬0.84 m，埋深0.8 m，材料選用C15漿砌塊石。堆渣應(yīng)嚴(yán)格在趾墻攔擋的范圍內(nèi)按照1∶1.5的穩(wěn)定邊坡堆放，避免滑入周邊地區(qū)產(chǎn)生水土流失。為防止地基不均勻沉陷和溫度變化引起墻體裂縫，趾墻每隔10 m設(shè)置一道寬2 cm的伸縮沉陷縫，在墻體上每隔2 m設(shè)直徑5 cm排水管。

b.排水溝：為防止降雨及匯流對渣堆的沖刷，保證堆渣的穩(wěn)定性，堆渣結(jié)束后在渣頂周邊布設(shè)排水溝，將渣頂旁的山體匯水和渣頂匯水集中由堆渣坡面導(dǎo)出。排水溝底寬0.3 m，深度0.3 m，邊坡1∶1。排水溝采用預(yù)制板襯砌，襯砌厚度5 cm。

c.覆土：為使棄渣場與周邊景觀相協(xié)調(diào)，堆渣結(jié)束后應(yīng)對淹沒區(qū)外的2#、4#棄渣場進(jìn)行綠化，為保證植物措施的效果，需要對綠化區(qū)域的堆渣坡面及渣頂進(jìn)行覆土，覆土厚度約30 cm。覆土可拉運(yùn)庫區(qū)清庫時清理出的腐殖土。

②植物措施

為使棄渣場與周邊景觀相協(xié)調(diào)，堆渣結(jié)束后應(yīng)對淹沒區(qū)外的2#、4#棄渣場進(jìn)行綠化，在渣頂和坡面覆土的同時人工撒播當(dāng)?shù)剡m生的免灌草種早熟禾、狗牙根的混合草籽，按80 kg/hm2進(jìn)行撒播。

（2）水庫淹沒區(qū)內(nèi)的1#、3#棄渣場，見圖2。

①工程措施

a.漿砌石擋渣墻：1#棄渣場和3#棄渣場位于壩址上游階地，水庫蓄水后將被淹沒，渣頂位于水庫死水位以下。為防止運(yùn)行期棄渣滑塌對水庫庫容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響，同時對施工期的堆渣起到攔擋作用，在棄渣堆置前在各棄渣場地勢較低的邊界一側(cè)建漿砌石擋渣墻，再進(jìn)行棄渣的堆置，棄渣應(yīng)按照1∶1.75的緩坡堆放。

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》中對攔渣工程的設(shè)計要求和穩(wěn)定性進(jìn)行分析計算，確定本工程擋渣墻采用直立式擋渣墻，墻面高2 m，墻頂寬0.5 m，墻背邊坡1∶0.5，基礎(chǔ)深0.6 m，墻踵寬度0.5 m。為防止地基不均勻沉陷和溫度變化引起墻體裂縫，趾墻每隔10 m設(shè)置一道寬2 cm的伸縮沉陷縫，在墻體上每隔2 m設(shè)直徑5 cm排水管。

②臨時措施

a．臨時排水溝：對于淹沒區(qū)以內(nèi)的1#、3#棄渣場，為防止降雨及匯流對渣堆的沖刷，保證堆渣的穩(wěn)定性，施工期間在棄渣放穩(wěn)定、短時間內(nèi)不再擾動的情況下，在渣頂周邊布設(shè)臨時排水溝，將渣頂匯水集中由堆渣坡面導(dǎo)出。排水溝底寬0.3 m，深度0.3 m，邊坡1∶1，采用人工開挖，鋪復(fù)合土工膜防滲，水庫蓄水前清庫時應(yīng)將土工膜拆除。

圖2 1#、3#棄渣場水土保持措施剖面圖

5 結(jié)論

本文通過對新疆KSTY水電站工程棄渣場水土流失現(xiàn)狀及影響的分析，確定了棄渣場水土流失治理的重點(diǎn)內(nèi)容，提出了棄渣場水土流失防治思路，即遵循棄渣“先攔后棄”的原則，在堆渣前根據(jù)堆渣高度及周邊環(huán)境情況，適當(dāng)降低擋渣工程高度，在滿足攔擋要求的前提下降低造價。棄渣坡面防護(hù)措施可與植被恢復(fù)措施相結(jié)合，放緩棄渣邊坡，以達(dá)到恢復(fù)自然景觀的效果，同時做好坡面排水和渣體內(nèi)排水措施。在實(shí)際實(shí)施過程中，棄渣場水土保持措施基本按照此思路進(jìn)行了深入設(shè)計，目前工程水土保持驗(yàn)收工作已完成，根據(jù)水土保持措施實(shí)施情況來看，采取水土保持措施后的棄渣場攔擋措施效果良好，植被恢復(fù)情況較好，與周邊環(huán)境較協(xié)調(diào)，起到水土流失治理與生態(tài)環(huán)境建設(shè)共同實(shí)現(xiàn)的效果。