火力發(fā)電廠灰渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)措施探討

陳 萍

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 401120)

我國(guó)的火力發(fā)電廠每年產(chǎn)生的粉煤灰約有5.8億t[1]，廢棄1.8億t，廢棄率為31%。灰渣在長(zhǎng)期堆放的過程中會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象，尤其是在南方地區(qū)，灰渣經(jīng)淋溶、雨水沖刷后其中的重金屬擴(kuò)散到周圍環(huán)境中，嚴(yán)重影響著區(qū)域的生態(tài)安全[2]。目前，火電廠排放的灰渣以灰渣場(chǎng)貯存為主[3]，而灰渣場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)是當(dāng)前生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，也是一種較為理想的治理灰渣場(chǎng)的途徑[4]。

目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)灰渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)研究的工作已積累了一定的成果，王友保等[5]提出人工栽培一些耐貧瘠、抗性強(qiáng)的物種，既可積累有機(jī)物，改良灰渣土及其環(huán)境條件而加速渣場(chǎng)植被的恢復(fù)，又會(huì)進(jìn)一步改良渣場(chǎng)，產(chǎn)生良性循環(huán)。有電廠灰渣場(chǎng)選擇沙棗、刺槐、紅柳三個(gè)樹種，將灰、渣和沙土摻和種植，也取得良好的效果[2]。鐘飛等[6]認(rèn)為灰渣場(chǎng)純灰種植不適用于水源缺乏、降雨量少蒸發(fā)量大的干旱地區(qū)，只適用于水資源較豐富或降雨量較多、適合植物生長(zhǎng)的地區(qū)。王研明[7]針對(duì)灰渣場(chǎng)情況提出水平防滲措施和垂直防滲措施以防止灰渣場(chǎng)由于灰水滲漏導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。童玉龍[3]在其研究中提出檉柳和蘆草適宜在灰渣場(chǎng)種植且生長(zhǎng)良好，特別是長(zhǎng)穗檉柳成活率高達(dá)92.5%。李榮等[8]提出對(duì)灰渣堆體采取鋪設(shè)草皮等臨時(shí)防護(hù)措施，以防止灰渣流失對(duì)周圍環(huán)境造成危害。徐良驥等[9]在對(duì)淮南上窯灰渣場(chǎng)的研究中提出對(duì)灰渣場(chǎng)進(jìn)行覆土復(fù)墾后用作農(nóng)業(yè)用地，輪作種植小麥和黃豆進(jìn)行植被重建。但是，如何有效治理重慶火電廠灰渣場(chǎng)等類似區(qū)域的環(huán)境問題，還沒有相關(guān)研究可以參考。本研究以重慶南桐低熱值煤發(fā)電廠猶家溝灰渣場(chǎng)為例，提出適合的生態(tài)恢復(fù)模式，以期能夠?yàn)橹貞c市火力發(fā)電廠灰渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)提供參考及相關(guān)的理論支撐。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然概況

重慶南桐低熱值煤發(fā)電廠猶家溝灰渣場(chǎng)位于重慶市綦江區(qū)萬盛經(jīng)開區(qū)關(guān)壩鎮(zhèn)雙壩村與綦江縣扶歡鎮(zhèn)東升村交界處，處于北緯28°46′～29°06′、東經(jīng)106°45′～107°03′之間，屬四川沉降帶東緣，即川東褶皺帶與川鄂湘隆起褶皺帶西緣交界部。猶家溝灰渣場(chǎng)位于三角鎮(zhèn)向斜東翼，為單斜地層，傾角為35°～50°?；以鼒?chǎng)區(qū)屬侵蝕、剝蝕低山溝谷地貌，區(qū)域年平均氣溫18.2 ℃。年平均降水量1 279.2 mm，降雨集中在5—10月，期間降水量占年降水量的76%；年平均蒸發(fā)量1 183.2 mm。多年平均風(fēng)速0.9 m/s，多年最大風(fēng)速17.0 m/s?；以鼒?chǎng)地層主要為侏羅系中下統(tǒng)自流井組(J2x)和三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)，斜坡及地形低洼地帶覆蓋有第四系全新統(tǒng)黏土層。土壤主要為水稻土、紫色土、黃壤?；以鼒?chǎng)地下水類型以第四系孔隙潛水和基巖裂隙水為主，以大氣降水補(bǔ)給為主，以蒸發(fā)和徑流形式排泄。地下水隨季節(jié)變化幅度一般小于2 m?？紫稘撍植加趫?chǎng)地溝谷地帶第四系地層中；基巖裂隙水一般為大氣降水補(bǔ)給，經(jīng)地面滲入，儲(chǔ)存于巖體裂隙和結(jié)構(gòu)面中，透水性不均勻，一般埋藏較深。地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

1.2 灰渣場(chǎng)概況

重慶南桐低熱值煤發(fā)電廠猶家溝灰渣場(chǎng)內(nèi)兩邊山坡較陡，溝底有部分梯田，兩側(cè)山坡植被較好，有柏樹、竹林、雜草等。流域最低處高程約為520 m，最高處約為970 m?；以鼒?chǎng)經(jīng)調(diào)洪及灰場(chǎng)庫(kù)容計(jì)算，灰渣場(chǎng)堆灰至610 m高程時(shí)庫(kù)容約為408萬m3，面積約21.70 hm2。猶家溝灰渣場(chǎng)由一條近于南北走向的主溝及數(shù)條小型支溝組成，主溝長(zhǎng)約2.5 km，深50～200 m。溝谷兩側(cè)東側(cè)斜坡坡度30°～50°，西側(cè)邊坡坡度10°～30°，自然邊坡穩(wěn)定，成庫(kù)條件良好。

2 灰渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)措施設(shè)計(jì)

2.1 工程措施

2.1.1 灰渣場(chǎng)布灰

灰渣場(chǎng)運(yùn)行前將場(chǎng)內(nèi)樹根等雜物清理干凈。由電廠運(yùn)來的調(diào)濕灰，運(yùn)至堆石棱體前，在堆灰點(diǎn)傾倒后，用推土機(jī)推平鋪攤、振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。灰渣場(chǎng)堆灰從堆石棱體向庫(kù)尾逐步推進(jìn)，運(yùn)行坡度1∶20，直至灰渣場(chǎng)堆灰達(dá)限制貯灰高程，在壓實(shí)灰渣面上，用調(diào)濕灰渣分層碾壓填筑形成灰渣子壩貯灰過程中，以排水豎井為中心形成一個(gè)高程較低的平臺(tái)，在洪水期時(shí)能調(diào)蓄洪水并保證灰水沉淀，排走頂部的澄清水。碾壓灰體區(qū)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行碾壓，灰渣場(chǎng)灰體永久邊坡坡度根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)定為1∶4，以干砌塊石護(hù)坡。

2.1.2 排水措施

(1)灰渣場(chǎng)防排洪。猶家溝灰渣場(chǎng)左岸山坡貯灰高程接近分水嶺，灰渣場(chǎng)洪水主要來自庫(kù)尾和右岸，故在灰渣場(chǎng)庫(kù)尾及右側(cè)山坡設(shè)置截洪溝。截洪溝采用漿砌石砌筑，在陡坡地段，跌水、消力池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。用截洪溝將灰渣場(chǎng)外的洪水排至堆石棱體下游的消力池內(nèi)，截洪溝采取分?jǐn)嗝嬖O(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為P=10%，分三個(gè)斷面分別計(jì)算洪峰流量，三個(gè)斷面上游匯水面積分別為0.611 、0.211 、0.266 km2，三段截洪溝最大洪峰流量分別為13.9、18.9、26.9 m3/s，截洪溝采用直角梯形斷面，單側(cè)排水，縱坡3/100，設(shè)計(jì)流量分別為14.58、21.58、28.80 m3/s，滿足過流要求，截洪溝采用M7.5漿砌塊石砌筑。在截洪溝每20 m、轉(zhuǎn)彎處及地基巖土變化處設(shè)伸縮縫，縫寬30 mm，縫內(nèi)灌注瀝青砂漿。坡面來水通過截洪溝匯入溝口設(shè)置的消力池后與天然溝道相接。截洪溝斷面見圖1(斷面一至三設(shè)計(jì)流量分別為14.58、21.58、28.80 m3/s)。

(2)場(chǎng)內(nèi)排水。庫(kù)內(nèi)排水設(shè)施采用管井排水形式?；以鼒?chǎng)內(nèi)設(shè)直徑為6.0 m的窗口式排水豎井1座和內(nèi)徑為2.5 m的排水涵管。排水豎井中的雨水通過排水涵管導(dǎo)入初期堆石棱體下游的消力池中；場(chǎng)內(nèi)堆石棱體前排水豎井不能排走的臨時(shí)積水，通過排水盲溝引至堆石棱體下游消力池，排水盲溝設(shè)有400 g/m2土工布過濾層，透過盲溝排出的水為澄清水，進(jìn)入滲水回收泵房，作灰渣場(chǎng)噴灑用水。在灰渣場(chǎng)庫(kù)尾和右側(cè)邊坡設(shè)置的截洪溝，可有效攔截坡面洪水進(jìn)入灰渣場(chǎng)；在灰渣場(chǎng)內(nèi)設(shè)置的排水豎井和排水涵管，將灰渣場(chǎng)內(nèi)部的雨水集中排放到初期堆石棱體下游的消力池中，場(chǎng)內(nèi)還設(shè)置有排水盲溝用于排泄排水豎井不能排走的臨時(shí)積水。

圖1 猶家溝灰渣場(chǎng)截洪溝典型斷面(單位：mm)

2.1.3 防滲措施

為防止灰渣場(chǎng)運(yùn)行初期灰水滲入地下造成地下水污染，庫(kù)底采用的防滲措施如下：表層為土層的直接設(shè)土工防滲膜；在基巖露頭且裂隙發(fā)育、巖性完整性較差的地方采用水泥砂漿或混凝土封閉處理，然后再鋪土工膜防滲，防滲膜采用隨堆隨鋪原則。

2.1.4 堆灰體防護(hù)措施

堆灰體形成的永久邊坡一般采用干砌塊石防護(hù)，考慮到灰體的堆灰邊坡比較緩(邊坡為1∶4)，且干砌石護(hù)坡略顯生硬，從美化環(huán)境的角度出發(fā)，對(duì)灰體形成的永久邊坡采用漿砌塊石框格種草護(hù)坡?？蚋癯叽鐬?.0 m×2.0 m，框條尺寸為0.3 m×0.3 m，采用M7.5漿砌塊石砌筑，框格內(nèi)覆土綠化。

2.1.5 抑塵措施

灰渣場(chǎng)在運(yùn)行過程中，表層粉煤灰被自然風(fēng)吹動(dòng)會(huì)造成飛灰污染。為了防止飛灰污染環(huán)境，要保持灰面的濕潤(rùn)，并及時(shí)綠化；定期噴灑灰面，調(diào)整灰渣含水量；灰渣的運(yùn)輸車輛采用密閉式，防止運(yùn)輸過程中灰渣飛揚(yáng)污染環(huán)境。

2.2 植物措施

2.2.1 堆灰體周邊綠化

為防治水土流失和改善灰渣場(chǎng)周邊環(huán)境，在灰渣場(chǎng)周邊征地范圍內(nèi)布置防護(hù)林。防護(hù)林采用喬、灌、草相結(jié)合的方式，形成高、中、低3個(gè)層次錯(cuò)落有致的植被形式。喬灌木均采用坑植，喬木選用刺槐、小葉榕等，株行距為3 m×4 m；灌木選用馬桑、黃荊、紫薇等，株行距為1.5 m×2 m。草籽采用撒播，草種選用狗牙根、結(jié)縷草、紫花苜蓿等。

2.2.2 堆灰平臺(tái)及邊坡綠化

灰渣場(chǎng)堆灰平臺(tái)覆土后，在堆灰平臺(tái)上采用喬、灌、草混種的方式進(jìn)行綠化。喬灌木均采用坑植，喬木按0.6 m×0.4 m(徑×深)進(jìn)行整地，樹種選用小葉榕、刺槐、泡桐等，株行距為3 m×4 m；灌木按0.4 m×0.3 m(徑×深)進(jìn)行整地，樹種選用馬桑、芭茅等，株行距為1.5 m×2 m。草籽采用撒播，草種選用狗牙根、龍須草、顯子草、結(jié)縷草、葦狀羊茅等。堆灰邊坡撒播草籽進(jìn)行綠化，草種選用狗牙根、結(jié)縷草、紫花苜蓿等。

2.2.3 灰渣場(chǎng)管理站綠化

在灰渣場(chǎng)西側(cè)管理站周邊裸地植樹綠化，考慮到臨近公路，喬木選用香樟、柏樹等，株行距為3 m×4 m；灌木選用紫薇、迎春花等，株行距為1.5 m×2 m；草籽采用撒播，草種選用狗牙根、結(jié)縷草、紫花苜蓿等。

通過對(duì)研究區(qū)植物種類的典型抽樣調(diào)查，對(duì)植物種類組成及重要值進(jìn)行了初步研究。重要值是在計(jì)算、評(píng)估物種多樣性時(shí)的重要指標(biāo)，以綜合數(shù)值表示植物種在群落中的相對(duì)重要性[10]。猶家溝灰渣場(chǎng)植物種類、習(xí)性及重要值見表1。

表1 猶家溝灰渣場(chǎng)植物種類、習(xí)性及重要值

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)重慶南桐低熱值煤發(fā)電廠猶家溝灰渣場(chǎng)采取一系列措施進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，效果明顯。排水、防滲等工程措施有效地控制了水土流失，保護(hù)地下水不受污染，增強(qiáng)了區(qū)域防御自然災(zāi)害的能力。植物措施可有效減少粉煤灰的二次污染，使風(fēng)起灰場(chǎng)狀況得到有效控制，同時(shí)可以吸收空氣中的有害物質(zhì)，使生態(tài)環(huán)境得到更好的恢復(fù)。通過對(duì)植物種類的典型抽樣調(diào)查得知，該區(qū)域喬木主要為刺槐和小葉榕，草種以狗牙根為主。對(duì)灰渣場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)不僅僅局限于灰渣場(chǎng)內(nèi)部，對(duì)灰渣場(chǎng)周邊采取相應(yīng)的措施也十分重要。