大型跨流域輸水工程水土保持特點及生態景觀設計

劉素君，鄭基權，尚生勇

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

1 工程概況

大型跨流域輸水工程是指在水資源豐沛流域新建取水工程，采用自流或加壓方式，將部分水資源通過新建輸水隧洞及輸水管線調往缺水地區的大型水利水電工程。

我省重點輸水工程輸水線路全長約600km，其中隧洞長290km，管線長310km。供水范圍涉及2省5個地級市、14個縣城和3個工業園區，設計供水量20.84億m3，主要建筑物由輸水隧洞、輸水管線、配水站、消能電站、交叉連接建筑物、隧洞出口等組成，建設永久巡線路298km。

主體工程于2012年6月開工，2018年12月主體工程建設任務全部完成，全線已具備通水條件。截止目前，水土保持工程大部分已實施，剩余工程計劃于2019年底全部完成。

工程建設情況如圖1所示。

2 工程特點分析

2.1 輸水距離長，供水人口多，占地面積大

遼寧省重點輸水工程輸水線路全長598.57km，規劃水平年總供水人口可達896.3萬人，管道段建設永久巡線檢修路298.18km。

工程占地總面積4884.46hm2，其中永久占地758.82hm2，臨時占地4125.64hm2。其中吉林省98.02hm2，遼寧省4796.44hm2。

2.2 涉及不同水土保持區劃，穿越重點防治區較多

項目區水土保持區劃分屬于東北黑土區和北方土石山區。

項目區穿過長白山國家級水土流失重點預防區、東北漫川漫崗國家級水土流失重點治理區、西遼河大凌河中上游國家級水土流失重點治理區和遼西低山丘陵省級水土流失重點治理區。

2.3 輸水隧洞長，輸水規模大，施工支洞多，土石方量大

工程共建設輸水隧洞長290.47km，成洞洞徑8.5～5.8m，沿線布設施工支洞52條。

工程土石方開挖量7866.21萬m3，回填及工程利用量5407.37萬m3，外購土方17.72萬m3，綜合利用量1124.90萬m3，棄渣量1351.66萬m3(自然方)。

2.4 棄渣場多，廣布于工程沿線

工程棄渣主要為隧洞和施工支洞開挖石渣，共選定67處棄渣場，廣泛分布于沿線12個縣區。按棄渣場級別設3級渣場3處，4級渣場29處，5級渣場35處。按棄渣場類型設坡地型渣場19處、溝道型渣場27處、平地型渣場21處。

2.5 項目區水文氣象，植物區系差別較大

項目區位于吉林東南部山區、遼寧東部山地丘陵區、遼寧西北部低山丘陵區。項目區沿線14個縣市多年平均氣溫變化為4.8～8.6℃，≥10℃有效積溫2750～3640℃；多年平均降水量變化為850～480mm，多集中于7—9月；多年平均蒸發量1041～2124mm；多年平均風速1.5 ～4.2m/s；多年平均日照時間2260 ～2846h；最大凍土深度114～200cm。

圖1 工程建設情況圖

項目區植物區系涉及長白植物區系、華北植物區系和蒙古植物區系，植被類型為針闊混交林及其次生林區、油松櫟林及其次生灌叢區、農業植被及草甸區、山杏矮林油松櫟林及其草原化灌叢區等，林草覆蓋率為10.1%～81.4%。

3 水土保持設計重點難點分析

3.1 棄渣場防護設計

本工程棄渣量大于50萬m3或棄渣高度大于20m的4級及以上棄渣場多達32處，由于輸水隧洞大部分位于吉林東南部和遼寧東部山地區，土地資源利用率很高，外加輸水隧洞洞徑規模較大，為節省土地，棄渣除工程及綜合利用外，均需選擇棄渣場集中堆置且堆高較大。由于吉林東南部和遼寧東部山區屬水資源相對豐富地區，因此棄渣場整體穩定分析、確保擋渣工程安全穩定、棄渣場外部和渣場截洪排水工程設計等為工程棄渣場水土保持設計的重點和難點。另外，由于棄渣場堆渣大部分為TBM洞挖石渣，外加山地區土層薄且貧瘠，后期植被恢復難度較大，因此棄渣堆置前的表土剝離和防護至關重要，為保證植物成活率，種植穴內客壤質土種植也十分關鍵。

3.2 水土流失防治目標確定

項目區屬于大型線性工程，水土保持區劃分屬于東北黑土區和北方土石山區，因此應分區確定水土流失流失防治指標。另外根據GB50433—2018《生產建設項目水土保持技術標準》規定，項目涉及多個水土保持區劃時，水土流失防治指標還應計算設計水平年的綜合指標值。因此根據工程不同區段的水土流失特點計算水土流失防治分區指標和綜合指標值也是水土保持設計難點。

3.3 輸水管線區水土流失防治

重點輸水工程水土流失防治責任范圍為4884.46hm2，其中輸水管線區3800.29hm2，占比達78%，因此輸水管線區開挖土方的臨時防護、表土剝離及防護、后期植被恢復均為本項目水土保持設計重點。

3.4 適宜植物措施優選

項目區涉及吉林東南部山區、遼寧東部山地丘陵區、遼寧西北部低山丘陵區，項目區植物區系區域長白植物區系、華北植物區系和蒙古植物區系的交匯地帶，各區水文氣象條件、土壤質地、植被類型等各不相同，科學合理選擇適生植被、因地制宜設計植物防護措施也成為本工程水土保持設計難點。

3.5 管理區生態景觀設計

本工程沿輸水管線設5座配水站和3座消能電站，場站區為工程管理維修永久辦公區域，場內生態景觀需求較高，因此采用景觀園林標準，配置高低錯落的景觀植物和花卉，營造景色宜人的辦公環境也是本工程水土保持設計重點。

4 重點區域生態與景觀設計及效果

以重點治理區棄渣場區和永久管理區為例，分析說明相關水土保持措施設計要點。

4.1 棄渣場防治區

棄渣場分布于洞線各支洞口附近，是工程重點水土流失防治區域之一。根據各渣場地形和堆放形式不同分為溝道型、坡地型和平地型。不同類型棄渣場分別采取不同的水土保持防護措施。

溝道型渣場：在棄渣堆置前，進行表土剝離，棄渣分層碾壓堆放，以保持渣體穩定，在溝口設漿砌石或混凝土擋土墻。棄渣場排水系統布設主要根據其地形地貌條件，或是預留原有河道作為永久排水，或是預埋涵管底部排水。渣場頂部則根據情況在與山體銜接處設置漿砌石或混凝土截洪溝，排水設計采用20～50年一遇標準，渣場坡面排水設計采用5年一遇10min短歷時設計暴雨標準。

坡地型渣場：在棄渣堆置前，進行表土剝離，棄渣沿坡分層堆放，在坡底沿溝道設漿砌石或混凝土擋土墻。渣場外部設置漿砌石或混凝土截洪溝排至坡下游自然溝道，排水設計采用20～50年一遇標準，渣場頂部及坡面排水設計采用5年一遇10min短歷時設計暴雨標準。

平地型渣場：主要采取護腳、護坡工程。在棄渣堆放前，首先用推土機清理表層土，采用填土草袋做臨時防護，棄渣堆放完畢后，再將表土回填。經整理后進行綠化。

水土保持堅持適地適樹、注重生態景觀協調性的原則，根據不同類型棄渣場的防護和景觀需求，結合周邊環境特點和適生植被，考慮棄渣場植物生長條件、土層厚度等條件，采用喬灌結合的生物群落結構模式，遼東山區喬木選擇刺槐，灌木選擇紫穗槐，遼西地區灌木選擇荊條。待堆渣表土回覆后，進行穴狀整地，穴內客土綠化。為美化擋渣墻坡面，沿擋渣墻下方栽植2排三葉地錦，“品”字形間隔栽植，枝條向上，以起到遮擋美化作用。

棄渣場水土保持措施實施效果如圖2所示。

4.2 永久管理區

本工程管理區主要指沿線建設的消能電站及配水站，管理區綠化率均在40%以上，水土保持采取一級綠化標準，對各建筑物周邊空地、圍墻內側及道路兩側，合理選擇樹種草種，按園林景觀模式進行設計，喬木、灌木、花卉、草坪等相互交融，錯落布局，整體協調，實現措施設計及實施效果有機結合。如圖3所示。

5 結語

大型跨流域輸水工程具有距離長、規模大、穿越地區多、工期長、渣量大等特點。本文在分析此類工程特點的基礎上，首先提出了應重點關注棄渣場區和輸水管線區水土流失治理和生態修復，提出溝谷型渣場穩定、擋渣工程安全、棄渣場截排水設計重點要點；此類工程多涉及不同水土保持區劃，本文提出應計算分區和綜合水土保持指標；此類工程涉及不同植物區系，因地制宜、科學設計適生植被也為水土保持設計重點。綜上，水土保持設計以生態優先為設計理念，重點區域突出工程安全、生態與景觀設計，現已取得良好成效，可為該類工程水土保持設計提供良好借鑒經驗。

圖2 棄渣場水土保持措施實施效果圖

圖3 永久管理區圖