萬家寨水利樞紐塌岸水土保持措施探討

翁麗珠 段妍

水庫庫區塌岸是一種環境地質現象，也是一種自然現象，是不可避免的，但可以通過一定手段和措施來減輕、減緩其發生和發展過程，是可以控制的[1]。水庫塌岸對策是一個較為復雜系統工程，涉及眾多領域和方面，需要各個方面、多個部門、各個利益相關方通力合作，本著客觀、科學精神，堅持以人為本，制定符合工程實際的應對策略[2]。

傳統的塌岸治理措施常采用拋石、干砌石、漿砌石、鉸鏈沉排、模袋混凝土、混凝土預制塊、石籠防護、抗滑樁、擋土墻等工程措施，這些形式的護坡方式多注重坡岸本身穩定性和行洪排澇的基本功能，防護效果立竿見影，具有高度的精確性和可靠性[3]。但是存在工程造價相對較高，需要定期維護、不斷修復等問題。隨著庫區邊坡防護技術的發展，人們對邊坡綠化美化的要求日益提高，要求邊坡達到工程和景觀的雙重效益。傳統工程措施很少考慮對生存環境、景觀環境和生態環境的影響，單一工程措施已經不能滿足人們對塌岸治理的需要。

塌岸水土保持措施是綜合工程力學、土壤學、生態學和植物學等學科的基本知識對邊坡進行支護，形成由工程和植物組成的綜合護坡系統的護坡技術，一方面通過工程措施針對性地對塌岸嚴重區域進行邊坡穩定防護；另一方面，通過坡腳、坡面的植物措施防護，進一步鞏固和美化坡面，既保證邊坡穩定，又追求生態治理和景觀美化[4]，適用于新時代生態理念下的塌岸治理。

基于上述情況，本文選擇萬家寨水利樞紐為例，探討塌岸水土保持措治理策略。

1 區域概況

黃河萬家寨水利樞紐位于黃河北干流托克托至龍口峽谷河段，左岸隸屬山西省偏關縣，右岸隸屬于內蒙古自治區準格爾旗，是黃河中游8 個梯級規劃的第1 個，1998 年10 月下閘蓄水。主要任務為供水、發電，兼有防汛防凌、高效節水灌溉、水土流失治理、調水調沙、城鄉供水節水等作用，年供水量14 億m3，樞紐電站裝機108 萬kW·h。工程樞紐規模為Ⅰ等大（1）型工程。水庫正常蓄水位977.00 m，最高蓄水位980.00 m。隨著時間推移，萬家寨水利樞紐城坡碼頭至上游13 km 的水庫右岸庫岸出現比較嚴重的黃土塌岸和滑坡區域，大焦稍溝和小焦稍溝兩岸已接近沿岸居民，如不及時處理可能對群眾的生命財產造成影響。2019 年7 月，黃河萬家寨水利樞紐有限公司全面開展萬家寨水利樞紐黃土滑坡塌岸段治理，加強對特定區域、重大滑坡區域監測和重點防治等工作。塌岸治理的實施將實現萬家寨水利樞紐山水林田湖草系統的修復和防治，保障其生態安全屏障。

1.1 塌岸范圍規模和形態

萬家寨水利樞紐右岸城坡碼頭至上游13 km 的庫岸出現比較嚴重的黃土塌岸和滑坡區域。根據現場查勘結果，項目區現狀邊坡坡比變化較大，邊坡受雨水沖刷、植物根系劈裂及風化營力作用，表面風化強烈，坡面受重力作用，蓄水、保土、保肥能力較差。

1.2 塌岸邊坡分析

根據現狀地形圖，通過ARCGIS10.2 生成萬家寨水利樞紐右岸庫岸現狀高程圖、坡度圖和坡向圖。從坡度圖可以看出治理區域坡度在20°～90°間，坡度變化較大，部分區域變化劇烈；從坡向圖可以看出，治理區域大部分屬于東北坡和東南坡。具體高程、坡度和坡向分析圖如圖1 所示。

圖1 地形分析圖

1.3 現狀邊坡穩定性分析

工程區為黃土丘陵山區，上部主要為硬黃土和沙壤土。根據SL 386—2007《水利水電工程邊坡設計規范》及現場查勘，工程邊坡不涉及相關水工建筑物，庫岸邊坡級別為5 級，其正常運用條件下的抗滑穩定安全系數為1.10～1.05。通過對典型現狀邊坡的穩定計算，分析推斷萬家寨水利樞紐庫岸現狀邊坡存在基本穩定狀態和不穩定狀態。如圖2 所示。

2 塌岸水土保持措施選擇分析

2.1 工程措施選擇分析

塌岸治理最有效、快捷的對策是工程措施，而具體工程措施選擇應與工程實際結合起來，做到因地制宜，尤其與塌岸模式相適應，如此才能做到有的放矢，因地制宜，因害設防，達到預期效果和作用，同時有效控制成本，防止浪費[5]。目前工程護坡主要有以下幾種類型，詳見表1。

表1 工程措施及其適用情況研究[4]

石籠防護適用于受庫水沖刷嚴重的較陡的土質或土石混合質庫區邊坡，屬于柔性結構，能夠自適應沉降變形，可對抗水流沖擊；施工方便，可水下施工；就地取材，填放天然級配砂石，能融入自然景觀，利于魚類等生物的生存繁衍。漿砌石護岸整體性較好，抗沖刷能力更強，不易損壞。綜合以上分析，石籠及漿砌石防護適用于萬家寨水利樞紐塌岸治理。

2.2 植物措施設計分析

植物護坡的作用方式主要是通過坡面植物的地下根系的土壤錨固和地上莖葉的雨水截留進行的。地下廣布的根系縱橫交織，大大增加了土體的固著和結持力，地上部分的莖葉可減少或防止降雨及徑流對地面的直接撞擊濺蝕。

2.2.1 植物品種選擇

萬家寨水利樞紐塌岸治理重點關注植物耐水性、抗旱性、根系固土能力、抗病蟲害、耐瘠薄等特性。根據不同的水位條件，應當結合項目的實際情況，將岸坡劃分為幾個區域地帶，在不同區域選取適合的植物種類。

正常蓄水位（977.00 m）至運行水位（978.00 m）區域是庫岸邊坡水位變化最大的區域，在豐水期存在淹沒風險，受水流沖刷較為嚴重，因此植物措施以適應能力強、濕生或中生、耐水淹、根系發達的植物為主。運行水位（978.00 m）至坡頂區域是水利樞紐邊坡較陡區域，該區基本不存在水淹風險，邊坡保水保肥能力較差，土壤含水率較低，雨水徑流較強烈，對邊坡的沖刷較嚴重，因此植物措施以中生、耐旱、莖干低矮、生長速度快、枝葉覆蓋力強、根系發達的植物為主。

2.2.2 組成及配置

2.2.2.1 混交類型

灌木與草本混交可以強化植物護坡綜合效應，草本及地被植物能控制坡面的水土流失，而灌木可以控制更深層的侵蝕。喬木與灌木混交可充分利用上層和中層的空間分布，實現對水分、養分、光照條件等的合理利用。

2.2.2.2 混交方式

灌草混交時，采用植生組混交方式，不同治理區域采用不同灌木混交。該配置方式種間相互作用較遲，可以削弱種間競爭，提高植株成活率，極大地提高林木的生長量，適用于惡劣環境。

2.2.2.3 混交比例

混交林混交比在30%以上，立地條件差的地方，混交比應大些，并以灌木樹種為主。

2.2.2.4 種植點配置

在坡地造林時，種植行走向宜選擇沿等高線走向。品字形配置能最大限度利用水熱條件，使樹冠發育均勻。

通過以上分析，萬家寨水利樞紐塌岸治理喬木選擇白榆；灌木選擇檸條、紫穗槐和檉柳；草本選擇芨芨草、白草、百里香、紫菀、沙蒿和山棘豆；水生植物選擇千屈菜和蘆葦。混交類型為“灌木+草本”、“喬木+灌木+草本”，灌木采用3 株一叢，每個種植穴植物種類兩種以上，混交比為50%。種植點采取沿等高線品字形配置。

綜上所述，萬家寨水利樞紐塌岸防護采用漿砌石護腳、石籠護坡為基礎，并結合植物護坡措施，以期達到安全、經濟、生態的治理效果。

3 塌岸水土保持措施設計

3.1 治理高程

依據設計資料，萬家寨水利樞紐正常蓄水位977.00 m，最高蓄水位980.00 m。通過管理單位提供的水庫運行資料，實際運行每年7 月15 日至10月15 日，水庫運行水位為966.00 m 以下，其余時段為978.00 m。綜合以上資料，確定預防保護區植物措施治理高程為977.00～981.00 m；重點治理區工程措施治理高程為庫岸全斷面，植物措施治理高程為977.00 m 至庫岸頂部。

3.2 治理分區

根據塌岸的嚴重程度及對居民的生活和耕作的危害程度，將治理分區分為預防保護區和重點治理區。治理分區詳見表2。

表2 治理分區

3.2.1 預防保護區

預防保護區治理措施主要為植物措施。根據不同水濕條件變化和洪水沖刷程度采取不同的治理措施，劃分水生植物攔水帶、灌草護坡帶兩個措施布置帶，如圖3 所示。

圖3 預防治理區治理示意圖

水生植物攔水帶位于水庫常水位至978.00 m 高程處，是庫岸邊坡水位變化最大的區域，植物措施以濕生和水生植物為主，多選擇濕生和耐一定時間水淹的植物，選擇蘆葦和千屈菜進行配置。

灌草護坡帶位于978.00 m 至坡頂岸坡，該區段沒有水淹風險，邊坡穩定性好。在原坡面上栽植灌木并撒播草籽進行護坡，植物以耐水濕為主，灌木選擇紫穗槐，草本選擇芨芨草和白草。

3.2.2 重點治理區

重點治理區主要采用工程措施和植物措施相結合的綜合防治方案，首先對該區域進行壓坡并對高程981.00 m 以下采用漿砌石護腳和鉛絲石籠護坡，然后根據不同水濕條件變化和洪水沖刷程度劃分不同的植物防護帶。如圖4 所示。

圖4 重點治理區治理示意圖

3.2.2.1 工程措施

（1）壓坡。通過前期分析，重點治理區現狀邊坡不穩定，需進行庫岸穩定工程以達到穩定庫岸邊坡的目的。庫岸穩定方式包括減載、邊坡開挖和壓坡方式，由于前兩種方式均會新增征地范圍，從節約投資的角度考慮，庫岸穩定工程采用壓坡方式。壓坡坡比為1∶2，在高程981.00 m 處設置一級馬道，馬道寬3 m，壓坡坡頂設置1 m 寬平臺。高程981.00 m 以下至庫岸底部壓坡材料采用碎石土，土石比為7∶3；高程981.00 m 以上至庫岸頂部壓坡材料采用土方。回填前應將邊坡整理成臺階狀，分層碾壓密實，壓實度不小于0.9。

（2）護坡及護腳。對該區域壓坡后高程981.00 m 以下至庫岸底部采用（長×寬×高）100 cm×100 cm×50 cm 鉛絲石籠護坡，下設土工布和10 cm 砂墊層；護腳采用（寬×高）50 cm×100 cm 漿砌石齒墻，下設10 cm 砂墊層。高程981.00 m 處馬道及高程981.00 m 以上至庫岸頂部邊坡和坡頂平臺表層覆土用于后期植被栽植，覆土厚度50 cm。

3.2.2.2 植物措施

根據不同水濕條件變化和洪水沖刷程度采取不同的治理措施，劃分水生植物攔水帶、灌草護坡帶和喬灌護岸帶3 個措施布置帶，如圖4 所示。

水生植物攔水帶位于水庫常水位至978.00 m 高程處，常水位至978.00 m 高程處每年有3 個月是在水下淹沒區，其余時段不受水淹，是庫岸邊坡水位變化最大的區域，植物措施以濕生和水生植物為主，多選擇水生和耐一定時間干旱的植物，選擇蘆葦和千屈菜。

灌草護坡帶位于978.00～981.00 m 和981.00 m至坡頂岸坡，該區段沒有水淹風險，邊坡穩定性差。首先在981.00 m 坡腳處采用立式柳梢捆進行護腳，防止水流沖刷坡腳；然后對978.00～981.00 m坡面采用密植灌草進行護坡，防止坡面水流沖刷，植物措施以中生、稍耐濕、莖干低矮、覆蓋力強的植物為主，灌木選擇檉柳、胡枝子，草本選擇紫菀和百里香；981.00 m 至坡頂段坡面立地條件較為干旱，植物措施以中生、耐旱莖干低矮、覆蓋力強的植物為主，灌木選擇檸條和紫穗槐，草本選擇山棘豆和沙蒿。

喬灌護岸帶該區域位于981.00 m 馬道及壓坡坡頂平臺，為干燥地帶。根據護岸帶寬度采取適宜的植物措施：馬道主要采用喬灌結合方式的植物措施對庫岸進行保護；坡頂平臺主要采用栽植灌木的方式對庫岸進行保護。植物措施以中生、耐旱的植物為主，喬木樹種選擇白榆，灌木選擇檸條和紫穗槐，草本選擇紫菀和百里香。

通過水土保持綜合護坡治理，萬家寨水利樞紐將有效提高水庫庫岸的穩定性，減輕地表徑流沖刷及土壤侵蝕度，改善環境小氣候環境，形成生態清潔、山水和諧、環境優美的水庫環境，治理鳥瞰圖如圖5 所示。

圖5 萬家寨水利樞紐塌岸治理鳥瞰圖

4 結 語

隨著生態文明發展和我國水利工程的不斷建設，工程措施和植物措施相結合的水土保持綜合治理措施將在今后水庫塌岸治理中日益凸顯其優勢。水土保持綜合治理措施實施后可大大減少耕地及水土流失，改善水質，有利于庫區保持良好的生態平衡，并對恢復水庫原有的水源地功能產生積極作用，有顯著的環境效益和社會效益。根據塌岸情況分段采取相應措施，在保證邊坡穩定前提下，通過植物護坡提高水利工程的生態效益，實現山水林田湖草生命共同體，構建人水和諧共生的水庫邊坡生態系統。