淮河入海水道二期工程棄渣場水土保持措施設計

周立霞 王 蓓

一、工程概況

淮河入海水道二期工程是擴大淮河下游泄洪能力的關鍵性工程。工程建設內容與規(guī)模為：按設計流量7000m3/s 擴挖河道并擴建二河樞紐、淮安樞紐、濱海樞紐和海口樞紐。二河閘閘上引河擴挖2.5km，二河閘閘下至海口樞紐擴挖河道深泓長度162.3km；加高堤防長度295.98km；北堤軟土段及淮安樞紐、濱海樞紐、海口樞紐處堤防退建21.62km；南堤防滲處理長度68.076km；修建堤頂防汛道路320.3km；沙土段、軟土段迎水側護坡長度233.61km；小南泓全斷面護砌長度132.99km；修建穿堤建筑物28 座，處理跨河橋梁15 座。影響處理工程包括新建排澇泵站10 座、擴建2 座，南八灘擋潮閘拆除重建，疏浚河（溝）道152.4km，小型建筑物拆除重建、新建共計159 座。

淮河入海水道二期工程的河道開挖土方量大，產(chǎn)生的棄渣多，為實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境和防治水土流失的目標，充分發(fā)揮工程的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，對棄渣場進行水土保持措施設計是十分必要的。

二、棄渣場水土保持措施設計

（一）棄渣場布局方案

淮河入海水道二期工程棄土棄渣主要來源于河道擴挖、堤防加固的清基土方、取土區(qū)清表土方、配套建筑物基坑開挖土方和建筑物拆除棄渣，該工程的開挖棄渣量很大，需設置專門的棄渣場（棄土區(qū)、排泥場），淮河入海水道二期工程產(chǎn)生的棄渣總量為18923.56 萬m3（自然方）。

棄渣場（棄土區(qū)、排泥場）布局方案應充分利用洼地，盡量避開村莊、減少房屋拆遷量，并盡可能采取先取土后棄土、復耕等措施以減少占壓地面積。

棄渣場（棄土區(qū)、排泥場）沿原堤防貼堤堆放，棄渣場坡腳10～15m 以外的調度河，將棄渣場與周邊村莊隔開。棄渣場與村莊的距離大于《水利水電工程水土保持技術規(guī)范》（SL575-2012）棄渣場與保護對象安全防護距離的要求（大于等于2 倍棄土、排泥區(qū)高度），棄渣場不影響周邊公共設施、工業(yè)企業(yè)、居民點等的安全。

棄渣場（棄土區(qū)、排泥場）在沿河道北岸堤防后布設，運輸距離短且可以以北堤攔擋，變常規(guī)的橫截面梯形為平行四邊形，在征地面積不變的情況下增大了棄渣場的容積。

1.棄土區(qū)

工程設計過程中，對棄土區(qū)堆高、邊坡設計等進行了多次修改，棄土區(qū)高度由最初的低棄方案后改成平堤頂方案，再到高棄方案。由于低棄方案棄土區(qū)寬度將達到1000m 左右，擾動原地貌、破壞水土保持設施面積和新增水土流失量很大，并涉及大量的居民點拆遷、電力通訊等眾多基礎設施，實施難度大。平堤頂棄土方案棄土區(qū)約300m 左右，可以大大減少拆遷量，并可大幅減少擾動原地貌、破壞水土保持設施面積和新增水土流失量。

由于棄土區(qū)寬度較大，在棄土區(qū)邊坡中部設一馬道，在考慮棄土區(qū)穩(wěn)定的前提下盡可能采用堆高方案；棄土區(qū)堆高可比堤頂高出1～2m，棄土區(qū)寬度可減至250m，擾動面積僅是低方案的1/4、平堤頂方案的83%左右，進一步減少了擾動面積、損壞水土保持設施面積和新增水土流失量。

2.排泥場

排泥場設計時，先堆筑排泥場圍堰，后排泥，符合水土保持先攔后棄的要求，同時在水土保持方案中，先將排泥場厚0.3m 的耕作熟土挖除，并臨時在附近集中堆放，待棄土堆放完畢后，再將此耕作層熟土覆蓋其上，以利復耕和后期綠化。

排泥場為臨時占地，擬在工程結束后復墾，根據(jù)淮河流域水資源保護局淮河水環(huán)境監(jiān)測中心在2009年3月進行的底泥和土壤監(jiān)測成果，工程涉及河道的各監(jiān)測點位土壤和底泥評價指標均符合《土壤環(huán)境質量標準》（GB15618-1995）（pH 值在6.5～7.5之間）中二級標準的要求，達標率100%，評價區(qū)域土壤環(huán)境質量現(xiàn)狀質量良好；由此可見，評價區(qū)域土壤和疏浚河道底泥環(huán)境質量現(xiàn)狀質量良好，棄土可以作為農(nóng)田、林地、果園等農(nóng)用土壤使用。

（二）棄土區(qū)、排泥場設計

淮河入海水道二期工程的棄土區(qū)布置在堤防的背水坡貼堤堆放，為永久占地，大部分為耕地，施工結束后不復耕。堤外棄土區(qū)堆高在10～11m 左右，在堆高5m 設置一道寬3m 的平臺，平臺以下的邊坡1 ∶5，平臺以上的邊坡1 ∶3，棄土區(qū)平臺下的邊坡放緩可有效減少水土流失。

1.棄土區(qū)堆高計算

根據(jù)《水利水電工程水土保持技術規(guī)范》（SL575-2012），棄土場的最大堆渣高度應根據(jù)棄渣初期基底壓實到最大承載能力控制，可按下式計算：

式中：H—棄渣場的最大堆渣高度，m；

C—棄渣場基底巖土的粘結力，kPa；

γ—棄渣場棄渣的容重，kN/m3。

經(jīng)計算，最大棄土高度約為12m，考慮到棄土區(qū)沿線地質條件差異，以及地形變化，平均棄土高度取10～12m 是合適的。

2.棄土區(qū)、排泥場穩(wěn)定計算

淮河入海水道二期工程棄土區(qū)、排泥場大部分沿著背水坡呈條帶狀分布，棄土區(qū)級別為3～5 級，邊坡為1∶3～1∶5，堆高5～10m；排泥場堆高大部分為地面上5～5.5m，其中運東段4#～9#排泥場為取土料場，取土深度為4～4.5m，取土料場將來作為排泥場使用，排泥場高度高出地面0～2.5m。

棄渣場（棄土區(qū)、排泥場）的特征相似，在3個地質單元（硬土段、軟土段、砂土段）中選取5個典型斷面進行穩(wěn)定分析計算。

3.邊坡穩(wěn)定計算成果

淮河入海水道二期工程棄土區(qū)、排泥場穩(wěn)定分析計算略。穩(wěn)定分析計算成果表明，棄土區(qū)、排泥場的邊坡是穩(wěn)定的。

（三）水土保持措施設計

1.棄土（石、渣）場級別

淮河入海水道二期工程棄土（石、渣）的堆渣量低于500 萬m3，堆高2～12m，根據(jù)《水土保持工程設計規(guī)范》（GB51018-2014），結合棄渣場堆渣量、最大堆渣高度和渣場失事對主體工程或環(huán)境造成的危害程度，分析確定入海水道二期工程的棄土區(qū)（石、渣）場的攔渣工程級別為3 級。

2.設計標準

棄渣場截（排）水工程的排水設計標準采用3～5年一遇5～10min 短歷時設計暴雨。

植被建設工程設計標準：1 級植被建設工程考慮景觀、游憩、環(huán)境保護和生態(tài)防護等多種功能的要求，按照園林綠化工程標準執(zhí)行；2 級植被建設工程考慮生態(tài)防護和環(huán)境保護要求，適當考慮景觀、游憩等功能要求的綠化工程，按照生態(tài)公益林的要求執(zhí)行，并參照園林綠化標準適度提高。

3.水文計算

根據(jù)《水利水電工程水土保持技術規(guī)范（SL575-2012）》，棄土區(qū)采取永久排水措施，其排水設計標準采用3年一遇10min 短歷時設計暴雨。截水溝設計排水流量采用小面積設計流量公式計算Qm=16.67qF，其中徑流系數(shù)=0.40。

查《江蘇省暴雨參數(shù)圖集（2005）》，工程區(qū)年最大10min 點雨量均值為20mm，Cv=0.40，Cs/Cv=3.5，計算3年一遇年最大10min 中降雨量為21.65mm，頂面和坡面的防洪排導工程設計流量分別為0.39m3/s和0.45m3/s。

4.棄土（渣）區(qū)設計

淮河入海水道二期工程的永久棄土區(qū)均在堤防外，主體工程已考慮了堤防的穩(wěn)定性，在堤防5m左右的地方設置一道3m 寬的平臺，平臺下面的邊坡為1 ∶5，平臺上的邊坡為1 ∶3，增加了棄土邊坡的穩(wěn)定性，棄土的頂面和坡面在施工結束后恢復植被，在棄土前剝離表層土，暫存并采用臨時攔擋、覆蓋等措施。棄土區(qū)布置在堤防背水坡沿線呈條帶狀分布，屬平地型。

棄土區(qū)排水設計：棄土區(qū)外側頂面設置一條內徑寬30cm、深30cm 矩形結構的縱向排水溝能滿足要求；棄土區(qū)坡面每隔500m 設置一條橫向混凝土排水溝，防洪排導工程內徑為寬30cm、深40cm，能滿足設計流量0.39m3/s、0.45m3/s 的要求。

（1）工程措施

淮河入海水道二期工程棄土區(qū)堆高在10～12m左右，邊坡1 ∶5，在堆高5m 設置一道3m 寬平臺，主體工程設計中棄土區(qū)為永久占地。棄土區(qū)大部分為耕地，主體工程設計中未考慮利用表層熟土，水土保持設計增加表土剝離及回填，厚度為30cm 并臨時堆放，上覆蓋彩條布以防流失。

棄土區(qū)頂寬260～300m，棄土區(qū)外側堤肩設置一條縱向混凝土防洪排導工程，棄土區(qū)坡面每隔500m設置一條橫向混凝土防洪排導工程。防洪排導工程為C20 混凝土矩形結構，橫向防洪排導工程內徑為寬30cm、深40cm、厚15cm；堤肩縱向防洪排導工程內徑為寬30cm、深30cm、厚15cm。

（2）植物措施

根據(jù)林草種植的立地條件，按“適地適樹，適地適草”的原則，選擇優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種和經(jīng)多年種植已適應環(huán)境有較強抗污染性能的樹種和草種，頂面道路兩側行道樹選用主干通直、高大、抗病蟲害的喬木，河道坡面以及棄土區(qū)坡面撒播草籽防護。

根據(jù)現(xiàn)場調查，并結合入海水道一期工程成功案例選用合適的植物。推薦樹草種為在項目區(qū)長勢良好的喬灌樹種如意楊、高桿女貞、水杉、瓜子黃楊、紅葉小檗、金葉女貞、檉柳、海桐等；草種則選擇適合當?shù)胤N植的狗牙根黑麥草、高羊茅、鹽蒿等。下一階段可根據(jù)主體工程優(yōu)化設計與苗木草種的市場情況作出調整，進一步細化和確定更多和更為適宜的種類。

棄土區(qū)頂面種植喬木，喬木采用胸徑為4cm 的水杉、意楊、高桿女貞，行、株距為3m×3m；棄土區(qū)（或排泥場）的坡面運西段采用種植灌木和撒草籽結合的措施、運東段采用撒草籽的措施，頂面撒草籽；灌木采用金葉女貞，草種采用狗牙根，用量標準為1.2kg/100m2。

（3）臨時措施

棄土區(qū)的剝離表層土臨時堆放，采用彩條布覆蓋。

三、結論

（1）淮河入海水道二期工程是擴大淮河下游泄洪能力的關鍵性工程，是淮河流域防洪體系的重要組成部分。工程的河道開挖土方量大，產(chǎn)生的棄渣多，為實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境和防治水土流失的目標，充分發(fā)揮工程的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，對棄渣場進行水土保持措施設計是十分必要的。

（2）在進行棄渣場水土保持措施設計時，除必須采取工程措施的部位外，盡量采取工程措施與植物措施相結合的形式，植物措施通過選用適合當?shù)胤N植的樹種和草種，可有效提高植物成活率，保證植被恢復效果，充分發(fā)揮其控制水土流失的作用，在保證工程安全的同時，兼顧生態(tài)恢復和保護要求。

（3）棄渣場水土保持措施的實施，一方面可改善河道水質和改善自然景觀，另一方面可減少洪澇災害，對當?shù)氐乃帘３止ぷ饔泻艽蟮拇龠M作用■