水電建設項目水土保持典型措施技術分析和展望

崔 磊，宋曉彥，任 遠，馮 磊

(1.水電水利規劃設計總院，北京 100120；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

0 引 言

黨的十八大以來，生態文明建設納入國家“五位一體”戰略，“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展理念深入人心。黨的二十大報告明確了新時代我國生態文明建設的戰略任務，指出中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化，要堅定不移走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路，對生態文明建設提出了新的目標和要求。2021年3月，我國首部流域法律《長江保護法》正式施行，2022年10月《黃河保護法》出臺，《青藏高原生態保護法》也正在醞釀出臺，以法之名保護長江、黃河等重要流域生態系統，為流域、區域生態保護和高質量發展提供了堅實的法治保障。

水土保持是生態環境保護的重要組成部分，直接承擔著生態基礎功能，在國家生態文明建設中有著舉足輕重的地位。水電開發須堅持生態優先、綠色發展，做好重點流域、區域水土流失防治，不僅能夠推動水電及抽水蓄能項目建設、助力構建清潔低碳能源體系；同時還能夠通過水土保持措施發揮土壤碳匯、植物碳匯等生態效益[1]，從而促進“雙碳”目標的實現。我國規劃待建設的水電工程大多分布在長江、黃河的上游及青藏、云貴高原等地區，生態要求高，抽水蓄能電站也通常面臨擾動良好植被等生態環境敏感問題；因此，有必要加強水土保持措施技術研究和效果提升，不斷適應新的生態保護要求，進一步做好水土流失控制、林草植被建設、水土保持生態修復、景觀環境優化等水土保持工作，推動水電行業綠色發展。

1 常規水電及抽水蓄能電站開發現狀與規劃

我國水能資源技術可開發裝機容量約6.87億kW，主要分布在長江、金沙江、黃河、雅礱江、大渡河、烏江、瀾滄江等大型水電基地，開發條件優越。截至2021年底，我國水電裝機容量為35 453萬kW，約占全國發電總裝機容量的14.9%[2]。“十四五”期間，我國將積極推動金沙江上游、瀾滄江上游、雅礱江中游、黃河上游等已納入規劃、符合生態保護要求的水電項目開工建設，推進雅魯藏布江下游水電開發，預計2030年在2020年基礎上新增常規水電裝機容量8 000萬kW左右。

我國具備建設抽水蓄能電站的站點資源比較豐富。截至2021年底，我國已投產抽水蓄能電站40座，總裝機容量3 639萬kW，主要分布在華東、華北、華中和廣東地區，裝機規模居世界首位。“十四五”期間，抽水蓄能電站已進入高質量發展的新階段，2025年抽水蓄能裝機容量將達到1.2億kW，預計2035年前后，抽水蓄能裝機容量將達到3.0億kW[2]。未來圍繞以新能源為主體的新型電力系統的發展需要，將在全國分散布局建成一批促進新能源高速發展、資源利用高質高效、生態環境友好和諧的現代化抽水蓄能電站。

2 已開發水電項目水土保持典型措施技術分析

2.1 棄渣場水土保持技術經驗

2.1.1 選址

水電工程受地形地質條件限制，不良地質、邊坡處理工程量大，廠房、導流洞、交通通道等多為地下工程，開挖土石方量巨大，棄渣場選址的核心是確保棄渣場安全和防止渣土流失[3]，同時減少對原生生態系統的擾動破壞。因此，渣場一般應設置在自然保護區、風景名勝區、水源保護區、河道管理范圍和已建成水庫之外，并優先選用少占耕地和少搬遷居民的場地，眾多條件制約導致高山峽谷區域棄渣場選址困難問題較突出。

為妥善處理工程棄渣，在不具備布設大型渣場集中堆放棄渣的條件下，可考慮小型化、分散化的在河道支溝、兩岸臺地、坡地等區域布設棄渣場，以滿足棄渣堆存需要，減少生態環境影響；水電工程可供選擇具備大容量的棄渣場所極為有限，可充分論證后考慮在待建水庫庫區[4]、尤其是死水位以下具備相應堆渣空間的區域設置棄渣場。

2.1.2 水土保持專項設計

水電建設項目預可研、可研階段和前期設計過程中，現已經系統開展棄渣場水土保持選址專題、棄渣場防護設計專題、水土保持“三同時”實施方案、水土保持專項設計等工作，為項目水土保持方案審查提供材料支撐，也為后續工程建設中落實棄渣場水土保持措施提供依據和指導。

工程竣工水土保持設施驗收前，建設單位委托具有相應水平和能力的單位對驗收范圍內4級及以上的棄渣場進行穩定性評估。棄渣場水土流失防治措施應依據其實際的堆置方案和施工時序布設措施，棄渣場水土流失防治需系統治理、綜合防護，針對不同類型的棄渣場，措施體系與措施配置應具有針對性[5]。結合渣場級別和場址區域實際防護需求，合理確定防治措施等級與標準。棄渣場堆渣結束后，充分考慮與周邊生態與景觀的協調一致性，做好植被恢復。

2.1.3 水土保持信息化管理

考慮到水電工程棄渣場堆量較大，所處區域地形地質條件復雜，一旦失穩可能產生嚴重的水土流失危害，傳統的監測技術和管理手段難以滿足要求[6]，水電建設項目現已開展棄渣全過程自動化智能監測技術研究。通過研發和應用信息化監測設備[7]，結合常規監測手段，可實現對水土流失背景、土石方調運動態、棄渣場水土流失防治效果進行監測和綜合數據的實時采集[8]，滿足水電建設項目水土保持監管的工作要求，提升水土保持監測服務能力；建設信息管理平臺，實現水電工程棄渣監測數據的共享、分析、預警和信息發布。

2.2 高陡邊坡水土保持技術經驗

2.2.1 影響邊坡修復的主要因素

水電建設項目區域通常地形陡峻，石質山體較多，工程施工開挖后形成的創面易形成高陡邊坡，坡面擾動區的生態恢復具有較大難度，是水土保持措施的重點之一。高陡邊坡水土保持修復通常需要重點考慮以下影響因素：巖質邊坡風化程度低，涵養水分能力差，植物生長必需的基礎養分匱乏；植被根系難以扎入硬質邊坡坡體，且植被生長受大坡度的脅迫作用影響顯著，導致植被生長立地條件惡劣；坡度較大的高邊坡，普通生態修復基質因成型強度不足和粘結力不夠，難以長期維持效果；邊坡開挖導致山體卸荷，山體原有的平衡被改變，坡體內部應力釋放與重新分布，可能會造成邊坡淺表崩塌或滑坡等地質災害在一定時期內發生。

2.2.2 水土保持修復技術

我國在公路、鐵路、河岸帶和礦山等工程長期實踐中已經形成了各類相對成熟的高陡邊坡生態修復技術[9-10]；然而，水電工程因其建設特點及高山峽谷地形、土壤、氣候條件等差異，現有生態修復技術在基材肥力持續性、物種選擇和配置、坡面生態系統與環境生態系統的統一等問題上需進一步研究改進。水電工程高陡邊坡就安全要求，一般主體工程已采取了噴錨，框格梁的防護，在此立地條件下，采取各種使坡面能夠附著植被生長基材的技術措施是高陡邊坡植被重建和水土保持生態修復的前提[11]。水土保持措施可以選擇厚層基材植被護坡、格柵植草、種植槽及植生孔等成熟的工藝方法，輔以生態材料及灌溉技術。此外，水電工程已有經驗表明，通過不同技術的適應性試驗及不同工法組合，開展特定邊坡水土保持與生態恢復技術的試驗研究非常必要和重要。

根據水電工程在高陡邊坡生態恢復實踐經驗，硬質與巖石邊坡可采用植被混凝土生態修復技術、SPF無土噴播復綠技術、飄板植生槽藤本種植技術及植生穴等方法；針對非硬質邊坡存在的土壤貧瘠、基材與坡面粘結力不夠的現狀，可采用植生水泥土、SPF無土噴播復綠技術及土工格室等方法。

2.3 植物恢復措施技術經驗

2.3.1 干熱河谷區域植物恢復措施

位于干熱河谷區域的水電工程面臨炎熱少雨的惡劣氣候條件，水熱矛盾、水土流失、土壤退化、荒漠化等問題突出[12]，生態系統脆弱，水土流失面積分布較廣，侵蝕強度較大，水電開發建設可能進一步加劇生態環境的惡化。因此，干熱河谷區域是植被恢復的重點和難點地區[13]。

針對干熱河谷區域存在的干旱缺水、土壤資源質量低等生態環境問題，水電開發在水土保持措施中應重點關注抗旱和保水。根據海拔、坡度、坡向、巖土組成、水分條件劃分立地條件，結合地帶性、地域性原生植被的特征和相關試驗研究，選用耐旱耐熱耐瘠薄、抗逆性強、適生性強且具有結瘤固氮和改土功能的樹草種，進行喬灌草不同生活型植物類型的合理配置，建立植被與生境水分條件相適應的群落生態結構，采取地膜覆蓋、秸稈覆蓋、樹皮覆蓋、砂石覆蓋等控制干熱河谷地表水分蒸發的地面覆蓋技術，可有效提升其植被恢復措施效果。

2.3.2 高寒區域植物恢復措施

在建和待建水電工程項目集中在川藏、滇藏和青藏等高寒地區，其高原氣候特點形成了獨特的高寒地區生態系統。該區域空氣稀薄、養分稀缺，動植物種類單一、生物鏈簡單，生態環境十分脆弱，尤其邊坡植被破壞后，會加速邊坡土壤侵蝕流失。若該區域表層土壤資源喪失殆盡，生物量將進一步降低直至生態系統無法恢復，且會加速凍土融化，引起土地沙化和水土流失[14]。

近年來，針對高寒區域，水電工程對地形地貌、海拔、氣候、土壤以及植被的垂直分布特征進行調查分析，從“土壤-植物-氣候系統”整體考慮，研究了高寒區域的植被恢復策略，提出了高寒灌叢區耐寒型植物結構配置。針對植物越冬成活的限制性因素，提出了土壤表層堆放礫石的保溫越冬技術；針對高寒草甸區生態異常脆弱、草甸破壞后自然恢復時間較長，提出高成活率的草甸剝離與回覆關鍵技術，同時為防止草甸退化輔助以人工植被建設，通過生物量調控和土壤養分調控，可形成穩定的群落結構；結合水電開發特點，在全過程水土保持管控體系中創新提出生態型水土保持措施、植物移栽關鍵技術、邊坡綠化養分循環利用措施、邊坡智能水分調控技術等，有效提升了高寒區域水土流失的治理效果和植被恢復的穩定性。

2.3.3 表層種植土保護

表土是植物措施中必需的不可再生資源，傳統粗放式施工通常缺少表土剝離后的精細化管理，導致土壤肥力流失，利用效果不佳。水電建設項目在工程建設過程中同步做好了表土剝離和堆存、土壤改良和表土綜合利用等保護工作。表土剝離、搬運及堆存作業應盡量減少對土壤理化性質的破壞；高寒草原草甸地區，應對表層草甸土進行剝離、養護和回覆利用；對覆蓋度低、生長緩慢的草地，應首先將表層已有植被和其下表土層一起剝離，隨即移植到周邊適生環境養護，擾動結束后復植到需要恢復的區域；表土堆放時間超過1年的，應在堆土體表面種植綠肥作物進行土壤培肥，并適量施肥澆水，防止土壤肥力退化。土壤改良應通過試驗研究確定物理改良、化學改良和生物改良相結合的措施，通過深耕、施加土壤改良劑、有機肥、無機肥及微生物等措施，優先使用工程建設和運營產生的廚余垃圾，可采用發酵法和生物法進行堆肥處理。

3 展 望

3.1 做好高寒區域生態修復技術研發

水電開發潛力主要集中于青藏高原東緣生態較脆弱區域，工程建設造成的水土流失較為嚴重，因此，做好水土保持生態修復成為未來水電開發需解決的重要技術問題。目前，國內外針對高寒、高海拔地區和高山峽谷地形條件下的植被恢復尚無成熟的技術體系，在采取植物措施恢復植被防治水土流失方面，表土資源的綜合規劃利用、植物篩選與建養技術方面僅有少許經驗可以借鑒。做好高寒地區水電站梯級開發區域科學、系統的植被恢復技術研究，形成技術可靠、成本適宜、可廣泛運用于植被恢復的技術，為未來高寒區水電開發在生態脆弱區植被恢復提供科學依據和技術積累，對保障國家重大工程順利實施有重大的戰略意義和重要的科學意義。

3.2 深化高陡邊坡生態修復技術研究應用

出于安全考慮，水電工程對于高陡邊坡的治理措施，一般傾向于鋼筋混凝土硬化措施；但這會導致區域內的生態系統結構受損、物質循環與能量流動切斷、生態服務功能降低[15]。隨著生態文明建設要求不斷提高，高陡邊坡的復綠已成為必然要求。由于高陡邊坡無法供給植物生長所需的土壤、水分和養分，基材的附著及養分的持續供應是生態修復的關鍵，新型植被恢復營養保水復合基材開發是研究發展的趨勢之一。因此，應深化研究高陡邊坡生態修復技術及實施方案，采用新工藝、新方法，提升電站開挖創面植被恢復率及植被覆蓋度，有效提升區域碳匯能力，實現水電開發與生態保護協同發展。

3.3 強化抽水蓄能電站水土保持生態建設

抽水蓄能電站由于規劃選址及建設特點，其選址往往位于用電負荷中心周邊植被較好的山區，常涉及水土保持敏感區域，且占地面積較大，生態環境擾動較嚴重，高陡邊坡多、消落帶裸露、棄渣場安全等問題突出，尤其是位于城市周邊及風景名勝區的抽水蓄能電站，其生態建設和景觀要求更加顯著，坡面景觀與環境景觀的協調性問題備受關注。目前，這些問題尚待解決，需加大抽水蓄能電站水土保持生態修復研究和生態建設工作，減少工程建設對周邊生態環境的影響。