北方土石山區抽水蓄能電站水土保持設計

［關鍵詞］ 水土保持；措施設計；抽水蓄能電站；北方土石山區

［摘" 要］ 北方土石山區即北方山地丘陵區，具有多低山丘陵、坡陡溝深、暴雨集中、植被稀少、土壤抗蝕性差等特點。抽水蓄能電站有上、下兩個水庫，項目占地面積較大，施工時擾動范圍廣，極易造成大面積的水土流失。以河南輝縣九峰山抽水蓄能電站為例，基于項目區所處的地質地理條件及工程建設特點，提出在工程水土保持設計中應注重表土資源保護、減少工程施工擾動范圍、做好邊坡防護工程和加強臨時防護措施等水土流失防治思路，并針對性設計了相應的防治措施，以最大限度降低工程建設對周邊環境的影響。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.09.014

［引用格式］ 王佳欣，張帆，解翼陽.北方土石山區抽水蓄能電站水土保持設計：以九峰山抽水蓄能電站為例［J］.中國水土保持，2024（9）：39-41，50.

北方土石山區即北方山地丘陵區，主要分布在北京、河北、山東、遼寧、山西、河南、安徽等省市［1］，具有多低山丘陵、坡陡溝深、暴雨集中、植被稀少、土壤抗蝕性差等特點。抽水蓄能電站，又稱蓄能式水電站，在電網負荷低時能將多余電能轉變為電網高峰時期的高價值電能，是電力系統中最可靠、最經濟、壽命周期長、容量大、技術最成熟的儲能方式。與其他類別水力發電工程相比，抽水蓄能電站因有上、下兩個水庫，項目占地面積較大，故施工擾動范圍廣，極易造成大面積的水土流失。筆者以河南輝縣九峰山抽水蓄能電站為例，基于項目區所處的地質地理條件及工程建設特點，針對性提出水土流失防治思路，并設計了相應的防治措施，以最大限度降低工程建設對周邊環境的影響。

1" 項目及項目區概況

九峰山抽水蓄能電站是目前河南省在建裝機容量最大的抽水蓄能電站，是落實國家“雙碳”戰略部署的重要基礎設施，已納入《抽水蓄能中長期發展規劃（2021—2035年）》等多項國家級規劃中。電站裝機總容量為2 100 MW，額定發電水頭682 m，工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（1）型，主要由上水庫、下水庫、輸水發電系統、地下廠房系統、地面開關站及補水系統等組成。其中上、下水庫大壩均采用瀝青混凝土面板堆石壩，全庫盆采用瀝青混凝土面板防滲；輸水發電系統布置于上、下水庫之間的山體內；地下廠房采用尾部開發方式；補水系統采用豎井式泵站，用于工程初期蓄水及運行期補水。項目于2022年6月29日由河南省發展和改革委員會批準建設，于2023年11月27日開工建設，工程總工期為96個月（含施工準備期）。

項目區位于河南省輝縣市黃水鄉、太行山東南麓、豫北平原的交接地帶，屬北方土石山區，上下游地勢高差達700 m。區內地勢總體為西北高、東南低，海拔370～1 510 m，相對高差達1 000余m。區內山高谷深，切割強烈，多懸崖絕壁。屬暖溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫14.6 ℃，年均降水量607.5 mm，年均蒸發量1 550.5 mm，年均相對濕度67%；冰凍期一般為11月下旬至翌年3月中旬，最大凍土深約20 cm。土壤類型復雜多樣，以棕壤土、褐土、潮土為主；植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，主要有黃遼平原栽培的落葉闊葉林和側柏疏林人工植被。項目區屬于太行山省級水土流失重點治理區，以輕度水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。

2" 水土流失防治思路

九峰山抽水蓄能電站上、下水庫庫盆均需采取開挖、規整、防滲等措施，土石方開挖回填量較大，臨時堆存時間長，調運頻繁，若不采取有效的水土保持措施，則松散土體遭遇暴雨、洪水沖刷時，極易大量流失，對電站工程建設、周邊生態環境、下游溝道及居民生產生活等造成不利影響。

2.1" 注重表土資源保護

表土是植物生長的基礎，是十分珍貴、難以再生、生態價值顯著的基礎性資源。項目擾動地表面積較大，且不可避免地占用了部分耕地和林草地，施工期間會對原地貌土壤和植被造成嚴重破壞，施工前若不采取表土保護措施，后期植被恢復則是紙上談兵。因此，需對項目征占地范圍內（包括上、下水庫淹沒區）的表土采取剝離、保存和綜合利用等措施。

2.2" 減少工程施工擾動范圍

抽水蓄能電站項目施工擾動地表面積較大，主體工程設計時應優化施工方案，盡可能減少工程占地面積、土石方開挖回填量、施工擾動地表面積及損毀植被面積，最大程度降低工程建設對周邊生態環境的影響。如在大壩永久管理范圍內設置臨時堆料場，以減少工程新增臨時占地面積；工程開挖土石方可用于大壩回填、場區平整或壩后壓戧平臺，以減少工程取料和永久棄渣量，盡量做到無永久棄渣。

2.3" 做好邊坡防護

在上下水庫、壩后壓坡體、隧洞、道路及料場等建設過程中形成的裸露邊坡是水土流失的重點部位，其下墊面條件差，坡度較陡，普通的植物措施成活率低［2］，因此治理難度大。合理區分不同邊坡的施工擾動和水土流失特點，結合邊坡類型、位置和面積，因地制宜、合理選擇措施類型，是做好邊坡水土流失防治的必然要求。

2.4" 加強臨時防護措施

工程建設土石方開挖量為1 473.83萬m3，回填量為1 707.67萬m3，借方233.84萬m3。總工期8 a，土石方臨時堆存時間較長，且調運頻繁，因此施工期間應采取完善、有效的臨時排水、攔擋及苫蓋等防護措施，以防止松散土體遭遇大風和暴雨天氣時產生嚴重的水土流失，對區域生態環境和工程建設造成嚴重的影響。

3" 防治措施設計

區域水土流失治理應堅持綜合治理、因地制宜的原則，以保護和建設山地森林草原植被、提高水源涵養能力為重點，以小流域為單元，合理配置坡改梯、溝頭防護、徑流排導、支擋固坡等工程措施，水土保持林、經果林、人工草地等林草措施，等高耕作、間作套種等耕作措施，形成綜合治理體系。

3.1" 表土保護

經現場調查，上下水庫壩址及庫區、補水泵站、臨時堆料場、砂礫石料場及加工系統等施工占地范圍內分布有耕地、園地、林地和草地等，尤其是上水庫施工占地范圍內耕地面積較大，表土資源較豐富，因此項目區需采取表土剝離、保護和回覆等措施，以保護表土資源，

為后期復耕及植被恢復創造條件。對各施工區開挖剖面進行分析，各施工區表土平均厚度見表1。

考慮到部分山地表土剝離難度較大，最終確定項目區表土可剝離量為28.76萬m3。根據工程總布置及各施工區后期土地恢復利用類型，復耕區域表土回覆厚度擬采用50 cm、綠化區域擬采用15～30 cm，共需表土量28.49萬m3。為最大限度保護表土資源，對項目區內可剝離表土全部剝離，并將多余表土回填至樞紐工程壩后壓坡區域。依據表土可利用量和需求量分析，對項目區表土進行平衡調配，最終確定項目共保護利用表土量28.76萬m3。

3.2" 棄渣綜合利用

項目主體設計采取壩后壓戧方式處理工程棄渣，即將棄渣處理與大壩基礎處理相結合，在提高壩基穩定性的同時，又可充分利用開挖的土石方。水土保持設計時將壓坡體作為微地形，打造新的景觀元素，采用“坡頂喬灌草+坡面撒草”的綠化方式。其中，喬木選用青楊、側柏、櫻花、廣玉蘭等，株行距為2 m×3 m；灌木選用月季、迎春、石楠等，株行距為1 m×1 m；草種選用狗牙根、紫穗槐和羊茅草等，撒播密度為80 kg/hm2。壓坡體景觀綠化措施在有效防止水土流失的同時，又能體現出“堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主”的大政方針。

3.3" 邊坡防護

3.3.1" 庫周邊坡和開關站邊坡

上、下水庫庫盆均是利用天然庫盆開挖規整后，再對庫周開挖、擴庫而成。施工后，對庫周邊坡和開關站邊坡均采用全坡面噴混凝土、系統錨桿錨固的支護形式。在保證水土流失防治效果的基礎上，兼顧景觀要求，在庫周邊坡馬道上布設種植槽進行邊坡綠化，即在截排水溝與邊坡坡面間設置種植槽，槽內回填0.5 m厚的種植土，內側種植攀緣植物爬山虎、外側種植垂枝植物連翹、中部種植小灌木紅葉石楠，槽內撒播草籽，草種選擇紫穗槐、狗牙根、羊茅草等。爬山虎與連翹的種植間距為0.5 m，紅葉石楠株間距為1.0 m，草籽撒播密度為60 kg/hm2。庫周邊坡防護措施布設見圖1。

3.3.2" 隧洞邊坡

導水洞及交通隧洞等邊坡以巖質和土質邊坡為主，采用高次團粒噴播植草技術進行生態護坡。該技術是利用富含有機質和黏粒的客土材料，噴播后發生疏水反應，形成黏結力極強的土壤培養基，牢固地吸附于坡面上，有效解決高陡邊坡無法覆土綠化的難題，可抵抗水蝕和風蝕，防止水土流失，美化環境。噴播厚度為6～10 cm，分層噴播，先噴播基底層，后噴播種子層。根據項目區氣候特征及綠化美化目標，選用抗性強、適合本土生長的狗牙根、紫穗槐、羊茅草、迎春、側柏等鄉土草樹種。

3.3.3" 壓坡體坡面

工程開挖無用料在施工結束后運至大壩壩后，填筑壓坡。其中上水庫壩后壓坡體共設2級馬道，馬道寬5 m，各級邊坡坡比均為1∶2.5；下水庫壩后壓坡體共設3級馬道，馬道寬5 m，各級邊坡坡比均為1∶2.2。因壓坡體為開挖的土石方填筑碾壓而成，故壓坡體坡面采用混凝土菱形網格植草護坡，網格尺寸為2.0 m×2.0 m、骨架高0.5 m。布設時需將菱形網格嵌入坡面以下0.15 m，先在骨架內鋪設一層土工布，以防止骨架內草皮流失；再混播紫穗槐、狗牙根、羊茅草等草籽，混播比例為1∶1∶1。壩后壓坡體坡面防護措施見圖2。

3.3.4" 道路邊坡

項目布設了對外交通道路、上下水庫連接道路和場內交通道路，共計56.47 km，其中永久道路長36.35 km、臨時道路長20.12 km。根據不同的邊坡擾動形式，對道路開挖形成的高陡石質邊坡，在坡腳處設置植生槽，槽內種植攀緣植物、小灌木，并撒播草籽進行綠化；對低緩處未采取防護措施的石質邊坡，采取高次團粒噴播植草措施；對回填土質邊坡，采取撒播草籽的方式進行防護。

3.3.5" 石料場邊坡

開采的石料主要用于上水庫壩體堆石填筑料源及混凝土骨料、墊層料的加工料源。石料場開采高程在1 400～1 500 m之間，每開采10～15 m設1級馬道，共設11級，每級馬道寬均為3 m。石料開采后形成的邊坡及平臺均為裸露基巖，為降低石料場對周邊生態環境的影響，在各級邊坡及馬道上布設種植槽，槽內客土種植攀緣植物和小灌木，對邊坡進行綠化；在開采平臺上覆土撒播灌草，進行綠化（見圖3）。種植槽擋坎采用塊石漿砌，為矩形斷面，坎高0.70 m、頂寬0.40 m，槽內填0.65 m厚種植土，在擋坎底部布設直徑5 cm的排水孔，以排出槽內積水。

4" 結束語

隨著抽水蓄能電站建設規模的日益增大，工程建設過程中帶來的水土流失問題也日益突出，為貫徹落實“生態優先，綠色發展”理念，結合抽水蓄能電站上、下水庫建設擾動地表面積較大的特點，提出主體設計應從優化施工布置方案出發，提高工程土石方開挖量的綜合利用率，將工程開挖無用料用于填筑壩后壓戧平臺，從而減少工程取料及棄渣工程量，最大限度降低施工擾動地表及損毀植被面積。水保設計應根據邊坡類型、位置、設計標準等分別采取高次團粒噴播、框格植草、植生槽、撒播草籽等不同的邊坡防護措施，充分考慮項目區景觀綠化要求，以減輕工程建設對項目區生態環境的影響。施工期間應嚴格控制施工擾動范圍，做好表土資源保護和臨時防護措施，避免因工程施工導致項目區內水土流失加劇，進而造成嚴重危害。

［參考文獻］

［1］ 孫天妙，曹建生，陽輝，等.北方土石山區水土流失治理現狀與展望［J］.防護林科技，2022（5）：56-61.

［2］ 凌峰，石艷龍，羅冰.大型抽水蓄能電站水土保持生態護坡技術與實踐：以河北豐寧抽水蓄能電站一二期工程為例［J］.海河水利，2021（6）：42-45.

收稿日期： 2024-02-28

第一作者： 王佳欣（1991—），女，河南武陟人，工程師，碩士，主要從事水土保持設計工作。

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（責任編輯" 張緒蘭）