龙门渠引水工程水土流失因素分析及防治措施

姚锋杰

(山西省水利水电勘测设计研究院)

1 工程概况

龙门渠引水工程是为解决交城县工农业生产及城市生活用水而新建的引水工程。工程由取水枢纽、输水箱涵、输水倒虹吸、输水隧洞、输水埋涵、输水压力管线及附属建筑物组成,线路总长度31.474 km,引水流量 1.3 m3/s,其中工业 0.5 m3/s,农业 0.8 m3/s。年引水量 1800万 m3,其中工业1100万 m3,农业 700万 m3。

该工程取水口设在交城县西社镇沙沟村上游的龙门口,位于文峪河水库大坝上游 6.5 km,柏叶口水库坝址下游 19.5 km处。从文峪河中游龙门口筑坝引水,输水线路沿文峪河北岸向东行,工程末端为高速公路立交桥南侧蓄水池。

项目组成包括:取水枢纽、输水线路、管理站、供电线路、弃渣场、施工临建和施工道路等。工程总占地面积 68.42 hm2,其中永久占地 28.9 hm2,临时占地 39.52 hm2。工程建设期挖方量 120.22万 m3,填方量 99.06万 m3。工程总投资 35942.93万元,其中土建投资 25148.11万元。工程已于 2010年 1月开工,计划 2012年 11月完工,总工期 35个月。

2 自然环境

工程所在地属暖温带大陆性半干旱气候,多年平均气温 10.5℃,极端最高气温 39.9℃,极端最低气温 -27.4℃,≥10℃积温为 3614.9℃;无霜期100-170 d;多年平均降水量 480 mm,主要集中在6-9月间;年均蒸发量 1562.1 mm;最大冻土深度125 cm;年均风速 1.0 m/s,最大风速 22 m/s。

工程区主要地貌类型为土石山区,线路经过的地貌为中低山区、河流阶地和冲积平原。土壤类型主要为褐土。植被类型为暖温带针阔混交林区,覆盖率为 32.8%。

3 水土流失现状

根据全国第三次水土保持遥感普查,工程区大部分为轻度水力侵蚀区,中低山区年土壤侵蚀模数为2000 t/km2,山间河谷区年土壤侵蚀模数为1500 t/km2,冲积平原区年土壤侵蚀模数为800 t/km2。输水线路年土壤侵蚀模数加权平均值为 1200 t/km2,土壤容许流失量为200 t/km2·a。

4 工程建设水土流失预测分析

4.1 施工期水土流失因素分析

工程在施工准备期,进行场地的“五通一平”,开展大规模的土石方开挖及回填作业,由于原地貌被扰动,地面的覆盖物(植被等)被清除,大面积的土地将完全暴露,大量虚土临时堆积,极易产生水土流失。

工程输水管线较长,水土流失主要发生在施工期间,管线开挖、回填等施工活动易产生水土流失。引水隧洞开挖过程中产生的弃渣,堆放在沟道,如不采取切实可行的防护措施,将会成为最为重要的水土流失源。

4.2 水土流失预测

通过对工程施工期水土流失因素的分析,根据项目区的水土流失特点,在广泛收集有关资料的基础上,采用类比法对施工过程中的水土流失进行了预测,结果如下:

工程建设期间扰动地表面积 68.42 hm2;损坏水土保持设施面积 58.46 hm2,其中耕地 7.18 hm2,园地 0.91 hm2,荒草地 50.37 hm2;弃渣量 21.16万 m3,主要来自于隧洞开挖,全部堆放至弃渣场;工程建设造成的土壤侵蚀总量为 12072 t,其中原地貌土壤流失量 3965 t,新增土壤流失量 8107 t;在新增土壤流失量中,施工准备期704 t,建设期5549 t,自然恢复期 1855 t。

5 水土流失防治措施

针对本工程施工活动引发的水土流失特点和造成的危害程度,笔者认为输水管线、弃渣场应作为水土流失防治的重点区,采取工程措施、植物措施和临时措施等对施工过程中的水土流失进行防治。

5.1 输水管线

5.1.1 工程措施

(1)表土剥离:临时占用耕地面积 7.18 hm2,占用园地面积 0.91 hm2,施工前进行表土剥离,表土剥离面积共计 8.09 hm2,剥离厚度 0.3 cm,施工结束后表土返还、平整、复耕。

(2)土地整治工程:施工结束后对占用荒草地进行土地整治,整治面积为 4.52 hm2。

5.1.2 植物措施

在输水管线占用荒草地的区域采取种植灌木的方式恢复植被。灌木选用当地适生的荆条和黄刺梅混交,穴状栽植,密度为 3500穴/hm2,整地规格为40×40×40 cm。需荆条和黄刺梅各 5250株。

5.1.3 临时防护措施

输水管线管沟开挖时,开挖土料堆放在管沟一侧。表层土堆放在临时堆土底部,平整后再依次堆放下层开挖土料。

输水管线管沟开挖断面为梯形,临时堆土两侧坡脚用双层装土草袋拦挡,装土草袋互相叠压,按1∶0.7向内收坡,顶面采用彩条布苫盖。

工程输水管线全长 31.47 km(包括箱涵、倒虹吸及 PCCP管线),施工过程中总开挖量为 89.86万 m3,由于施工工艺确定管线施工为分段施工,开挖土方不需要同时临时防护,故装土草袋可以多次利用,第一段管线埋设回填后,装土草袋可以转入第二段管线临时防护场地继续使用,考虑 0.35的装土草袋重复利用系数,计算得临时防护的工程量为草袋土填筑 6912 m3,苫盖需铺彩条布 15000 m2。

5.2 弃渣场

工程设计共需 5个弃渣场,总弃渣量 21.16万 m3,占地面积 7.25 hm2(见表 1)。

表1 弃渣场布置表

5.2.1 工程措施

在沟口较窄处设置浆砌石重力式挡渣墙,墙高2.3 m,顶宽 0.5 m,基础埋深 1.1 m,墙趾高 0.8 m,前后墙趾均为 0.5 m,坡比为 1∶0.5,挡渣墙下铺设碎石垫层,厚 0.2 m。挡渣墙总长度 124.6 m,弃渣堆弃于墙后,随着堆渣量增加,于挡墙顶部按照 1∶2坡比,每升高 5 m设置一平台,同时沿平台内侧布设浆砌石横向排水沟,连接于渣场周边截洪沟。渣顶前段设置挡水土埂,总长度 463.15 m,拦截进入渣坡的洪水。渣坡采用干砌石护坡防护,厚 0.3 m。弃渣场周边设截洪沟、排水沟 3742 m,护坦 5处。

5.2.2 植物措施

渣场到达最终堆渣高程后平整,进行绿化,绿化面积 5.81 hm2。利用枢纽工程、输水箱涵和倒虹吸管道工程的开挖土方,满足灌草栽植需要。渣顶采取灌草混交模式进行绿化,灌木选用荆条和黄刺梅,草种选用无芒雀麦。荆条和黄刺梅株行距均为1.5 m,穴状栽植,密度为 3500株 /hm2,整体规格为40×40×40 cm。无芒雀麦采取撒播方式,撒播面积5.81 hm2,30 kg/hm2,共需草籽 174.3 kg。

6 结论

通过对工程区不同时期可能造成水土流失的因素分析,结合主体工程具有水土保持功能工程的分析评价与本工程的水土流失特点,在对水土流失情况进行预测分析的基础上,提出采取工程措施、植物措施与临时防护措施相结合的防治方案,对工程区原有的水土流失和工程建设新增的水土流失进行科学防治,从而形成比较完整的水土流失防治体系,改善了工程区及周边地区的生态环境,使得工程建设能够充分发挥良好的综合效益。