长益庙水库工程水土流失预测及防治措施探讨

王　莹

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)



长益庙水库工程水土流失预测及防治措施探讨

王莹

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

[摘要]水库工程的建设将导致工程所在地的土壤侵蚀模数增大，水土流失量也相应增加。对工程建设引起的水土流失进行准确预测，可为后续水土流失防治措施的布设提供依据，确保防治措施发挥良好的防治效果，达到减少水土流失、保护生态的目的。以长益庙水库工程为例，分析探讨了水库工程的水土流失预测及防治措施设计。

1工程概况

长益庙水库工程位于陕西省宝鸡市麟游县境内，坝址在麟游县两亭镇崖窑村长益庙林场内的林家河(又名长益庙河)上。长益庙水库工程具有常规水源和抗旱应急水源的双重供水任务，常规供水任务是以解决两亭镇居民生活用水、农业灌溉用水为主，兼顾解决煤矸石发电厂工业用水、河道生态用水等；抗旱应急供水任务是解决干旱情形下两亭镇居民基本饮用水、农作物播种期和生长关键期的最基本用水、重点工业煤矸石发电厂用水需求。

长益庙水库工程等别为Ⅳ等、工程规模为小(一)型，坝型为均质土坝，水库正常蓄水位1 216 m，总库容331万m3，灌溉面积146.67 hm2，设计引水流量为0.15 m3/s，最大坝高25.3 m。主要建筑物均质土坝、溢洪洞及放水洞为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。工程主要由主体工程区、取料场区、弃渣场区、施工生产生活区、道路工程区、输电通信线路区、输水线路区等组成。工程总投资6 991.24万元，于2016年4月开工建设，总工期24个月。

2水土流失预测

2.1水土流失预测范围

本工程总占地面积为46.56 hm2，其中永久性占地33.63 hm2、临时性占地12.93 hm2。水土流失预测范围为18.52 hm2，具体包括主体工程区、取料场区、弃渣场区、施工生产生活区、道路工程区、输水线路区、输电通信线路区。详见表1。

表1　水土流失预测范围　hm2

2.2水土流失预测时段

本工程建设期为2.0年。自然恢复期即在未采取水土保持措施的条件下，松散裸露面逐步趋于稳定，植被自然恢复、土壤侵蚀强度减弱并接近原背景值所需的时间。项目建设区位于渭北黄土高原区，多年平均降水量641.6 mm，本工程自然恢复期以3年计。各预测单元水土流失预测时段见表2。

表2　各预测单元水土流失预测时段　a

2.3水土流失预测参数的确定

本工程占地范围内原地貌的水土流失主要为土壤流失，施工期造成的水土流失包括施工期开挖、损坏原生地貌植被可能引起的人为加速土壤侵蚀和弃渣流失。自然恢复初期因各项措施的水土保持功能尚未完全发挥作用，仍可能造成一定的水土流失。工程扰动地表土壤流失量按《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中给出的公式进行计算。

2.3.1原地貌土壤侵蚀模数

在全国水土保持区划中项目区为西北黄土高原区(汾渭及晋城丘陵阶地区)中的秦岭北麓-渭河中低山阶地保土蓄水区。通过现场踏勘和走访当地水土保持站，参考项目区附近郭家河煤矿水土保持方案报告书，结合陕西省土壤侵蚀模数图，确定项目区背景土壤侵蚀模数为800 t/(km2·a)。

2.3.2扰动后土壤侵蚀模数

根据工程区土壤侵蚀情况，选择地貌、气候、土壤等条件类似的郭家河煤矿工程进行类比。因为根据现场调查，郭家河煤矿工程和长益庙水库工程的自然条件基本相同，侵蚀类型都以水力侵蚀为主，兼有重力侵蚀，开挖扰动后的侵蚀强度相近，同处在渭北黄土高原区，原生土壤侵蚀模数具有可比性。

本方案根据实际情况按不采取任何水土保持措施的情况下，相应类比确定扰动后土壤侵蚀模数。地表扰动后的土壤侵蚀模数根据中科院西北水保所在长武王东沟的观测试验成果和黄委西峰水土保持科学试验站在南小河沟不同地貌类型区的观测研究成果，黄土高原沟壑区扰动原地貌后造成的土壤侵蚀量是原地貌土壤侵蚀量的3～6倍。

综合上述分析，长益庙水库工程施工期的土壤侵蚀模数除弃渣场、取料场区取背景值的6倍[4 800 t/(km2·a)]外，其余各区扰动后土壤侵蚀模数取值为背景值的3倍[2 400 t/(km2·a)]。

2.3.3自然恢复期土壤侵蚀模数

自然恢复期，工程建设活动结束，地表植被逐渐恢复，土壤侵蚀强度逐步减小。自然恢复期第一年、第二年和第三年的土壤侵蚀模数分别较扰动后减少35%、50%、65%来估算，结果见表3。

表3　自然恢复期土壤侵蚀模数　 t/(km2·a)

2.4水土流失预测结果

按照以上确定的水土流失预测模式及各参数，在不采取任何防治措施的情况下，本项目施工期(含施工准备期)、自然恢复期扰动原地貌造成的水土流失总量为2 332.8 t，其中背景流失量为700.9 t、新增水土流失量为1 631.9 t。详见图1。由预测结果可知，施工期弃渣场区、主体工程区、取料场区水土流失量相对较大，为项目水土流失防治的重点区域。施工期水土流失量相对自然恢复期较大，为本项目水土流失的主要时段。若不采取积极有效的防治措施，将造成大量的水土流失，对工程和区域生态安全造成不利影响。

图1　工程水土流失量柱状示意图

3水土流失防治措施

3.1水土流失防治目标

根据《水利部办公厅关于印发〈全国水土保持规划国家级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果〉的通知》(办水保〔2013〕188号)，项目区属于子午岭-六盘山国家级水土流失重点预防区，同时按照《陕西省人民政府关于划分水土流失重点防治区的公告》(陕政发〔1999〕6号)，项目区属于渭北高原沟壑重点治理区。根据《开发建设项目水土流失防治标准》(GB 50434—2008)的规定，本项目水土流失防治标准执行等级为一级标准，对应的水土流失防治目标详见表4。

3.2水土流失防治措施

根据水土流失预测和防治分区结果，结合主体工程已有水土保持功能的工程布局，按照与主体工程相衔接的原则，对不同防治分区可能产生新增水土流失的部位进行对位治理，建立起工程措施、植物措施与临时性防护措施相结合的综合防治措施体系，以达到有效遏制工程建设新增水土流失，恢复和改善工程建设区生态环境的目的。

在主体工程防治区中，除主体工程设计的具有水土保持功能的工程外，重点补充施工过程中的临时防护措施、植物措施；在取料场防治区中，以工程措施和植物措施为主；弃渣场防治区重点补充渣场拦挡措施、排水措施、植被恢复措施；施工生产生活区中，以临时防护措施和植物措施为主；在道路工程防治区，以临时防护措施为主，并结合后期的植物措施恢复治理；输水线路防治区和输电通信线路防治区以临时防护措施为主，结合后期的植物措施恢复治理。

表4　项目区水土流失防治目标

3.2.1主体工程防治区

(1)工程措施。河床平整：坝体在施工过程中，因坝基开挖、围堰填筑、土石方堆放，将会扰动坝体上下游河床及河岸，施工结束后，对坝体上下游受到扰动的河床用履带式推土机进行压实平整，尽量恢复河流原状。地表覆土和场地平整：对管理站需要绿化的区域进行地表覆土，覆土后进行场地平整、绿化。

(2)植物措施。主体工程设计在大坝背水坡采用砼框格草皮护坡，为了进一步控制因工程建设而造成的水土流失，设计在溢洪洞进、出口坡面上栽植攀缘植物对开挖边坡进行绿化，攀缘植物选用爬山虎。管理站布设在坝址下游左岸，主要修建工程管理设施和管理人员的生活设施。设计对工程管理站进行绿化美化，在管理站周边栽植一排侧柏，在管理站空地栽植月季并在场内撒播小冠花。

3.2.2弃渣场防治区

(1)工程措施。拦挡工程：在弃渣场坡脚处布设浆砌石护脚，高度为1.8 m，长度为422.0 m。护脚的有效高度为1.0 m，埋深0.8 m，为梯形断面，顶宽0.4 m，护脚背坡比为1∶0.5，墙体采用M7.5浆砌石砌筑。排水工程：弃渣结束后，为了预防堆渣体上游坡面径流冲刷导致水土流失，设计在堆渣体顶部和平台内侧修筑排水沟，排水沟断面近似采用明渠均匀流公式计算。经计算，确定渣场顶部排水沟断面尺寸为： 底宽0.3 m，沟深0.5 m，内坡比1∶0.5，M7.5浆砌石衬砌厚度0.3 m。平台内侧排水沟断面尺寸为：底宽0.3 m，沟深0.3 m，M7.5浆砌石衬砌厚度0.3 m。土地整治和地表覆土：堆渣结束后，对渣体表面进行压实、平整，在渣体表面覆土，用于植被绿化。

(2)植物措施。堆渣结束后，在堆渣体顶部及坡面进行乔、灌植被恢复：乔木选用旱柳，株行距3.0 m×3.0 m，坑穴(0.6 m×0.6 m)种植，选用1～2年生健壮实生苗栽植；灌木选择胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)种植，选用1～2年生健壮实生苗栽植。

3.2.3取料场防治区

(1)工程措施。排水工程：取料结束后，为了预防料场上游坡面径流冲刷导致水土流失，设计在料场开挖前沿1 300 m高程处修建排水沟，把上游来水导入两侧沟道。排水沟断面近似采用明渠均匀流公式计算。经计算，确定取料场排水沟断面尺寸为：底宽0.3 m，沟深0.3 m，内坡比1∶0.5，M7.5浆砌石衬砌厚度0.3 m。表土剥离、地表覆土和场地平整：土料场原地貌为灌木林地，在料场开采前实施表土剥离，剥离厚度控制在0.3～0.5 m，表土临时堆放于料场一侧空地，用于料场开挖结束后地表覆土，地表覆土后进行场地平整以便后续植物措施的实施。

(2)植物措施。土料场采用阶梯式开采，在开采过程中土料场已形成稳定边坡，设计取料结束后，在开挖坡面上栽植灌木、植草进行植被恢复：灌木选用胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)种植，选用1～2年生健壮实生苗栽植；草种选择紫花苜蓿，草种撒播量50 kg/hm2。在开挖平台上栽植乔木、灌木；乔木选择旱柳，株行距3.0 m×3.0 m，坑穴(0.6 m×0.6 m)种植，选用1～2年生健壮实生苗栽植；灌木选用胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)种植，选用1～2年生健壮实生苗栽植。

3.2.4施工生产生活防治区

施工生产生活防治区除采取上述表土剥离与回覆、场地平整、栽植乔木和灌木等工程措施、植物措施外，在临时措施中，为防止施工场地地表被降水冲刷，增加了施工场地外围的临时排水工程。排水沟为简易土质排水沟，断面为梯形，底宽0.3 m、深0.4 m，边坡比为1∶0.5，内壁夯实。

3.2.5道路工程防治区

在临时道路区采取表土剥离与回覆、场地平整及植被恢复措施，同时在临时施工道路上边坡坡脚处布设临时排水措施，施工结束后对道路进行疏松绿化，植乔木、灌木。在永久道路区，主体工程设计在永久道路内侧修建排水沟500m，由于永久道路共1.881km，在主体工程设计的基础上，需要在其余永久道路内侧补充修建排水沟，排水沟用M7.5浆砌石砌筑成0.5m×0.5m的矩形，衬砌厚度0.3m。

3.2.6输水线路防治区

本防治区面积相对较小，从保护水土资源、减少扰动面积和及时恢复植被等方面考虑水土流失防治措施，主要采取表土剥离与回覆、场地平整和植被恢复措施。

3.2.7输电通信线路防治区

本防治区与输水线路防治区类似，占地面积相对较小，主要采取表土剥离与回覆、场地平整、植被恢复等措施。

3.3防治效果分析

经过评估，防治措施实施后，项目区各项水土保持评价指标，如扰动土地整治率、水土流失总治理度、水土流失控制比、拦渣率、林草覆盖率、林草植被恢复率等均达到或超过原设计要求。扰动土地整治率为99.2%，水土流失总治理度为99.1%，土壤流失控制比为1.1，拦渣率为100%，林草植被恢复率为99.1%，林草覆盖率为30.4%。

4结语

在开发建设过程中，只有准确预测因工程建设新增的水土流失，才能有针对性地布设工程措施、植物措施和临时措施，使工程建设导致的水土流失得到有效控制。本文提出的防治措施实施后，项目区各项水土保持评价指标均达到了防治目标的要求，使长益庙水库工程在完成常规水源和抗旱应急水源双重供水任务的同时，也具备较好的生态效益。

(责任编辑孙占锋)

[中图分类号]S157.2

[文献标识码]C

[文章编号]1000-0941(2016)07-0022-04

[作者简介]王莹(1984—)，女，陕西杨凌市人，工程师，硕士，主要从事水土保持、环境影响评价工作。

[收稿日期]2016-01-10

[关键词]水土流失；防治措施；长益庙水库