黑河上游弃渣场水土保持措施配置模式及应用效果

董彦丽，高金芳，张 峰，马 涛，陈爱华

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730000)

开发建设项目造成的弃土弃渣不仅影响当地生态环境和自然景观，而且对人民的生命和财产安全造成威胁[1]。很多学者对弃土弃渣场水土流失特征进行了研究[2-4]，结果表明，降雨强度、降雨历时、降雨季节及弃渣场植被会对弃渣场土壤侵蚀特性产生不同的影响；在弃渣场防治措施方面，针对不同地域、不同类型弃渣场，有研究者从拦挡工程、边坡防护工程、防洪排导工程、植被恢复工程和临时防护工程等方面提出了相应的防治措施[5-9]。因此，因地制宜地防治弃渣场水土流失，减小其对周边生态环境的影响是生产建设项目水土保持工作的核心内容。

祁连山黑河上游，是祁连山-黑河国家级水土流失重点预防区，生态环境较为敏感，在水利水电工程建设过程中产生的弃渣应该合理堆放，否则就会占用河谷沟道，可能造成下游河道堵塞，影响行洪，造成该区域土壤、植被等生态环境因子破坏。基于此，本文针对祁连山黑河上游高山峡谷区特殊的地理环境与生态特征，根据对研究区弃渣场水土流失治理措施的调查，分析了弃渣场水土保持工程措施和植物措施类型及分布，总结了高山峡谷区不同类型弃渣场水土保持措施配置模式，评价了高山峡谷区水利水电建设项目典型弃渣场水土保持措施配置模式应用效果，期望最大限度地减轻弃渣场水土流失对环境的危害，保护脆弱的生态环境，以此促进黑河上游社会、经济、环境的协调发展。

1 研究区概况

祁连山黑河上游高山峡谷区，河谷多呈V形，海拔1 680～5 280 m。气候干燥、降水量少且主要集中在6—9月，多年平均降水量175.4 mm，多年平均蒸发量1 378.7 mm，平均气温为8.5℃，绝对最高气温37.2℃(1961年6月)，绝对最低气温-33.0℃(1955年1月)，日温差较大，最大冻土深度1.5 m。土壤主要为寒毡土和栗钙土，寒毡土主要分布在河谷两岸山体的上部，具寒冷土壤温度特征，但土层较薄，牧业利用价值较低；栗钙土分布在地势较为平缓的地带，剖面一般具有有机质≥2%的饱和暗色表层，地表至50 cm深范围内有钙积特征。植物主要有沙棘、高山柳、杜鹃、锦鸡儿、金露梅、黄花蒿、沙葱、骆驼蓬、狗尾草、臭蒿、乔麦、雀麦、冰草、猪毛草、大刺蓟、地肤、东方铁线莲、苦荬菜、芨芨草等。

2 研究方法

本研究选取黑河上游5座水电站8处弃渣场作为调查样地，采用实地调查法对弃渣场海拔、类型、占地及弃渣场工程措施分布类型进行调查记录；应用典型抽样法，在每个研究样地内设置2个1 m×1 m的样方，分别记录样方内草本植物物种、数量、高度、覆盖度等指标。

3 结果与分析

3.1 弃渣场水土保持措施

祁连山黑河上游为高山峡谷区，两岸地势陡峭，弃渣场占地面积有限，为保证河流顺畅，弃渣量一般都小于30万m3，均为小型弃渣场，侵蚀类型以水力侵蚀和重力侵蚀为主。弃渣场类型包括临河型、沟道型、平地型，其中以临河型居多；占地类型为河滩地、荒地、河谷阶地等地类。因此，为防止弃渣堵塞河流，弃渣场水土保持措施的选用尤其重要。依据弃渣场分布类型及周边地形，布设适宜的工程措施，临河型弃渣场主要以拦渣堤为主，有浆砌石和铅丝石笼两种类型；沟道型和平地型弃渣场适宜布设浆砌石挡渣墙、浆砌石护坡、干砌石护坡，并配套排水措施(表1)。

表1 黑河上游典型弃渣场类型及水土保持工程措施

分析不同水电站典型弃渣场植被，未覆土渣场砾石表面经长时间自然恢复后，植物数量少且种类单一，主要有葶苈、苦荬菜、藜、紫菀等草本植物，优势种为葶苈。宝瓶河水电站2#渣场和4#渣场覆盖度分别为6.75%、2.87%；二龙山水电站河滩地渣场植被覆盖度为10.20%，覆盖度都较低。

经过覆土的弃渣场，在前期人工恢复、播种草籽、栽植树木基础上，再经自然恢复，植物种类丰富，覆盖度都较高。宝瓶河3#渣场植被覆盖度达到18.31%；三道湾水电站1#渣场植被覆盖度达到15.63%；大孤山B2渣场植被覆盖度达到36.60%；大孤山厂区渣场经过栽植树木，配套灌溉设施，植被覆盖度达到68.00%；小孤山水电站渣场覆盖度为6.75%。主要植被类型有苦荬菜(Ixerispolycephala)、藜(Chenopodiumalbum)、醉马草(Achnatheruminebrians)、芨芨草(Achnatherumsplendens)、早熟禾(Poaannua)、冰草(Agropyroncristantum)、紫菀(Astertataricus)、骆驼蓬(Peganumharmala)、车前草(Plantagoasiatica)、糙叶黄耆(Astragalusscaberrimus)、甘菊(Chrysanthemumlavandulifolium)、狗尾草(Setariaviridis)、小花棘豆(Oxytropisglabra)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz)、新疆杨(PopulusalbaL)(表2)。

3.2 弃渣场水土保持措施配置模式分析

经过对祁连山黑河上游弃渣场水土保持措施的分

表2 黑河上游典型弃渣场植被覆盖度

析，本文分析总结了临河型、坡地型、平地型3种类型弃渣场水土保持措施配置模式。

3.2.1 临河型弃渣场

临河型弃渣场是黑河上游的主要渣场类型，一般占用河道沿岸地势较为平坦的河滩地或河谷阶地，多为卵砾石地及河沙堆积区，经疏导后，不会影响行洪。宜采用“拦渣堤(浆砌石、铅丝石笼)+干砌石护坡+覆土+人工恢复植被+自然修复”的配置模式。

黑河上游河流沿岸地形较陡，临河型弃渣场挡渣堤具有挡渣和防洪的双重功能。弃渣场坡脚部分临河，宜选择浆砌石或铅丝石笼作为拦渣堤；坡面部分采用干砌石护坡，防止弃渣落入河中；渣面顶部在弃渣整平后进行覆土，并进一步整治，然后人工恢复植被，主要选择油菜籽、高羊茅、披碱草等草籽，采用条播方式播种。前期利用人工恢复方式播种草籽促进植被生长，后期则主要依靠自然修复。临近厂区的弃渣场在播种草籽后，可栽植乔灌木，并配套节水灌溉设施，提高植被成活率，以美化厂区周边生态环境。

3.2.2 坡地型弃渣场

坡地型弃渣场一般位于缓坡地、河流或沟道两侧较高台地上，堆渣体底部高程高于河(沟)道防洪水位。弃渣沿山坡堆放在坡度不大于25°且坡面稳定的山坡[7]。坡度较陡的弃渣场应实施削坡开级措施，削坡可以减缓坡度，减小助滑力，保持坡体稳定，开级可以相对截短坡长，改变坡型、坡度、坡比，降低荷载重心，维持边坡稳定[10]。坡地型弃渣场采用“挡渣墙(浆砌石)或浆砌石护坡+干砌石护坡+截(排)水沟+土地整治+人工恢复植被+自然修复”的配置模式。

该类型弃渣场坡脚部分采用浆砌石挡渣墙或浆砌石护坡工程，在弃渣场堆渣范围外两侧开挖截(排)水沟，在马道靠近渣体一侧开挖截水沟，防止坡面汇水冲刷渣体；渣场坡面部分采用干砌石护坡，防止弃渣落入渣脚和马道；顶面部分及削坡开级后形成的马道，进行土地整治后，选择油菜、高羊茅、披碱草等草籽进行撒播，后期依靠自然修复进一步恢复植被。

3.2.3 平地型弃渣场

平地型弃渣场的弃渣堆放在宽缓平地、河(沟)道两岸阶(平)地上，适用于地形平缓，场地较宽地区；堆渣体底部拦挡措施要高于洪水位。平地型弃渣场采用“挡渣墙(浆砌石、干砌石)+覆土+人工恢复植被+自然修复”配置模式。

平地型弃渣场坡脚部分采用浆砌石或干砌石挡渣墙工程；弃渣场顶面宽阔，覆土后进行土地整治，植被恢复初期播种油菜、高羊茅、披碱草等草籽促进植被恢复，条件允许时可以配套节水灌溉设施，栽植乔灌木，以提高植被覆盖度；弃渣场坡面选择在雨季撒播草籽，依靠自然修复来促进植被恢复。

3.3 典型弃渣场水土保持措施配置模式应用效果

选取黑河上游大孤山水电站厂房弃渣场作为典型渣场，评价其水土保持配置模式应用效果。该水电站建于2009年，厂房弃渣场位于发电站厂房下游河道右岸，距上游厂房约300 m，离厂房较近，渣场位于四子龙沟沟口处，地理坐标38°37′14″N、100°01′28″E，渣体顶部高程2 080 m，渣场占地类型为河谷阶地，处于水流冲刷弯道处，占地面积0.72 hm2，弃渣量7.8万m3。弃渣主要为5#施工支洞与厂房基础开挖产生的石渣，渣体堆放延伸至电站尾水渠附近，分三级堆放，渣体顶部靠近山体一侧有简易公路，进厂道路从其接入电站办公楼及厂房。

该弃渣场属于临河型渣场，水土流失防治措施采用了“铅丝石笼拦渣堤+干砌石护坡+排洪沟+渣体顶部覆土+人工植被恢复(草本、乔木)+自然修复”的配置模式。

该弃渣场位于河道冲刷面的弯道处，考虑到水流冲刷，坡脚处因河道冲刷的松散堆积物较多，且水流较湍急，选择了铅丝石笼作为拦渣堤，铅丝石笼长宽高分别为2.0 m×1.0 m×1.0 m，网孔大小0.2 m×0.2 m。铅丝石笼以上渣体坡面应用干砌石护坡防护，高1 m，坡比1∶2。渣场位于四子龙沟沟口处，对沟道排洪非常不利,据调查，2010年8月，受短时暴雨影响，四子龙沟暴发泥石流灾害，泥石流将原弃渣场顶部东侧靠近山体的排洪沟堵塞，由渣体顶部漫过，在渣体中间冲开一道进口宽约14.0 m、出口宽约5 m、深约6 m的“八字形”沟道。因此，后期增建了混凝土排洪沟，防止山洪、泥石流冲刷渣场。排洪沟分布在两个进沟口，宽约6 m，一个出口，宽约20 m。排洪沟两侧浆砌石挡渣墙高1.0 m，压顶宽0.45 m；挡渣墙中分布“品”字形排水管，间距3 m，排水管直径0.1 m，PVC材质。弃渣场距离厂房较近，植被恢复兼具绿化美化效果，因此在弃渣场顶部覆土30 cm并进行土地整治后，撒播扁穗冰草，栽植旱柳，株行距均为3 m，并配套了节水灌溉设施，提高植被成活率。

该弃渣场经过8年运行后，目前渣体稳定，铅丝石笼拦渣堤拦渣效果良好，未发生渣体进入河道现象；排洪沟运行良好，未发生渣体冲毁现象；渣场植被自然恢复后，渣体顶面和坡面未发生水土流失现象，植物种类丰富，目前已有扁穗冰草、苦荬菜、紫菀、藜、狗尾草等草本植物，栽植的旱柳平均胸径已达到10 cm，植被覆盖度达到了68%。

4 结 语

(1)祁连山黑河上游弃渣场类型主要有临河型、坡地型、平地型；占地主要是河滩地、荒地、河谷阶地等地类；实施的水土保持措施有拦渣工程、护坡工程、防洪排导工程及植物措施；未覆土渣场植物种类单一，覆盖度低，覆土渣场植被种类丰富，覆盖度高。

(2)提出了3种类型弃渣场水土保持措施配置模式：临河型弃渣场的配置模式为拦渣堤(浆砌石、铅丝石笼)+干砌石护坡+覆土+人工恢复植被+自然修复；坡地型弃渣场的配置模式为挡渣墙(浆砌石)或浆砌石护坡+干砌石护坡+截(排)水沟+土地整治+人工恢复植被+自然修复；平地型弃渣场的配置模式为挡渣墙(浆砌石、干砌石)+覆土+人工恢复植被+自然修复。

(3)黑河上游大孤山水电站厂房弃渣场采用“铅丝石笼拦渣堤+干砌石护坡+排洪沟+渣体顶部覆土+人工植被恢复(草本、乔木)+自然修复”的配置模式，各项工程措施运行良好，植物物种逐渐丰富，植被覆盖度达到68%，有效控制了渣场水土流失，小区域生态系统稳定。