北方土石山区某抽水蓄能电站表土剥离设计

黄 舒，周 洁，阳 凤

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

1 表土在抽水蓄能电站中的重要性

抽水蓄能电站作为保障电力系统安全稳定运行的特殊电源及最环保、能量转换效率最高、最具经济性大规模开发的储能设施，其开发建设被列入了水电发展“十三五”规划的十大重点任务之一。目前全国有近20座百万千瓦级以上大容量的抽水蓄能电站正在建设，我国抽水蓄能电站建设已进入全面发力阶段。“十三五”期间，我国将持续快速大幅提高抽水蓄能机组比例，新增投产1697万kW，新开工6000万kW，到2020年中国抽水蓄能电站运行容量力争达到4000万kW。

土壤的形成是一个有机质积累的漫长过程，经过了上千年的积累，形成了一层肥沃的土壤，其中最表层的土壤叫做表土[1]。据研究，土质好的表土，1hm2包含100t有利于植物生长的各种物质，它们有效地结合在一起将能提供农作物所需95%的氮和25%～50%的磷。表土土层厚度每下降2.8cm，作物产量就会下降7%。农民用“一碗土，一碗粮”形象地评价耕作表土。因此，保护表土意义重大，刻不容缓[2]。在抽水蓄能电站建设过程中保护表土资源尤为重要。

抽水蓄能电站枢纽建设期相对较长，建设地点多为山区、深山峡谷，交通不便，施工中修建大坝、围堰、导流等水工建筑物，建设施工道路、布设施工生产生活区，征占地面积和动土石方量均较大，对地貌和植被破坏严重。抽水蓄能电站建设末期，对地表的挖填扰动基本结束，临时堆土(石)及设备材料已清理运走，场地开始平整，后期可开展植物措施。

鉴于抽水蓄能电站交通不便，后期植物措施面积较大等特点，满足后期植物措施绿化用土需求，应本着珍惜和保护土壤资源，提高土壤资源利用率的原则，对抽水蓄能电站征占地范围内表土剥离、运输并集中储存，后期回覆使用。

2 表土剥离程序

表土剥离考虑的要素包括分区分地类、剥离的工艺和时期、取土厚度(视利用价值决定)和方量，以及运输方式等，由此设计最佳方案[2]。表土剥离工作分为以下几部分。

(1)根据已审定的施工总布置图对抽水蓄能电站征地红线范围内表土可剥离区域选择。

(2)在已选定的表土剥离区域，根据水土流失防治分区、占地类型、海拔高度等划分调查单元，进行土壤断面调查，实地分析各占地类型的可收集表土厚度。

(3)以统筹有关建设计划为指导，结合现状土壤断面调查评价结果，编制表土剥离利用方案，指导表土剥离、运输、储存和回覆等工作。

3 表土剥离区域选择及剥离厚度调查

3.1 表土剥离区域选择原则

(1)地形地貌方面，尽量选择地势平缓区域，以便于机械、人工作业，同时结合表土厚度，优先剥离表土较厚区域，控制表土剥离占地面积。

(2)占地类型方面，表土剥离应优先考虑耕地，其次为园地，最后考虑平缓林地。

(3)占地性质方面，应遵循“先永后临、先高后低”的原则。先永后临是对表土剥离区域的初次选择，指先剥离项目永久占地内的表土，当其表土量无法满足需求时，再剥离临时用地内的表土。因为永久占地对表土的破坏是永久性的、不可恢复的，而临时占地对表土的破坏则是短暂的、大多数是可以恢复的，所以永久占地(建筑物、水库淹没区)内的表土剥离应优先于临时占地[3]。

3.2 表土剥离厚度调查

表土剥离厚度根据表层熟化土厚度确定，应优先选择土层厚度不小于30cm的扰动地段。一般对自然土壤可采集到灰化层，农业土壤可采集到犁底层[4]。抽水蓄能电站中表土剥离区域应优先选择表土厚度大于0.3m的工程永久占地(建筑物、水库淹没区)内的表土。

表土剥离厚度调查方法有坡面沟槽法和打土钻法。坡面沟槽法选定坡高为1～2m的土质边坡断面，沿断面开10cm×10cm(宽×深)槽，以不扰动坡面且断面取值有效直观为宜，采用钢卷尺判读取值，其优点能直观地查看土壤断面，取值记录；缺点现场可供选择的坡面数量较少，选择范围较少。土钻法主要选取地势平坦，坡度小于10°的耕、园、林地，将土钻通过人力钻入表土层内，通过土钻上面的刻度计量表土厚度，其优点为对地表扰动小，尤其是对具有生产能力的耕、园地扰动较小；缺点为土壤断面不够直观，不便于计数统计。以下两种调查方法见图1—2。

图1 土壤断面(坡面沟槽法)

图2 土壤断面(打土钻法)

4 表土剥离总量确定

4.1 表土剥离原则

表土剥离原则采用“按需剥离原则”，其原则是需要多少表土就剥离多少，表土不够时就剥离非表层土补充，既不多剥也不少剥。这种剥离是“先以方向定需求，再以需求找供给”[5]。

4.2 表土剥离地块选择

覆土来源应优先选择表土厚度大于0.3m，工程永久占用或淹没耕地的表层熟化土[6]。某抽水蓄能电站中表土剥离部位为上水库库盆，工程管理区(业主营地)、施工营地或场地。根据海拔高度分别对以上部位进行地块编号，上水库库盆标记为①和②地块，工程管理区(业主营地)标记为③和④地块，施工营地或场地被道路分隔标记为⑤、⑥和⑦地块。

4.3 表土剥离厚度确定

根据土壤剖面结构和土壤熟化程度，表土剥离厚度一般为0.3～0.8m[7]，某抽水蓄能电站中表土剥离厚度，根据所在行政区域的土壤志和项目地质评估资料，采用坡面沟槽法和打土钻法，对土壤断面人工判读取值。现场调查中①和②地块共取5个土壤剖面，③和④地块共取10个土壤剖面，⑤～⑦地块共取8个土壤剖面。根据后期植物措施、复耕(园)所需回填量来确定剥离厚度，由于各区域内表土厚度存在差异，对土层深厚、肥沃的地方可适当深剥，对土层较薄、肥力不高的地方可适当浅剥，在总量控制(用多少剥多少)的前提下应尽量将剥离区域内最肥沃的部分土壤剥离出来[8]。综合确定表土剥离厚度，耕地和园地表土剥离厚度为0.5～0.8m，平缓林地表土剥离厚度为0.4m。各部位表土剥离厚度见表1。

4.4 表土剥离面积确定

表土剥离面积根据已审定的施工总布置图上的征地红线范围计算，应严格控制在征地红线范围内，并根据可行性研究阶段移民专业实物指标调查表，进一步复核占地类型与占地面积。

4.5 表土剥离总量确定

表土剥离总量为表土剥离厚度与剥离面积的乘积，在考虑损耗的基础上满足后期植物措施用土需求。某抽水蓄能电站表土剥离量计算见表2。

表土剥离面积为40.87hm2，剥离总量为21.49万m3。

表1表土剥离厚度一览表 单位：m

表2 表土剥离总量计算表

5 表土剥离时间

为贯彻执行“三同时”制度的原则，表土剥离措施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。表土剥离工程量应在招标设计阶段，结合主体工程分标方案一并提出。某抽水蓄能电站土建工程分标方案为筹建期土建工程标和主体土建工程标。其中筹建期土建工程标所包含组号有场内道路、交通洞、业主营地、综合仓库和加工厂、金结拼装场、仓储区、弃渣场；主体土建工程标有上、下水库库盆、发电厂房、开关站等。筹建期土建工程标中，表土剥离工程量应结合业主营地、综合仓库和加工厂、金结拼装场、仓储区等部位的场地平整土方开挖工程量中提出表土剥离数量；主体土建工程标中，表土剥离工程量应结合上水库库盆覆盖层清理中提出表土剥离数量。

根据招标阶段工程量清单，拟定表土剥离数量，并计入招标设计阶段概算。表土剥离时间结合各地块动工时间拟定，业主营地和各施工场地(综合仓库和加工厂、金结拼装场、仓储区)均安排在筹建期进行，以上地块表土剥离时段为筹建期第一年。上水库淹没及影响区安排在主体工程施工期，其表土剥离为主体工程施工期的第一年。

6 表土剥离施工组织设计

项目区表土剥离区域应均有道路到达，且道路标准满足表土运输需求，无需新建道路。

根据已划分的表土剥离地块，分开进行剥离和堆存。土层较厚的平原、丘陵区以机械剥离为主，人工剥离为辅，土层较薄的山地区以及高寒草原草甸区可采用人工剥离的方法，剥离过程中应尽量减少对土壤团粒结构的破坏[9]。针对③和④地块地面起伏较大的，采用人工施工，③和④地块中地面起伏较小的区域和其他地块(①、②、⑤～⑦地块)剥离区地面较平整，剥离表土厚度较厚，采用机械施工。机械施工选用小吨位的推土机，挖掘机、铲运机等，推荐使用反铲挖土机配合自卸翻斗车进行剥离，运输[10]。

放线：对表土剥离区不同地块划线，编号，标明表土剥离范围。

清障：表土剥离前，清除土层中较大的树根、石块、建筑垃圾等异物。

剥离：分地块进行表土剥离，并详细记录不同剥离地块的剥离量。

临时堆放：针对不能“即剥即用”的表土，应选择排水条件良好的地点临时堆存，并对表土临时堆存点采取临时措施防护。

表土应分层剥离、交错回填，保证土层顺序基本不变，防止表土剥离产生上下土层混合导致土壤结构变化[11]。

7 结语

表土作为难以再生的资源，在抽水蓄能电站后期植物措施实施中发挥着关键作用，是水土保持植物措施设计的重要环节。表土收集数量和进度直接影响植物措施实施进度和效果，直接影响生产建设项目水土保持设施验收，应注重对表土的收集和保护。本文以北方土石山区某抽水蓄能电站表土剥离设计为例，在“按需剥离”原则下进行表土剥离，重点探讨了表土剥离区域、表土剥离地块和表土剥离厚度如何确定等问题，以期能为待建的抽水蓄能电站表土剥离工作，提供一定参考。