红毛洞水电站弃渣场设计与选址合理性论证

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

山区水电站工程建设规模大、山区地形陡峭复杂、地质条件破碎等不利因素，导致土石方开挖量和弃渣量大，若不采取合适的防护措施，容易引起堆渣场冲毁、坍塌、泥石流等不利问题，导致水土流失、环境遭受破坏，直接威胁到工程本身及周边地区的安全[1-2]。弃渣场是水电站建设新增水土流失的敏感部位和重点部位，对水电站弃渣场土壤侵蚀的动态监测结果表明，在堆渣初期弃渣场土壤侵蚀强度达到极强烈[3]。因此，如何根据工程特性、地形地质等条件，正确合理进行弃渣场选址是水电站项目水土流失防治的首要问题和关键问题。弃渣场选址的合理性直接关系到项目建设征地、水土流失防治、环境保护调查评价及治理修复、工程投资等[4]。

在以往水电站水土保持方案设计中，由于地形、征地等因素的限制，水土保持方案中弃渣场多采用主体工程设计的渣场，在方案中增加弃渣场的水土保持措施，很少从水土保持角度来进行渣场位置的选择。根据水电工程的水土保持准入条件，水土保持方案中可以依据实际情况否决主体工程设计的渣场，从水土保持角度重新选择弃渣场的位置[5]。因此，在水电站工程水土保持方案设计中，不应局限于主体工程设计指定的弃渣场，要从水土保持、生态环境影响等方面来综合论证弃渣场的位置[6]。本文以红毛洞水电站建设过程中的水土流失特点、可能对生态环境的影响为主线，开展弃渣场方案合理性论证，重点研究弃渣场选址设计和方案，确保施工现场弃渣安全可靠地合理堆放。

1 工程概况

红毛洞水电站位于贵州省务川县丰乐镇茶坪村境内的洪渡河上，坝址距遵义市中心城区174km，距务川县城20km，是洪渡河水电梯级开发规划中的第四级电站。工程任务以发电为主，兼有拦沙和防洪等功能。坝址以上流域面积1141km2，干流河长79.2km，多年平均径流量8.17亿m3，多年平均流量25.9m3/s。电站枢纽由堆石混凝土重力坝、左岸坝后式发电系统、泄洪建筑物等组成。电站水库为中型，枢纽工程为Ⅲ等，发电工程为Ⅳ等。红毛洞坝址上游约200m为偏阳洞水电站(已成)大坝，偏阳洞水电站建于1989年，水电站枢纽为砌石拱坝，坝高15m，电站水库库容77万m3。红毛洞水电站建成蓄水后将直接淹没偏阳洞水电站，目前偏阳洞水电站已停止运行。红毛洞水电站建设弃渣量约19.08万m3，项目位于地形切割较发育河谷地带，可供渣场选址的位置有限，故弃渣场选址合理性的论证分析尤为重要。

2 弃渣场选址合理性分析与评价

2.1 渣场类型

《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中明确提出：在西南土石山区高山峡谷地带进行水电站工程建设，由于电站坝址所在河段地形较陡、施工布置困难，可供弃渣的场地有限，在弃渣场选址尤其是临河型和水库型弃渣场选址时，必须进行详细科学论证，降低建设项目对生态环境的影响[7-8]。《水利水电工程水土保持技术规范》(SL 575—2012)中规定：按照弃渣场地形条件、弃渣场与河(沟)相对位置、洪水处理方式等，将水利水电工程弃渣场分为沟道型、临河型、坡地型、平地型、库区型5种[9]。沟道型弃渣场应选址于库内两岸平缓的支沟，不宜设在汇水面积和流量大、沟谷纵坡陡、出口不易拦截的沟道，弃渣场应临近施工道路，弃渣运输方便，并利于水土保持措施的布置，施工期应完善冲沟排水措施和沟口拦挡措施；临河型弃渣场位于大坝上游主河道或支流两岸平缓台地，弃渣堆置应不挤占行洪河道，不妨碍航运及河床构建物功能的发挥[10]。为防止施工期弃渣侵占河道影响行洪安全，应沿临河边坡完善拦挡措施并满足施工期防洪要求；坡地型(俗称缓坡型)弃渣场是指将弃渣堆放在宽缓平地、河流或沟道两侧较高台地上，渣体底部高程高于沟道中防护渣体的设计洪水位，不需要考虑渣场对沟道防洪的影响，但是要设置护坡工程[11]；库区型弃渣场是将弃渣堆存在主体工程水库库区内河(沟)道两岸台地、阶地和河滩地上，水库建成后堆渣体全部或者部分被库水淹没，按照弃渣堆积高程与水库正常蓄水位和死水位的相对位置，有可分库面型、库中型、库底型3种。结合红毛洞水电站工程地形地质等条件，设计优选冲沟堆渣和库底堆渣两种方案进行优化比选。

2.2 弃渣场合理论证分析

2.2.1 主体设计冲沟型弃渣场方案

主体工程施工建设弃渣场选在大坝上游左岸1.5km处，此处有一条天然季节性冲沟，属于冲沟型弃渣场，该冲沟长约1000m，沟底宽20～40m，深20～40m，冲沟底部地势平缓、基岩出露，距离水电站正常水位线340m，堆渣起点高程675.00m，与正常水位664.00m相差11m。堆渣高程675～700m，堆渣长度约500m，弃渣场堆渣前在675.00m高程处先建浆砌石挡渣墙进行护脚，堆渣坡比为1∶1.8。弃渣场占地2.74hm2，容量25万m3。主体设计弃渣场满足弃渣堆放要求。从施工组织角度分析，主体设计渣场弃渣运输对施工场地和在建的德习高速路干扰较大。从水土保持渣场选址规定角度分析，一是主体设计渣场距离拟建红毛洞水电站大坝正常水位水面线只有340m，最不利因素考虑渣场失事易形成涌水，对大坝造成影响；二是渣场位置在德习高速路丰乐出口匝道可视范围，且德习高速路的修建影响弃渣场运输道路的布置和弃渣运输。因此，主体工程设计选址的冲沟型渣场存在制约性因素，须进行设计优化。

2.2.2 水土保持库底型弃渣场优化方案

根据渣场选址规定内容，通过对主体设计资料和现场的分析，可以考虑利用现状偏阳洞电站库容作为本工程的弃渣场。现状偏阳洞电站拦河坝坝顶高程631.85m，水库库容77万m3，大坝施工期间对拦河坝下游进行培厚加高作为上游挡水围堰，工程弃渣沿拦河坝上游左岸库区堆放，利用现有拦河坝承担挡渣功能，大坝施工期及工程运行期弃渣不会对大坝造成安全影响。设计堆渣高程617.50～634.00m，堆渣长度380m。导流隧洞进口底板高程627.50m，为了避免堆渣体对导流隧洞进口过水的影响，渣体堆放到高程625.00m时渣面边坡坡比取1∶2.0，且堆渣过程中边坡粒径较大的块石应进行码放或者用机械夯实，并且要求对渣体进行分层碾压。设计的库内弃渣场容量30万m3，由于水电站工程弃渣只有19.08万m3，且拟建的红毛洞水电站水库死库容1940万m3，死库容高程662.00m，设计堆渣高程634.0m与死库容高程相差28.0m，弃渣对死库容影响极小(仅占水库死库容0.98%)；其次，土石方弃渣为无放射性、无污染的固废物，对水质无污染；再次，库底弃渣场的弃渣运输对主体施工干扰较小。从节约土地和投资方面考虑，针对本工程的实际情况，根据《水利水电工程水土保持技术规范》(SL 575—2012)渣场分类，红毛洞水电站采用库底堆渣方案合理可行。主体设计冲沟堆渣位置与优化调整后的库底渣场位置关系，如图1所示。

图1 主体设计冲沟渣场与调整后库底渣场位置关系

3 弃渣场优化调整效益分析

3.1 水土保持经济效益

水土保持方案设计库底型弃渣场和主体设计冲沟型弃渣场的经济效益分析主要从建设征地投资、弃渣运费、水土保持措施投资三个方面作比较。主体设计弃渣场：征地面积2.74hm2(约41.10亩)，占地类型主要为坡耕地和灌木林地，灌木林地征地费用2.14万元/亩，坡耕地征地费用4.00万元/亩，征地费116.54万元；弃渣量19.08万m3，1.5km运距，综合单价18元/m3，弃渣运费343.44万元；水土保持措施投资，挡渣墙、排导工程、绿化工程共计81.27万元；主体设计弃渣场总投资541.25万元。水土保持方案将主体设计冲沟型弃渣场调整为库底型弃渣场后，不涉及堆渣征地、弃渣运费和水土保持措施投资等费用，相应可以节约工程投资约541.25万元。

3.2 生态环境效益

主体设计冲沟型弃渣场，建设扰动地表面积2.74hm2，其中：损坏灌木林地1.72hm2，坡耕地1.02hm2。务川县平均侵蚀模数为1176t/(km2·a)，弃渣场建设过程将新增水土流失量218.30t/a，且后期还须考虑渣场植被恢复和耕地占补平衡。通过水土保持方案优化设计为库底型弃渣场，可以充分利用现有的偏阳洞水电站库区和拦河坝工程措施，不但能有效控制工程建设实施过程中的水土流失，保护项目区周边生态环境，产生较好保土蓄水效益；同时，优化后采用库底型弃渣场不涉及堆渣征地、弃渣运费和水土保持措施投资等费用，能有效减少工程总投资，提高工程投资经济效益。

4 结 论

水电站工程建设实施过程中产生的弃渣及水土流失会对项目区生态环境造成破坏，尤其是地形地质条件复杂的西南山区，项目建设水土流失较为严重，防治措施施工难度大、投资高。因此，在保证稳定基础上进行弃渣场合理优化调整，确保渣场选址与工程具有较好匹配性尤为重要。

红毛洞水电站渣场设计过程中，综合分析后认为主体工程设计指定的冲沟型弃渣场在水土保持方面存在明显不足，因此弃用主体工程设计的弃渣场位置，结合项目实际情况，重新选择，优化采用库底型渣场。库底型弃渣场的优点是合理利用死库容、弃渣运距短减少运输成本、减少弃渣场征占地对周边生态环境的破坏、后期不用治理和维护，节约工程总投资和提高工程投资经济效益。这类渣场不足的地方是施工期占用河道行洪断面，施工期间须解决好渣场排水通道问题，确保坝基开挖和枢纽建筑物的安全施工。本文关于水电站弃渣场选址的案例可为山区水电站弃渣场选址突破主体工程指定渣场的局限性、合理选择弃渣场位置提供参考。