大型跨流域输水工程水土保持特点及生态景观设计

刘素君，郑基权，尚生勇

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

1 工程概况

大型跨流域输水工程是指在水资源丰沛流域新建取水工程，采用自流或加压方式，将部分水资源通过新建输水隧洞及输水管线调往缺水地区的大型水利水电工程。

我省重点输水工程输水线路全长约600km，其中隧洞长290km，管线长310km。供水范围涉及2省5个地级市、14个县城和3个工业园区，设计供水量20.84亿m3，主要建筑物由输水隧洞、输水管线、配水站、消能电站、交叉连接建筑物、隧洞出口等组成，建设永久巡线路298km。

主体工程于2012年6月开工，2018年12月主体工程建设任务全部完成，全线已具备通水条件。截止目前，水土保持工程大部分已实施，剩余工程计划于2019年底全部完成。

工程建设情况如图1所示。

2 工程特点分析

2.1 输水距离长，供水人口多，占地面积大

辽宁省重点输水工程输水线路全长598.57km，规划水平年总供水人口可达896.3万人，管道段建设永久巡线检修路298.18km。

工程占地总面积4884.46hm2，其中永久占地758.82hm2，临时占地4125.64hm2。其中吉林省98.02hm2，辽宁省4796.44hm2。

2.2 涉及不同水土保持区划，穿越重点防治区较多

项目区水土保持区划分属于东北黑土区和北方土石山区。

项目区穿过长白山国家级水土流失重点预防区、东北漫川漫岗国家级水土流失重点治理区、西辽河大凌河中上游国家级水土流失重点治理区和辽西低山丘陵省级水土流失重点治理区。

2.3 输水隧洞长，输水规模大，施工支洞多，土石方量大

工程共建设输水隧洞长290.47km，成洞洞径8.5～5.8m，沿线布设施工支洞52条。

工程土石方开挖量7866.21万m3，回填及工程利用量5407.37万m3，外购土方17.72万m3，综合利用量1124.90万m3，弃渣量1351.66万m3(自然方)。

2.4 弃渣场多，广布于工程沿线

工程弃渣主要为隧洞和施工支洞开挖石渣，共选定67处弃渣场，广泛分布于沿线12个县区。按弃渣场级别设3级渣场3处，4级渣场29处，5级渣场35处。按弃渣场类型设坡地型渣场19处、沟道型渣场27处、平地型渣场21处。

2.5 项目区水文气象，植物区系差别较大

项目区位于吉林东南部山区、辽宁东部山地丘陵区、辽宁西北部低山丘陵区。项目区沿线14个县市多年平均气温变化为4.8～8.6℃，≥10℃有效积温2750～3640℃；多年平均降水量变化为850～480mm，多集中于7—9月；多年平均蒸发量1041～2124mm；多年平均风速1.5 ～4.2m/s；多年平均日照时间2260 ～2846h；最大冻土深度114～200cm。

图1 工程建设情况图

项目区植物区系涉及长白植物区系、华北植物区系和蒙古植物区系，植被类型为针阔混交林及其次生林区、油松栎林及其次生灌丛区、农业植被及草甸区、山杏矮林油松栎林及其草原化灌丛区等，林草覆盖率为10.1%～81.4%。

3 水土保持设计重点难点分析

3.1 弃渣场防护设计

本工程弃渣量大于50万m3或弃渣高度大于20m的4级及以上弃渣场多达32处，由于输水隧洞大部分位于吉林东南部和辽宁东部山地区，土地资源利用率很高，外加输水隧洞洞径规模较大，为节省土地，弃渣除工程及综合利用外，均需选择弃渣场集中堆置且堆高较大。由于吉林东南部和辽宁东部山区属水资源相对丰富地区，因此弃渣场整体稳定分析、确保挡渣工程安全稳定、弃渣场外部和渣场截洪排水工程设计等为工程弃渣场水土保持设计的重点和难点。另外，由于弃渣场堆渣大部分为TBM洞挖石渣，外加山地区土层薄且贫瘠，后期植被恢复难度较大，因此弃渣堆置前的表土剥离和防护至关重要，为保证植物成活率，种植穴内客壤质土种植也十分关键。

3.2 水土流失防治目标确定

项目区属于大型线性工程，水土保持区划分属于东北黑土区和北方土石山区，因此应分区确定水土流失流失防治指标。另外根据GB50433—2018《生产建设项目水土保持技术标准》规定，项目涉及多个水土保持区划时，水土流失防治指标还应计算设计水平年的综合指标值。因此根据工程不同区段的水土流失特点计算水土流失防治分区指标和综合指标值也是水土保持设计难点。

3.3 输水管线区水土流失防治

重点输水工程水土流失防治责任范围为4884.46hm2，其中输水管线区3800.29hm2，占比达78%，因此输水管线区开挖土方的临时防护、表土剥离及防护、后期植被恢复均为本项目水土保持设计重点。

3.4 适宜植物措施优选

项目区涉及吉林东南部山区、辽宁东部山地丘陵区、辽宁西北部低山丘陵区，项目区植物区系区域长白植物区系、华北植物区系和蒙古植物区系的交汇地带，各区水文气象条件、土壤质地、植被类型等各不相同，科学合理选择适生植被、因地制宜设计植物防护措施也成为本工程水土保持设计难点。

3.5 管理区生态景观设计

本工程沿输水管线设5座配水站和3座消能电站，场站区为工程管理维修永久办公区域，场内生态景观需求较高，因此采用景观园林标准，配置高低错落的景观植物和花卉，营造景色宜人的办公环境也是本工程水土保持设计重点。

4 重点区域生态与景观设计及效果

以重点治理区弃渣场区和永久管理区为例，分析说明相关水土保持措施设计要点。

4.1 弃渣场防治区

弃渣场分布于洞线各支洞口附近，是工程重点水土流失防治区域之一。根据各渣场地形和堆放形式不同分为沟道型、坡地型和平地型。不同类型弃渣场分别采取不同的水土保持防护措施。

沟道型渣场：在弃渣堆置前，进行表土剥离，弃渣分层碾压堆放，以保持渣体稳定，在沟口设浆砌石或混凝土挡土墙。弃渣场排水系统布设主要根据其地形地貌条件，或是预留原有河道作为永久排水，或是预埋涵管底部排水。渣场顶部则根据情况在与山体衔接处设置浆砌石或混凝土截洪沟，排水设计采用20～50年一遇标准，渣场坡面排水设计采用5年一遇10min短历时设计暴雨标准。

坡地型渣场：在弃渣堆置前，进行表土剥离，弃渣沿坡分层堆放，在坡底沿沟道设浆砌石或混凝土挡土墙。渣场外部设置浆砌石或混凝土截洪沟排至坡下游自然沟道，排水设计采用20～50年一遇标准，渣场顶部及坡面排水设计采用5年一遇10min短历时设计暴雨标准。

平地型渣场：主要采取护脚、护坡工程。在弃渣堆放前，首先用推土机清理表层土，采用填土草袋做临时防护，弃渣堆放完毕后，再将表土回填。经整理后进行绿化。

水土保持坚持适地适树、注重生态景观协调性的原则，根据不同类型弃渣场的防护和景观需求，结合周边环境特点和适生植被，考虑弃渣场植物生长条件、土层厚度等条件，采用乔灌结合的生物群落结构模式，辽东山区乔木选择刺槐，灌木选择紫穗槐，辽西地区灌木选择荆条。待堆渣表土回覆后，进行穴状整地，穴内客土绿化。为美化挡渣墙坡面，沿挡渣墙下方栽植2排三叶地锦，“品”字形间隔栽植，枝条向上，以起到遮挡美化作用。

弃渣场水土保持措施实施效果如图2所示。

4.2 永久管理区

本工程管理区主要指沿线建设的消能电站及配水站，管理区绿化率均在40%以上，水土保持采取一级绿化标准，对各建筑物周边空地、围墙内侧及道路两侧，合理选择树种草种，按园林景观模式进行设计，乔木、灌木、花卉、草坪等相互交融，错落布局，整体协调，实现措施设计及实施效果有机结合。如图3所示。

5 结语

大型跨流域输水工程具有距离长、规模大、穿越地区多、工期长、渣量大等特点。本文在分析此类工程特点的基础上，首先提出了应重点关注弃渣场区和输水管线区水土流失治理和生态修复，提出沟谷型渣场稳定、挡渣工程安全、弃渣场截排水设计重点要点；此类工程多涉及不同水土保持区划，本文提出应计算分区和综合水土保持指标；此类工程涉及不同植物区系，因地制宜、科学设计适生植被也为水土保持设计重点。综上，水土保持设计以生态优先为设计理念，重点区域突出工程安全、生态与景观设计，现已取得良好成效，可为该类工程水土保持设计提供良好借鉴经验。

图2 弃渣场水土保持措施实施效果图

图3 永久管理区图