前坪水库砂砾料源优化对生态环境的影响

2020-09-29历从实张振远陈功鑫

中国水利 2020年18期

历从实，张振远，陈功鑫

（河南省前坪水库建设管理局，450000，郑州）

前坪水库建设过程中本着节约资源、保护优先、绿色建设、自然恢复原则，结合工程建设实际，多次对砂砾料源进行复勘，对料源物理、化学指标进行分析，研究砂砾料源优化对生态环境的影响，确定了“节地保田、扩库增容、坝下保护、坝上深挖”优化方案，取得了较好的生态环境效益和经济效益。

一、初设阶段料源规划及开采方案

前坪水库大坝为黏土心墙砂砾石坝，坝体所需的天然建材在库区储量丰富，砂砾石分布于大坝上下游河道内，土料在库区上下游均有分布，运距较近；本次在坝址上下游共选取的3 个土料场均位于汝河右岸，交通便利。 3 个料区均位于Ⅱ级阶地。

1.料场选择

（1）土料

主体工程土方开挖约181 万m3，其中主坝开挖147 万m3，多为坝基覆盖层清除，不满足主体工程填筑需求。经土石方平衡，将 24 万 m3土方用于上游戗堤及戗堤与围堰之间的填筑，其余运输至弃渣场。

本工程需用土料填筑部位主要为主坝黏土心墙，共计约191 万m3。考虑压实系数，共需土料约240 万m3。为尽量少占耕地，选择上游鸭兰沟和西沟土料场取土为主，考虑蓄水后心墙填筑，下游上店土料场规划取土20 万m3，鸭兰沟料区土料储量约169.5 万m3，运距较近，规划从鸭兰沟料区取土165 万m3，西沟土料场取土 55 万m3，上店土料场取土 20 万 m3。

（2）砂砾料

主坝工程砂砾料开挖约164 万m3,其中坝体砂砾料填筑利用115 万m3，其余运至弃渣场。

本工程需用砂砾石料的部位主要有主坝坝壳及主坝上游围堰填筑，共计约 890 万 m3，考虑压实系数，共需砂砾料约1 121 万m3。根据土石方平衡，115 万 m3利用坝基开挖料，其余 1 006 万 m3需从砂砾料场开采。根据就近利用原则，同时考虑各料场储量、特性以及汛期施工等因素，初步选定从坝址上游，库区淹没范围内西沟至鸭兰沟砂砾石料场和坝址下游上店至北汝河桥砂砾石料场开采。西沟至鸭兰沟砂砾石料场储量约365万m3，考虑开采难度、质量保证等因素，规划开采 300 万 m3，其余 706 万 m3从上店至北汝河桥砂砾石料场开采。

（3）砂石料及混凝土粗、细骨料

工程共需砂石垫层料78 万m3,混凝土粗、细骨料约59 万m3，前坪至上店料场级配较好，距离坝址最近，推荐为砂石垫层料。由于天然砂砾料具有碱活性，所以混凝土粗、细骨料选择大营石料场进行加工。

经砂石料平衡计算，需开采砂砾石原料 102 万 m3,占地 502 亩（1 亩=1/15 hm2，下同）；大营石料场开采 65万 m3，占地 84 亩。

（4）块石料

本工程共需块石料约169 万m3，需要量较少，主要为围堰防护和大坝下游排水沟，可以从导流洞和泄洪洞开挖料中收集。

2.料场开采

（1）土料

根据施工导流设计，施工期坝址上游全年20 年一遇水位372.60 m。而上游鸭兰沟土料场高程为351～403 m，西沟土料场高程为380.0～403.0 m,大部分高于施工期全年20 年一遇水位，施工期可正常开采，上店土料场位于坝址下游，水库开始蓄水后上游土料淹没时用于坝体填筑。

土料开采。采用推土机或铲运机清除无用层，勘察期间土料含水量满足直接填筑需求，施工期间应根据天然降水情况对土料含水量进行复核,含水量大时应采取挖排水沟降低土区含水量或机械犁耙晾晒土料，2～4 m3液压挖掘机装15～32 t 自卸汽车运输上坝。

（2）砂砾料

上游西沟至鸭兰沟砂砾料场规划开采砂砾料300 万m3，下游上店至北汝河桥砂砾石料场706 万m3。

砂砾料场位于河道内，开采受到天然来水影响，由于工程位于浅山至丘陵过渡地带，河道比降陡，洪水退水快，不会成为工程施工制约因素。砂砾料开采采用2 ～4 m3液压挖掘机装15～32 t 自卸汽车运输上坝。

（3）砂石料及混凝土粗、细骨料

砂石垫层料自设筛洗系统筛分。原料采用 2～4 m3液压挖掘机装 15～32 t 自卸汽车运输，筛分系统筛选，成品料用 1～2 m3装载机装 10～15 t 自卸汽车直接运到使用地点。

混凝土骨料从大营石料场开采加工。首先采用人工配合74 kW 推土机清除覆盖层，自上而下分层进行，然后用液压履带钻机钻孔，深孔爆破石方开挖，有用石料采用2 m3挖掘机装10～15 t 自卸汽车运至加工厂，经破碎、筛洗分级堆存，1～2 m3装载机装10～20 t 自卸汽车运至使用地点。

砂石垫层料和混凝土骨料应由专业企业进行生产。

二、初设阶段砂砾石料开采方案对生态环境等的影响

1.水土流失影响

水库淹没、建筑物修建、移民安置等将破坏原有地表植被，新增裸露地表，如不采取相应水土保持措施，在一定时期内可能会加剧水土流失;弃土区压占土地也会导致土壤的耕作能力降低甚至丧失耕作能力。

2.对水生动植物的影响

对水生动植物的生境会有一定的不利影响，但影响较轻微，在可接受范围内，且是暂时的、可恢复的，因此项目施工期对生态的影响不大。

3.施工噪音对周边群众的影响

坝基防渗墙施工噪声源主要是冲击钻、混凝土拌和、振捣器噪声及交通运输噪声;土石方施工主要是由振动碾、挖掘机、推土机、汽车、爆破等引起噪声。施工大多设在旷野，一般居民离施工场地较远，超过200 m一般不会受到噪声影响，但坝址下游部分村镇居民离施工区较近，对其影响较大。需对现场施工人员和噪声敏感点采取相应防护措施或其他措施。

4.施工扬尘对空气质量及周边群众的影响

施工过程中，因施工人员活动或机械的运转而产生的大量扬尘不仅会对空气质量产生影响，同时也会影响人们的身体健康。

5.坝址下游开挖造成的影响

坝址下游规划开采深度平均4 m，河床降低后，右岸河堤地下水水位也随之降低约4 m，对沿河右岸8 km长、宽度约1 km 的农业耕地的粮食产量也会造成不良影响。

三、砂砾石料场优化方案比选

1.砂砾石料场优化方案的拟定

拟选三个方案进行比选：第一方案是采用原初设计方案；第二方案是取消坝址下游砂砾石料场，筑坝砂砾石料全部在坝址上游料场开采；第三方案是取消坝址上游砂砾石料场，筑坝砂砾石料全部在坝址下游料场开采。

2.料场优化比选指标的确定

通过不同开采方案对生态环境的影响，拟选用六个比选指标，分别是：料场开采后是否可持续利用、料场开采能否增加库容、开采后地下水对群众生产的影响 (耕地和粮食安全）、对水生动植物的影响、施工噪音对周边群众的影响、施工扬尘对空气质量及周边的影响等，并根据各指标的重要性赋予权重和分值。比选指标权重分配表详见表1。