万家寨水利枢纽塌岸水土保持措施探讨

翁丽珠 段妍

水库库区塌岸是一种环境地质现象，也是一种自然现象，是不可避免的，但可以通过一定手段和措施来减轻、减缓其发生和发展过程，是可以控制的[1]。水库塌岸对策是一个较为复杂系统工程，涉及众多领域和方面，需要各个方面、多个部门、各个利益相关方通力合作，本着客观、科学精神，坚持以人为本，制定符合工程实际的应对策略[2]。

传统的塌岸治理措施常采用抛石、干砌石、浆砌石、铰链沉排、模袋混凝土、混凝土预制块、石笼防护、抗滑桩、挡土墙等工程措施，这些形式的护坡方式多注重坡岸本身稳定性和行洪排涝的基本功能，防护效果立竿见影，具有高度的精确性和可靠性[3]。但是存在工程造价相对较高，需要定期维护、不断修复等问题。随着库区边坡防护技术的发展，人们对边坡绿化美化的要求日益提高，要求边坡达到工程和景观的双重效益。传统工程措施很少考虑对生存环境、景观环境和生态环境的影响，单一工程措施已经不能满足人们对塌岸治理的需要。

塌岸水土保持措施是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对边坡进行支护，形成由工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术，一方面通过工程措施针对性地对塌岸严重区域进行边坡稳定防护；另一方面，通过坡脚、坡面的植物措施防护，进一步巩固和美化坡面，既保证边坡稳定，又追求生态治理和景观美化[4]，适用于新时代生态理念下的塌岸治理。

基于上述情况，本文选择万家寨水利枢纽为例，探讨塌岸水土保持措治理策略。

1 区域概况

黄河万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙口峡谷河段，左岸隶属山西省偏关县，右岸隶属于内蒙古自治区准格尔旗，是黄河中游8 个梯级规划的第1 个，1998 年10 月下闸蓄水。主要任务为供水、发电，兼有防汛防凌、高效节水灌溉、水土流失治理、调水调沙、城乡供水节水等作用，年供水量14 亿m3，枢纽电站装机108 万kW·h。工程枢纽规模为Ⅰ等大（1）型工程。水库正常蓄水位977.00 m，最高蓄水位980.00 m。随着时间推移，万家寨水利枢纽城坡码头至上游13 km 的水库右岸库岸出现比较严重的黄土塌岸和滑坡区域，大焦稍沟和小焦稍沟两岸已接近沿岸居民，如不及时处理可能对群众的生命财产造成影响。2019 年7 月，黄河万家寨水利枢纽有限公司全面开展万家寨水利枢纽黄土滑坡塌岸段治理，加强对特定区域、重大滑坡区域监测和重点防治等工作。塌岸治理的实施将实现万家寨水利枢纽山水林田湖草系统的修复和防治，保障其生态安全屏障。

1.1 塌岸范围规模和形态

万家寨水利枢纽右岸城坡码头至上游13 km 的库岸出现比较严重的黄土塌岸和滑坡区域。根据现场查勘结果，项目区现状边坡坡比变化较大，边坡受雨水冲刷、植物根系劈裂及风化营力作用，表面风化强烈，坡面受重力作用，蓄水、保土、保肥能力较差。

1.2 塌岸边坡分析

根据现状地形图，通过ARCGIS10.2 生成万家寨水利枢纽右岸库岸现状高程图、坡度图和坡向图。从坡度图可以看出治理区域坡度在20°～90°间，坡度变化较大，部分区域变化剧烈；从坡向图可以看出，治理区域大部分属于东北坡和东南坡。具体高程、坡度和坡向分析图如图1 所示。

图1 地形分析图

1.3 现状边坡稳定性分析

工程区为黄土丘陵山区，上部主要为硬黄土和沙壤土。根据SL 386—2007《水利水电工程边坡设计规范》及现场查勘，工程边坡不涉及相关水工建筑物，库岸边坡级别为5 级，其正常运用条件下的抗滑稳定安全系数为1.10～1.05。通过对典型现状边坡的稳定计算，分析推断万家寨水利枢纽库岸现状边坡存在基本稳定状态和不稳定状态。如图2 所示。

2 塌岸水土保持措施选择分析

2.1 工程措施选择分析

塌岸治理最有效、快捷的对策是工程措施，而具体工程措施选择应与工程实际结合起来，做到因地制宜，尤其与塌岸模式相适应，如此才能做到有的放矢，因地制宜，因害设防，达到预期效果和作用，同时有效控制成本，防止浪费[5]。目前工程护坡主要有以下几种类型，详见表1。

表1 工程措施及其适用情况研究[4]

石笼防护适用于受库水冲刷严重的较陡的土质或土石混合质库区边坡，属于柔性结构，能够自适应沉降变形，可对抗水流冲击；施工方便，可水下施工；就地取材，填放天然级配砂石，能融入自然景观，利于鱼类等生物的生存繁衍。浆砌石护岸整体性较好，抗冲刷能力更强，不易损坏。综合以上分析，石笼及浆砌石防护适用于万家寨水利枢纽塌岸治理。

2.2 植物措施设计分析

植物护坡的作用方式主要是通过坡面植物的地下根系的土壤锚固和地上茎叶的雨水截留进行的。地下广布的根系纵横交织，大大增加了土体的固着和结持力，地上部分的茎叶可减少或防止降雨及径流对地面的直接撞击溅蚀。

2.2.1 植物品种选择

万家寨水利枢纽塌岸治理重点关注植物耐水性、抗旱性、根系固土能力、抗病虫害、耐瘠薄等特性。根据不同的水位条件，应当结合项目的实际情况，将岸坡划分为几个区域地带，在不同区域选取适合的植物种类。

正常蓄水位（977.00 m）至运行水位（978.00 m）区域是库岸边坡水位变化最大的区域，在丰水期存在淹没风险，受水流冲刷较为严重，因此植物措施以适应能力强、湿生或中生、耐水淹、根系发达的植物为主。运行水位（978.00 m）至坡顶区域是水利枢纽边坡较陡区域，该区基本不存在水淹风险，边坡保水保肥能力较差，土壤含水率较低，雨水径流较强烈，对边坡的冲刷较严重，因此植物措施以中生、耐旱、茎干低矮、生长速度快、枝叶覆盖力强、根系发达的植物为主。

2.2.2 组成及配置

2.2.2.1 混交类型

灌木与草本混交可以强化植物护坡综合效应，草本及地被植物能控制坡面的水土流失，而灌木可以控制更深层的侵蚀。乔木与灌木混交可充分利用上层和中层的空间分布，实现对水分、养分、光照条件等的合理利用。

2.2.2.2 混交方式

灌草混交时，采用植生组混交方式，不同治理区域采用不同灌木混交。该配置方式种间相互作用较迟，可以削弱种间竞争，提高植株成活率，极大地提高林木的生长量，适用于恶劣环境。

2.2.2.3 混交比例

混交林混交比在30%以上，立地条件差的地方，混交比应大些，并以灌木树种为主。

2.2.2.4 种植点配置

在坡地造林时，种植行走向宜选择沿等高线走向。品字形配置能最大限度利用水热条件，使树冠发育均匀。

通过以上分析，万家寨水利枢纽塌岸治理乔木选择白榆；灌木选择柠条、紫穗槐和柽柳；草本选择芨芨草、白草、百里香、紫菀、沙蒿和山棘豆；水生植物选择千屈菜和芦苇。混交类型为“灌木+草本”、“乔木+灌木+草本”，灌木采用3 株一丛，每个种植穴植物种类两种以上，混交比为50%。种植点采取沿等高线品字形配置。

综上所述，万家寨水利枢纽塌岸防护采用浆砌石护脚、石笼护坡为基础，并结合植物护坡措施，以期达到安全、经济、生态的治理效果。

3 塌岸水土保持措施设计

3.1 治理高程

依据设计资料，万家寨水利枢纽正常蓄水位977.00 m，最高蓄水位980.00 m。通过管理单位提供的水库运行资料，实际运行每年7 月15 日至10月15 日，水库运行水位为966.00 m 以下，其余时段为978.00 m。综合以上资料，确定预防保护区植物措施治理高程为977.00～981.00 m；重点治理区工程措施治理高程为库岸全断面，植物措施治理高程为977.00 m 至库岸顶部。

3.2 治理分区

根据塌岸的严重程度及对居民的生活和耕作的危害程度，将治理分区分为预防保护区和重点治理区。治理分区详见表2。

表2 治理分区

3.2.1 预防保护区

预防保护区治理措施主要为植物措施。根据不同水湿条件变化和洪水冲刷程度采取不同的治理措施，划分水生植物拦水带、灌草护坡带两个措施布置带，如图3 所示。

图3 预防治理区治理示意图

水生植物拦水带位于水库常水位至978.00 m 高程处，是库岸边坡水位变化最大的区域，植物措施以湿生和水生植物为主，多选择湿生和耐一定时间水淹的植物，选择芦苇和千屈菜进行配置。

灌草护坡带位于978.00 m 至坡顶岸坡，该区段没有水淹风险，边坡稳定性好。在原坡面上栽植灌木并撒播草籽进行护坡，植物以耐水湿为主，灌木选择紫穗槐，草本选择芨芨草和白草。

3.2.2 重点治理区

重点治理区主要采用工程措施和植物措施相结合的综合防治方案，首先对该区域进行压坡并对高程981.00 m 以下采用浆砌石护脚和铅丝石笼护坡，然后根据不同水湿条件变化和洪水冲刷程度划分不同的植物防护带。如图4 所示。

图4 重点治理区治理示意图

3.2.2.1 工程措施

（1）压坡。通过前期分析，重点治理区现状边坡不稳定，需进行库岸稳定工程以达到稳定库岸边坡的目的。库岸稳定方式包括减载、边坡开挖和压坡方式，由于前两种方式均会新增征地范围，从节约投资的角度考虑，库岸稳定工程采用压坡方式。压坡坡比为1∶2，在高程981.00 m 处设置一级马道，马道宽3 m，压坡坡顶设置1 m 宽平台。高程981.00 m 以下至库岸底部压坡材料采用碎石土，土石比为7∶3；高程981.00 m 以上至库岸顶部压坡材料采用土方。回填前应将边坡整理成台阶状，分层碾压密实，压实度不小于0.9。

（2）护坡及护脚。对该区域压坡后高程981.00 m 以下至库岸底部采用（长×宽×高）100 cm×100 cm×50 cm 铅丝石笼护坡，下设土工布和10 cm 砂垫层；护脚采用（宽×高）50 cm×100 cm 浆砌石齿墙，下设10 cm 砂垫层。高程981.00 m 处马道及高程981.00 m 以上至库岸顶部边坡和坡顶平台表层覆土用于后期植被栽植，覆土厚度50 cm。

3.2.2.2 植物措施

根据不同水湿条件变化和洪水冲刷程度采取不同的治理措施，划分水生植物拦水带、灌草护坡带和乔灌护岸带3 个措施布置带，如图4 所示。

水生植物拦水带位于水库常水位至978.00 m 高程处，常水位至978.00 m 高程处每年有3 个月是在水下淹没区，其余时段不受水淹，是库岸边坡水位变化最大的区域，植物措施以湿生和水生植物为主，多选择水生和耐一定时间干旱的植物，选择芦苇和千屈菜。

灌草护坡带位于978.00～981.00 m 和981.00 m至坡顶岸坡，该区段没有水淹风险，边坡稳定性差。首先在981.00 m 坡脚处采用立式柳梢捆进行护脚，防止水流冲刷坡脚；然后对978.00～981.00 m坡面采用密植灌草进行护坡，防止坡面水流冲刷，植物措施以中生、稍耐湿、茎干低矮、覆盖力强的植物为主，灌木选择柽柳、胡枝子，草本选择紫菀和百里香；981.00 m 至坡顶段坡面立地条件较为干旱，植物措施以中生、耐旱茎干低矮、覆盖力强的植物为主，灌木选择柠条和紫穗槐，草本选择山棘豆和沙蒿。

乔灌护岸带该区域位于981.00 m 马道及压坡坡顶平台，为干燥地带。根据护岸带宽度采取适宜的植物措施：马道主要采用乔灌结合方式的植物措施对库岸进行保护；坡顶平台主要采用栽植灌木的方式对库岸进行保护。植物措施以中生、耐旱的植物为主，乔木树种选择白榆，灌木选择柠条和紫穗槐，草本选择紫菀和百里香。

通过水土保持综合护坡治理，万家寨水利枢纽将有效提高水库库岸的稳定性，减轻地表径流冲刷及土壤侵蚀度，改善环境小气候环境，形成生态清洁、山水和谐、环境优美的水库环境，治理鸟瞰图如图5 所示。

图5 万家寨水利枢纽塌岸治理鸟瞰图

4 结 语

随着生态文明发展和我国水利工程的不断建设，工程措施和植物措施相结合的水土保持综合治理措施将在今后水库塌岸治理中日益凸显其优势。水土保持综合治理措施实施后可大大减少耕地及水土流失，改善水质，有利于库区保持良好的生态平衡，并对恢复水库原有的水源地功能产生积极作用，有显著的环境效益和社会效益。根据塌岸情况分段采取相应措施，在保证边坡稳定前提下，通过植物护坡提高水利工程的生态效益，实现山水林田湖草生命共同体，构建人水和谐共生的水库边坡生态系统。