孤山航电枢纽工程水土流失特点及处理措施研究

张新 万珊 刘勇 徐涛 尹元银

摘要：为解决弃渣场防护及工程高陡边坡绿化的难题，通过对孤山航电枢纽工程水土流失特点及难点进行分析，在水土保持设计时有针对性地采取以下措施：① 优化设计方案，减少工程施工扰动影响；② 注重坝肩绿化设计，美化工程；③ 注重植被群落选择；④ 强化弃渣场防护设计。结果表明：该措施方案有效地控制了水土流失，可为汉江中上游大型水电建设提供参考。

关键词：水土流失； 水土保持； 植被群落； 防治措施; 孤山航电枢纽工程

中图法分类号：S157

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.011

文章编号：1006-0081（2023）06-0058-03

0 引 言

漢江流域是南水北调中线工程的水源地，孤山航电枢纽作为汉江干流第8个梯级，水土保持工作贯穿于整个电站工程建设过程［1-2］。水电站项目建设周期长，对原地貌植被的扰动程度大、弃渣量大、渣场地势复杂，如果防护措施不到位往往会造成剧烈的水土流失，并极有可能对周边的生态环境产生不可逆的恶劣影响［3-4］。为避免各类水土流失危害的发生，需要确保工程中的水土保持工作可靠、有效［5］。

在水利水电工程中，根据GB 50433-2018《开发建设项目水土保持技术规范》，水土保持工作主要是针对各水土流失防治区实际情况，因害设防布置工程措施、植物措施以及临时措施［6］。在各项措施实际应用中，如何结合工程特点、工程区气候特征构建合理的植物配置体系，进行弃渣的防护，是水土保持工作的重点和难点［7-8］。

本文以孤山航电枢纽工程为例，主要分析了工程建设区域水土流失的现状、特点、难点等，提出汉江中上游大型水电建设施工期水土流失防治措施。

1 研究背景

1.1 项目概况

汉江孤山航电枢纽工程是《汉江干流综合规划报告》中推荐的第8个梯级，坝址位于汉江上游干流湖北省十堰市郧西县及郧县境内，上距白河水电站约34.9 km，下距丹江口水利枢纽179.5 km。开发任务以发电为主，兼顾航运。电站为Ⅱ等大（2）型工程，装机容量为180 MW，水库总库容2.10亿m3，多年平均年发电量5.91亿kW·h［9］。

工程占地涉及湖北省郧西县、郧县和陕西省白河县，土石方开挖总量809.34万m3，土石方填筑总量359.05万m3，工程建设产生弃渣431.21万m3（折合松散方量574.64万m3），布置1处弃渣场，堆渣高度达90 m，总工期54个月。

1.2 自然概况

项目区属北亚热带季风气候区，多年平均气温达15.3 ℃，多年平均有效积温（≥10 ℃）5 060 ℃，无霜期210 d；多年平均年降水量为800 mm，降水量年内分配不均匀，5～10月降水量占全年降水的76.9%，其中7～9月降水最为集中，约占全年降水的68.1%；蒸发量为800～1 000 mm，陆面蒸发量为500～600 mm，相对湿度为70%～75%；坝址天然多年平均径流量为247亿m3，平均流量为778 m3/s，年径流深为409 mm。5～10月汛期的径流量为196亿m3，占全年径流量的79.4%。

项目区植被属北亚热带常绿阔叶混交林带，以常绿阔叶、针叶林及针阔叶混交林为主。土壤类型有黄棕壤、石灰土和水稻土，其中黄棕壤分布较广。

2 水土流失特点及难点

2.1 面积分布广、侵蚀强度大

土壤侵蚀程度以中度水力侵蚀为主，平均土壤侵蚀模数约为2 900 t/（km2·a），两岸陈子沟、董家沟、魏家沟等18条冲沟都存在不同程度的水土流失，水土流失面积占土地面积的比例和侵蚀模数均与长江流域水土流失最严重的上游区域相当。

部分地区存在沟蚀，局部地区有滑坡、崩塌等重力侵蚀，山洪灾害也较严重。该区域是中国地质灾害多发区之一，项目区附近崩塌、滑坡和泥石流地质灾害隐患点有50多处。

水土流失主要发生在雨季，降雨强度越大，土壤侵蚀强度也越大，7～9月的水土流失量占全年的70％左右，在遭遇强暴雨的情况下，一些地区水土流失会以一种“卷铺盖”的形式出现，造成突发性灾害。

2.2 绿化及植被恢复难度大

工程区内植被类型单一，生物量较低，生态系统较为脆弱，抗逆性和稳定性较差。景观绿化及植被恢复中的植物材料选择困难，要求具有抗旱、耐寒、耐贫瘠、管养粗放、自衍等能力，植物种类十分有限。

工程区土壤贫瘠，土层较薄，沙石含量高，且存在水土流失现象，保水保肥能力差，加之水分的严重不均衡，生态容量不高，景观绿化的效果受到影响，植树造林的密度不能保证，植被恢复的速度相对缓慢。

工程区为河谷深切地貌，垂直气候特征明显，温差变幅较大。而且经过建设干扰的地表局部地形差异更大，容易造成地表植被冻害或灼伤而影响植物的生长，因此对植物材料的耐候性和抗逆性要求较高，加剧了植物选择的难度。

2.3 弃渣场防护难度大

陈子沟弃渣量为574.64万m3，占地面积28.26 hm2，弃渣高程165～255 m，最大堆高90 m，为特大型弃渣场。该弃渣场由大小陈子沟两条沟道汇合而成，沟床纵向坡比约7%，沟床右侧斜坡较缓，约15°～25°，沟床左侧斜坡坡度较陡，为37°～45°，100 a一遇洪峰流量154 m3/s。

弃渣场周边主要发育2处滑坡体，1号滑坡为堆积层滑坡，位于冲沟左侧，滑坡前缘高程180.0～183.0 m，宽度约60.0 m，后缘高程260.0 m左右，厚度5～8 m，方量约1.0万m3，滑坡物质为碎块石土以及碎裂岩体；2号滑坡为堆积层滑坡，位于冲沟右侧公路边，滑坡前缘高程191.6～192.0 m，宽度约40.0 m，后缘高程209.0 m左右，厚度3～8 m，方量约0.4万m3，滑坡物质为碎块石土。

3 水土保持設计

3.1 减少工程施工扰动影响

优化设计方案，严控施工扰动范围和永久占地面积，最大限度地减少工程施工对周边原地貌脆弱生态环境的破坏和影响，保护水土资源免于破坏或打破原有平衡状态。

为有效利用当地有限的土地资源、降低工程造价、提高投资效率，对弃渣场选址和设计方案进行了优化比选，分析陈子沟、红椿沟2处弃渣场合并为1处的技术可行性和经济合理性，确定仅布置陈子沟1处弃渣场，有效地减少了工程扰动面积14.2 hm2。

3.2 注重坝肩绿化设计

大坝左右岸坝肩开挖形成高陡岩质边坡，坡比为1∶0.6，其中左岸坝肩边坡高约50 m，右岸坝肩边坡高约65 m。为消除高陡、裸露边坡对坝区整体景观的负面影响，在水土保持设计中，应用TBS边坡防护技术，通过清理边坡、锚固复合材料网、喷射厚层基材等新工艺，对左右岸坝肩高边坡进行分级绿化；沿边坡马道内侧修筑石坎，填充营养土，按照沿马道同种列植、沿坡面方向间植的模式栽植适生、适应能力强、明艳多彩、景观效果好的灌木，衬托马道和边坡在水平和垂直方向的绿化布置，形成坝区一道靓丽的绿化景观带，同时提升整个项目区的生态景观功能。坝肩绿化措施实施后，工程区坝肩绿化率达到15%。

3.3 注重植被群落设计

采用以灌木为主，草本植物与灌木植物优化配置的理念营造多样性护坡植被。综合考虑工程的自然条件，植被群落设计以乡土树种为主，主要植物品种为紫花苜蓿、紫穗槐、小叶黄杨、杜鹃、狗牙根、白三叶等草灌种子，播种总量为5～8 g/m2，道路两侧栽植行道树，树种采用水杉；在局部坡面坡度接近90°区域补栽爬山虎等藤类植物，如表1所示。优化植物群落后，工程总体绿化率达到27.5%。

3.4 强化弃渣场防护设计

对比箱涵方案和明渠过水方案，从防淤、施工难度、出口消能、后期运行综合分析后，推荐对陈子沟弃渣采用明渠过水方案。

为有效处理滑坡，将弃渣场往陈子沟上游移动，弃渣场堆渣顶部高程至255 m，以对1号滑坡起到压脚的作用，有利于滑坡稳定；2号滑坡体被弃渣掩埋，无需进行处理，有效地减少了滑坡体处理难度。

弃渣场防护以“沟口混凝土挡渣墙、沟道明渠排水为主，堆渣边坡自下而上浆砌石网格填充干砌石、浆砌石网格植草、植草护坡，渣体顶面土地整治及植被恢复”相结合的综合防护措施体系。

结合工程建设过程分析，弃渣场堆渣进占集中在“三通一平”、一期工程基础开挖、二期工程基础开挖，其余时段土石方工程量相对较小，产生的弃渣量也较少，堆渣进占时序整体上呈现出阶段性的特点。据此，在整体布置的挡墙和排水明渠基础上，分析预测了各阶段集中弃渣的数量及堆渣高程，针对不同施工阶段堆渣进占形成相对稳定的渣体顶面实施整平，并布置临时截排水沟，做到了实时有效的渣体顶面水土流失防护。

该措施体系可满足堆渣整体及边坡稳定，同时可大大减少弃渣流失及其造成的水土流失影响。

4 结 语

根据孤山航电枢纽工程土地贫瘠、降雨量大、弃渣场防护难度大的特点，构建了综合工程措施防护体系，同时采取TBS及灌草结合的植物措施，可有效地控制工程建设过程中的水土流失，实现了生产效益和环境、生态效益共赢的局面，也可为汉江中上游水电开发建设提供参考。

参考文献：

［1］ 刘海，黄跃飞，林苗，等.基于GIS的汉江流域水土保持时空变化特征分析（2001—2017年）［J］.地域研究与开发，2019，38（3）：154-159，164.

［2］ 牛运华，石志超，刘波.孤山航电枢纽施工总进度研究与实践［J］.人民长江，2022，53（增2）：104-108.

［3］ 钱玲.鄂西南山区水电站水土保持监测与评价［D］.武汉：华中农业大学，2013.

［4］ 王静，张翼，杨凯.抽水蓄能电站水土保持措施设计［J］.中国水土保持，2018（1）：17-19，69.

［5］ 徐盛.探讨水利施工对水土保持生态修复技术的有效运用［J］.城市建设理论研究（电子版），2023（5）：141-143.

［6］ 赵小明，张冬梅.南水北调中线工程水土保持措施探讨——以一期工程漳河北至古运河南渠段为例［J］.中国水土保持，2022（11）：24-26.

［7］ 苗兴中，焦昊.黄河龙口水利枢纽水土保持绿化工作探析［J］.山西水利，2019，35（7）：26-27，30.

［8］ 仲康，黄斌，方舒.大型坡地型弃渣场防治措施体系研究——以巴基斯坦卡洛特水电站3号存弃渣场为例［J］.水利水电快报，2021，42（11）：116-120.

［9］ 肖浩波，陈连军，向光红，等.孤山航电枢纽工程布置研究［J］.人民长江，2022，53（增2）：80-82.

（编辑：李 晗）

Study on characteristics of soil erosion and treatment measures of Gushan Navigation and Hydropower Project

ZHANG Xin，WAN Shan，LIU Yong，XU Tao，YIN Yuanyin

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In order to solve the problem of protecting the dumping site and greening the high and steep slopes of the project，by analyzing the characteristics and difficulties of soil erosion in Gushan Navigation and Hydropower Project，some targeted measures were taken in the design of soil and water conservation such as ① Optimizing the design schemes for weakening the influence of construction disturbance； ② Paying attention to the greening design of dam abutment and beautifying the project； ③ Giving priority to the selection of vegetation community； ④ Strengthening the protection design of the waste dump.The results showed that the treatment measures controlled the soil erosion situation，which provided a reference for the construction of large hydropower stations in the middle and upper reaches of Hanjiang River．

Key words：

soil erosion； water and soil conservation； vegetation community； control measures； Gushan Navigation and Hydropower Project