云霄抽水蓄能水电站弃渣场水土保持方案探析

2024-01-08林晓纯曾巧平

海河水利 2023年12期

林晓纯，曾巧平

（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东广州 510000）

福建云霄抽水蓄能电站建设中，在水库淹没范围内的死库容内产生了2座弃渣场。为了确保电站运营安全，减少水土流失，需对2座渣场的水土保持方案进行分析。

1 概况

云霄抽水蓄能电站位于福建省云霄县火田镇境内火田溪支流高田溪上，流域属亚热带海洋性季风气候区，多年平均面降雨量为1 725.4 mm[1，2]。上库坝址位于圆岭林场。1#弃渣场现状植被覆盖良好，渣场中间低洼，左岸地势较陡，渣场上游是原水库主要来水沟道。2#弃渣场位于上库库外东南侧，沟道较平缓，主沟两侧地形不对称，西南侧发育1条支沟，切割较深，坡度20°～40°，沟谷近似呈“U”形，两侧覆盖层较薄，一般厚0.5 m，植被发育良好。弃渣场情况，详见表1。

表1 弃渣场情况

2 水土流失与水土保持现状

2.1 水土流失现状

云霄县属南方红壤丘陵区，土壤类型主要为红壤和赤红壤，区内土壤天然承载能力不均匀，总体稳定性一般，抗蚀力较差，易发生水土流失[3]。项目区场地岩土层分布主要有耕植土层、坡洪积松散覆盖层及下伏侏罗系熔结凝灰岩各风化带，土壤侵蚀模数背景值为500 t/（km2·a）[4]。

2.2 水土保持现状

工程场区位于云霄县火田镇的中低山丘陵区，地面高程多在35～820 m，上、下水库地势高差约为480 m，区内以剥蚀、冲蚀作用为主，沟谷纵横交错。项目区天然或人工植被生长茂密，基本无裸露土质地表、边坡，无明显的自然水土流失现象，自然水土流失为轻微，人为水土流失主要是由于周边居民开发村道及果树种植等引起的，但以轻度为主，当地政府高度重视水土保持工作，并取得显著成效。

3 上库1#弃渣场水土保持方案分析

上库1#弃渣场设在上库西北侧的淹没范围内的死库容内，为沟道型渣场，高程571～580 m，占地面积约8.7 hm2，最大堆渣高度10 m，平均堆渣高度8 m，松散堆渣量约70 万m3。堆方边坡比1∶2.5，渣场中间保留已有沟道，沟道两侧各形成堆渣边坡。渣场通过L1、L2、L11、L12临时道路与工程区联通，每20～30 m 布设分级临时道路通往渣场库区，用于运送渣体，弃渣堆置时先清理植被、先拦后弃，自下至上分层堆置，石渣料尽量堆置在渣场底部及渣场上下游临空侧，拟定临坡侧5 m 范围内每堆高1 m 需摊铺、推平1次；其他区域每堆高3 m摊铺、推平1次。

3.1 工程措施

根据渣场堆放情况，考虑新增格宾石笼挡墙、排洪明渠及隧洞、表土回填工程、截排水沟、沉沙池、临时拦挡工程等措施，以加强水土防护。

3.1.1 拦渣及边坡防护工程

弃渣堆置时先拦后弃，拟在弃渣场从西到东自下至上分层堆置，下游在沟渠上游设置格宾石笼挡渣墙防护，墙顶高程575 m、高2 m，并对渣面进行抛石护坡防护。上库1#弃渣场格宾石笼挡渣墙土方开挖1 522 m3，石砌挡墙6 089 m3，抛石护坡8 456 m3。

3.1.2 防洪排导工程

上库1#弃渣场中部有一条现状沟道，拟将弃渣场划分为3 个片区进行堆置，其中在北片区现有沟道处布置排水渠排导上游来水，中部片区通过排水隧洞穿过临时道路将排水明渠汇流排入下游现状排水沟渠，并在排水隧洞出口设格栏消力。

由于1#弃渣场位于水库淹没范围的死库容内，排洪设计标准为10 a 一遇全年洪水，洪峰流量为28.7 m3/s，水流流速为6.41 m/s。为解决沟道填埋后上游来洪的泄流问题，拟在渣场内沟道布设排水明渠及排水箱涵将上游来水排至弃渣场下游，用于施工期导流及后期排洪，排水明渠底宽1.5 m，混凝土护坡边坡比为1∶2.5，排水箱涵采用长方形，断面尺寸为3.6 m×3.6 m（净宽×净高），排水明渠、箱涵（包括隧洞进口、洞身、出口段）土方开挖11 489 m3，明渠石渣垫层（利用开挖渣料）2 719 m3，格宾石笼消力池22 m3。经复核，排水明渠和排水箱涵过流能力可满足水土保持设计排洪要求（详见表2），可有效减少水土流失。

表2 上库1#弃渣场洪峰流量成果

3.1.3 拦沙坝工程

为防止弃渣期间降水径流携带泥沙直接进入下游，在排水涵洞下游30、50 m 处地势较开阔沟段各布设1 道拦沙坝。拦沙坝布置长度按2 m 考虑，1 a清淤4 次（换土工布，淤泥运至渣场晾干、堆置），共3 a，每次清淤200 m3。

3.2 临时措施

为避免降雨和地表径流对松散渣体的冲刷，拟在渣场西侧上游周边汇水坡面距堆渣边缘2～3 m处修建渣场外围截水沟，以疏导周边坡面及场内马道排水沟汇水；在堆渣平台布设排水沟，疏导台阶边坡汇水，平台排水沟汇水往两侧分别排入两侧截水沟。上库1#弃渣场共布置临时截、排水沟1 879 m，土方开挖量1 703 m3，砖砌1 219 m3，M7.5 砂浆抹面2 903 m2。为避免强降雨对渣面的冲刷，拟在渣面覆盖密目网临时苫盖，面积为8 456 m2。

4 上库2#弃渣场水土保持方案分析

上库2#弃渣场为沟道型渣场，有2 条小冲沟，东西侧各1 条，洪水以东侧冲沟来水为主，堆渣高程460～530 m，占地面积约17.60 hm2（含上游进渣场道用地），最大堆渣高度63 m，平均堆渣高度25 m，堆渣量约283.13 万m3，其中表土6.84 万m3（松方）、土石渣渣料276.29万m3（松方），采用分区堆放方式。

在渣场东侧布置L7、L8、L9临时道路进入渣场内，总长约2.0 km。渣场分台阶堆置，每10 m 设1条宽2 m 的马道，边坡比为1∶2.5。弃渣堆置时先清理植被、先拦后弃，自下至上分层堆置，石渣料尽量堆置在渣场底部及渣场上下游临空侧，拟定临坡侧5 m范围内每堆高1 m 需摊铺、推平1 次；其他区域每堆高3 m 摊铺、推平1 次。本次考虑新增格宾石笼挡墙、排洪箱涵、表土剥离及回填工程、截排水沟、沉沙池和边坡喷播灌草绿化、平台乔灌草绿化、临时拦挡工程等措施进行水土保持治理。

4.1 工程措施

4.1.1 拦渣工程

上库2#弃渣场范围为山麓斜坡地带，坡体稳定，地势较周边山体较低，未发现滑坡、泥石流等不良地质现象。拦渣墙顺西侧沟坡脚布置，设计墙高约2 m，构造为石笼拦渣墙；墙底地基以坡积土、花岗岩全风化土为主，沟床部位为基岩弱风化岩，其中坡积土工程地质特性较差，花岗岩全风化土、弱风化岩工程地质条件较好，可作为墙体地基土。下游挡墙墙顶高程465 m，高2 m。上库2#弃渣场格宾石笼挡渣墙土方开挖619 m3。

4.1.2 防洪排导工程

（1）箱涵工程。为解决渣场堆料过程上游来洪的泄流问题，拟在渣场中部设2 m×2 m 的混凝土箱涵排导施工期排水，临时箱涵按10 a一遇洪水标准设计，导流流量为9.5 m3/s，渣料填筑完成后利用混凝土封堵涵洞进口段。箱涵下游出口设格宾石笼消力池。排水箱涵土方开挖990 m3，C25混凝土浇筑2 455 m3，钢筋安装246 t，石渣垫层515 m3，C15 混凝土垫层257 m3，混凝土封堵138 m3，格宾石笼消力池44 m3。

排水箱涵旨在施工期临时排洪，采用洪水标准为10 a 一遇全年洪水，上游集雨面积0.20 km2，洪峰流量为9.5 m3/s，水流流速为1.584 m/s，过流能力可满足水土保持设计排洪要求。

（2）截排水沟工程。为避免降雨和地表径流对松散渣体的冲刷，在渣场周边汇水坡面距堆渣边缘2～3 m 处修建渣场外围截水沟，以疏导周边坡面及场内马道排水沟汇水；在堆渣马道坡脚布设马道排水沟，疏导台阶边坡汇水，马道排水沟汇水往两侧分别排入两侧截水沟。①截水沟断面设计：由于工程弃渣场占地范围较大，从堆渣平台往渣场底部方向，截水沟所采用的断面逐渐增大，本方案只对最大断面进行排水设计。截水沟拟采用直角梯形断面，根据现场地形最大设计集雨面积为20 hm2，100 a一遇洪峰流量为13.8 m3/s，分两侧排水，设计流量6.9 m3/s。截水沟采用钢筋混凝土砌筑，沟壁粗糙系数取0.021，边坡系数取0.50，纵坡取0.5%，当底边宽1.5 m、水深1.1 m时，过水能力达到设计洪峰流量7.04 m3/s，设计流速为3.12 m/s，底部采用台阶加糙进行消能减速，满足不淤、不冲流速条件。经计算，本渣场截水沟最大断面尺寸1.5 m×2.1 m×1.2 m（下底宽×上口宽×高），共需布设1 461 m，土方开挖4 580 m3，C20混凝土浇筑3 015 m3，钢筋安装133 869 kg。②马道排水沟断面设计：马道排水沟采用矩形断面，设计最大集雨面积为1.5 hm2，设计流量为0.4 m3/s，采用钢筋混凝土浇筑，沟壁糙率取0.025，纵坡取0.5%，当底边宽0.40 m、水深0.4 m 时，过水能力达到设计洪峰流量0.45 m3/s，设计流速为1.41 m/s，满足不淤、不冲流速条件。排水沟断面尺寸为0.40 m×0.50 m（宽×高），共需布设1 480 m，土方开挖854 m3，C20混凝土浇筑549 m3，钢筋安装24 366 kg。③堆渣平台排水沟断面设计：堆渣平台后期计划采用乔灌草进行绿化，本方案拟在堆渣平台边坡上沿布设生态排水沟，生态排水沟采用弧形断面，断面尺寸为3.3 m×0.3 m（宽×高），共需布设882 m，土方开挖908 m3，草皮平铺3 634 m2。④排水盲沟断面设计：堆渣期间在渣场底部先行修建排水盲沟，以及时疏导下雨天渣体及周边边坡渗水，排水盲沟采用碎石、块石垫层及砂级配反滤层铺筑[5]，底层碎石、块石垫层高500 mm，外包150 mm粗砂反滤层，最外层为100 mm细、中砂反滤层及反滤土工布。排水盲沟长度1 128 m，共需碎石、块石垫层10 389 m3，砂反滤层2 899 m3，反滤土工布10 152 m2，下游接Φ500 钢筋混凝土管10 m，将水排入下游排洪箱涵消力池。排水盲沟典型断面设计，如图1所示。

图1 排水盲沟典型断面

4.1.3 表土剥离及回填工程

上库2#弃渣场用地类型为林地和农村道路，根据表土综合利用方案，工程前期先将占用的8.78 hm2缓坡处林地进行表土剥离，剥离厚度20 cm，剥离量18 585 m3，运至场地上游表土转运场存放，以待后期用于绿化覆土。工程结束后林地绿化需要进行表土回覆，绿化覆土厚度约40～50 cm，预计需要表土回填量80 032 m3。

4.1.4 拦沙坝工程

为防止弃渣期间降水径流携带泥沙直接进入下游，在渣场下游东西挡墙后侧约50 m 处、地势较开阔沟段各布设1 道拦沙坝，具体位置可根据实际情况调整。临时拦沙坝布置长度按120 m 考虑，1 a 清淤4次（换土工布，淤泥运至渣场晾干、堆置），共3 a，每次清淤600 m3。

4.2 植物措施

工程结束后，将堆渣平台及进入渣场道路进行全面整地，然后进行乔灌草绿化，草种选择当地适生的狗芽根、结缕草、百喜草、香根草及杂草混播，草籽撒播量为50 kg/hm2；乔木选择当地适生的山杜英、女贞及马占相思等，株行距2 m×6 m；灌木选择当地适生的福建山桐子、福建山樱花及桃金娘等，株行距1.5 m×2.0 m。乔木选择胸径6 cm 的一级壮苗，灌木选择灌丛80 cm高的壮苗。堆渣边坡及时喷播灌草绿化。

上库2#弃渣场堆渣平台乔灌草绿化面积12.98 hm2，全面整地及撒播草籽12.98 hm2，栽植灌木43 250株，栽植乔木11 137株；边坡喷播灌草面积45 707 m2。