水利工程施工区的水土保持措施

2024-04-29刘洪庆

中国科技投资 2024年1期

刘洪庆

摘要：水利工程建设过程中，会对施工区域内的植被、水土、自然环境等造成破坏，形成较高的水土流失风险，需要在水利工程施工前、施工中与施工后，采取水土保持措施有效的预防、控制水土流失的发生与发展，保护及促进施工区自然生态环境的可持续健康发展。基于此，本文对水利工程施工区水土流失的特点及形成的原因进行分析，然后提出水土保持的工程措施与植物措施，以期作为水土保持工程实践中的经验借鉴。

关键词：水利工程；水土保持；施工区；实践

DOI：10.12433/zgkjtz.20240146

水利工程建设的项目多、周期长，对施工区水土的影响范围大、强度高，水土流失呈现出隐性与集中发生的特点，增加了施工区域水土保持的紧迫性及必要性。因此，针对于水利工程建设导致的施工区水土流失问题，应深入分析水利工程施工区水土流失的特点，探究流失的原因，针对水土流失的重点区域、重点施工项目等，采取针对性的水土保持措施，以形成有效的防护与治理作用，将水利工程建设对施工区水土的影响降低，加快施工区水土恢复的速度。

一、水利工程施工区水土流失的特点

（一）水土隐性流失

水利工程主要包括防洪工程、农田水利工程、发电工程、供排水工程等，工程类型的不同对施工区水土的影响也不相同，其中大型的灌溉工程、供排水工程的施工线路长，施工区域的面积大，破坏施工线路附近的植被与土壤，且水利工程土石方开挖施工、建筑物施工、沟渠开挖等，会直接破坏地下岩土层的原始结构，在雨水渗透、地下径流等的共同作用下，长时间的侵蚀岩土层，最终导致水土的隐性流失。水土隐性流失很难被发现，且侵蚀类型复杂、侵蚀的时间不确定，导致水土流失防治工作迟滞，甚至直到水土流失呈现出危害时才被发现，增加了水土保持工作的难度与复杂性。

（二）水土流失时间相对集中

水利工程从规划设计至建设施工，到最后的投入运行，无论是前期的项目调研，还是后续的施工活动与运行活动，均会引起水土流失现象。尤其是水利工程施工期间，涉及施工材料运输、土石方施工、混凝土施工、施工导流、机电设备安装等，该阶段施工区域水土流失最为严重，流失时间相对集中。在施工交通准备、施工临时设施搭建、排水沟开挖等施工中，施工作业的区域大、施工点多且分散，会对施工区域原始生态环境会产生较大破坏。同时，还形成大量的弃渣、固体废弃物等，侵蚀表层土壤，且长时间堆积会污染土壤及水体，导致水土流失的集中发生。

（三）流失范围广、强度大

水利工程建设的规模大、周期长，并且投入使用大量的重型机械、运输车辆与施工原材料，施工区域的面积较大，施工对水土影响强度大，进而形成了水土流失范围广、强度大的特点。水土流失在缺少有效保持措施的情况下，面积与强度不断增加，再加上降雨和水利工程日常运行输水、风吹日晒等多重因素，导致水土流失情况日益加剧、植物数量与种类逐渐减少、生态环境被破坏。

二、水利工程施工区水土流失的原因

在水利工程施工中涉及土石方开挖、土石料开采、大体积混凝土浇筑、水工建筑建设等，形成大量的弃土、弃石、弃渣，在雨水冲刷、地下径流的影响下，因水利工程施工固体废弃物而形成短时间严重的水土流失，雨水携带固体废弃物至周边区域，形成大面积的土体与水体污染，施工区水土流失主要发生在水利工程的施工阶段。具体原因包括：

（一）水利工程施工直接破坏地表植被与土壤

无论是施工准备阶段的道路修建、场地整理，还是主体工程建设，均要占用一定面积的施工区域，并去除施工区地表植被、剥离地表、碾压地表，以满足施工的需求，但会破坏施工区的原始地貌，压缩土壤颗粒之间的孔隙，降低土壤水的保持力。

（二）施工固体废弃物堆放

在水利工程施工中产生大量的固体废弃物，部分固体废弃物未能得到及时处理，长时间堆放在施工区，在降雨后固体废弃物中的弃土、小的残渣及疏松砂砾石等随雨水流动，形成堆放区及其周边的水土流失。

（三）土石料开采

土石料是水利工程使用量最多的施工材料，遵循施工经济性的原则，一般情况下就地取材，例如，具备条件的水利工程，直接在施工场地的附近设置采石场、取土场，需全面清理土石料开采范围内的植被，再开采地表的土石。大规模的土石料开采，促使土壤母质或岩石风化壳暴露在自然环境中，在缺少表层土及植被的保护下，风吹日晒雨淋，逐渐侵蚀暴露地带的土壤及岩石，会形成严重的水土流失。

（四）水库蓄水

水库是水利工程中的重要建筑物，主要由挡水、泄水及输水建筑物组成，具有拦洪蓄水与调节水流的作用。然而在水库建成蓄水后，会直接改变附近的自然生态环境，长时间的蓄水会影响到周边岸坡结构的稳定性，导致地表形状改变。同时，水库中的水长时间的侵蚀、冲刷岸坡，一旦岸坡发生坍塌，会引发剧烈的水土流失。

（五）人为原因

水利工程施工的周期长，需要投入大量的施工人员，施工人员出于居住与生活的需求，会砍伐周边林木、破坏施工区内的植被等，导致地表植物被大面积破坏，当植物覆盖率下降至一定程度时，会引发水土流失。

三、水利工程施工区保持水土的有效措施

（一）保持水土工程措施

1.边坡防护

在水利工程建设过程中，基于施工区水土保持的需求，有针对性地选用水土保持工程措施，采用植物措施，提前预防水土流失的发生，以实现水利工程的绿色生态建设。边坡是水土保持的重点区域，也是施工面积较大的区域，水土保持主要采取的是边坡防护工程措施，常用的措施包括：

（1）锚固措施

适用于岩质高陡边坡，组合运用锚杆、锚索稳固边坡的岩土体，构建一个完整的荷载体系，在锚固的基础上再采用植物护坡技术，利用植物根系保持水土。

（2）支挡结构施工

采用钢筋混凝土在不稳定边坡设置抗滑桩、重力式挡墙或采用抗剪洞等，利用大体积混凝土结构改善边坡内部的软弱结构，提高边坡结构的稳定性。

（3）削坡减载及压坡

为了提高边坡整体的稳定性，开挖边坡顶部岩土体，平整及修整边坡轮廓，减轻边坡滑坡体顶部荷载，以此稳定边坡上部。压坡脚，在边坡的脚部加载，例如，将削坡的岩土直接回填至坡脚，稳定边坡的底部结构，实际应用中的经济性、可行性表现良好。

（4）排水工程

用于控制边坡中的地下水位与排出渗透的雨水，针对大型的边坡可在边坡中修建排水洞，加快排水的速度，降低地下水位。同时，在边坡的坡面设置地面排水设施，例如，截水沟、排水沟、边沟等，在降雨时直接汇聚坡面雨水，将雨水排出坡面，以此防治边坡水害，有效防范水土流失。

（5）坡面防护

采用坡面砌石措施，平整坡面后，利用混凝土将石材紧密的砌筑在边坡表面，形成完整持续的护坡结构；护坡挂网，将热镀锌钢丝绳、钢丝等柔性材料制作的防护网安装在边坡上，避免开挖施工对边坡稳定性及原有植被造成的影响。植被较少的边坡在挂网后，有利于人工绿化，通过种植植物改善边坡的水土。

2.采石场与弃土石渣场防护

水利工程采石场的开采规模大，面临陡峭的地质条件，且开采直接改变了原始地貌。而弃土、弃石、弃渣场堆积着水利工程的固体废弃物，堆积的土、石、渣结构松散，降雨会冲刷固体堆积物。所以，为了避免采石场引发的水土流失问题与滑塌或崩塌的发生，在采石场的高陡边坡前缘修建挡土墙，形成有效防护作用。针对降雨形成的冲刷、水土流失问题，在场地四周修建挡土墙的同时，顺着地势开挖及护砌排水沟，汇聚场内流出的雨水，解决弃土石渣引起的污染及水土流失问题。

3.施工道路及临时用地防护

施工道路水土保持工程措施的选用应遵循因地制宜原则，根据施工道路所处位置实际的情况进行防护。例如，在道路路基开挖施工中，修建挡土墙，避免开挖出的土石方在雨水的作用下流至周边区域。在地形地势较高的施工路段，根据高度设置高度小于3m的浆砌石挡土墙，以挡水挡土。如果面临的是高陡边坡地质条件，应沿着施工道路开挖排水沟，排除坡面积水，避免雨水冲刷施工区域形成的水土流失。针对于施工临时用地，施工期间硬化地表并破坏了地表植被，在水利工程施工结束后，尽量恢复地表土层的功能。

（二）保持水土植物措施

水利工程施工区域水土保持采用植物措施，是指利用植物的根系稳固土体、保持水土，同时利用植物的上部绿化、美化及净化空气环境，改善自然生态系统。植物覆盖在施工区，减少降雨对土体的冲刷与侵蚀作用，增加雨水渗入的时间，植物的残枝落叶分解后成为肥料，提升土壤的营养水平，改善土壤的透水透气性。植物根系在地下的生长发育，形成根系网络、勃结等，产生良好的作用，调整土壤的理化性能，提高其抗剪与抗压强度、抗冲性与抗侵蚀性，最终实现水土保持的目的。

（三）生态护坡措施

生态护坡结合运用工程措施与植物措施，利用工程措施为植物的种植与生长创造良好的条件，从而实现生态治理边坡、稳固边坡、保持边坡水土的目的。运用生态护坡措施，可有效防治因水利工程施工导致的水土流失问题，常用的生态护坡措施包括：

1.柔性蜂窝网护坡

该护坡措施采用新型的高分子复合材料、改性高密度聚乙烯材料等，构建三维柔性护坡结构，属于生态治理领域的新技术。在护坡施工中，直接将蜂窝网利用钢筋锚固在坡面上，蜂窝网之间采用母卡扣进行连接，在坡面上形成一个全面覆盖的蜂巢式网格，以网固土，并回填种植土，种植土的高度要超过网格大约5cm，再铺上一层植物纤维毯，用于固定种植土，最后均匀撒上草籽，促使植物根系扎入土壤，在地下形成根系网络稳固土壤，构建土生草、草护土的良性生态循环，保持边坡的水土，具有美观、绿化、调节局部微生态的作用。

2.土工网垫植草护坡

土工网垫采用新型土木工程材料，在植草护坡中的应用，借助类似三维结构的丝瓜网络状的网垫固土植草，该土工网垫柔韧性良好，在网垫上回填种植土，然后播种草籽，其根系可以顺利穿过土工网垫，进入土层深度可达40cm，草的根系与土工网垫共同组成复合的保护层，构筑边坡的生态防护机制。该护坡措施施工简单方便、速度快，植被生长条件良好，可以加快水利工程施工区域生态系统恢复的速度。

3.植物袋护坡

采用不易腐蚀的PVC网袋子，在袋子中装入事先混合种子、肥料的种植土，在垂直或接近垂直的边坡按照坡度走势堆叠植物袋，即可完成护坡施工。该防护措施最大程度上避免基质流失，可大面积使用，但植物生长的速度较慢，一般情况下与草种喷播技术结合运用，可以加快绿化的速度。

4.混喷植生植草护坡

第一，人工修整坡面，清除坡面的杂物与危石后，设置坡面排水设施，将坡面径流、涌水等排至坡底。在不影响施工的情况下，尽量保留坡面原生的植物，同时针对平滑的坡面应通过人工处理成粗糙面，以稳固土壤，避免基材的流失。第二，挂网施工，采用锚钉将镀锌铁丝网平行坡面进行固定，铁丝网之间搭接的长度要大于10cm，且坡顶位置与边坡两侧位置的铁丝网应覆盖坡顶与两侧不小于1m，增加锚钉密度，保证铁丝网的稳固程度。第三，喷射作业，将配置好的基材与植被种子混合物，使用喷射机进行喷射作业，从上向下垂直喷射，喷射机与作业面保持大约0.8m距离，喷射厚度6cm，一次喷射宽度5～6m，喷射要做到薄厚均匀。

四、结语

水利工程在建设及投入运行后，对施工区域内的植被、表层土、地下土层等造成破坏，改变了施工区原始的生态环境与地貌，引发水土流失。所以，针对水利工程施工区，采用水土保持工程措施与植物措施，例如，挡土墙、排水沟、坡面挂网，以及柔性蜂窝网护坡、植物袋护坡、混喷植生植草护坡等，对施工区水土进行全面防护，旨在降低水利工程施工及运行对水土的影响，提高水利工程建设的生态化、绿色化水平。

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