吳 偉，杜運(yùn)領(lǐng)

(中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310014)

截至“十一五”期末，我國的水電裝機(jī)容量達(dá)到2.16億kW，占全國發(fā)電裝機(jī)總量的22.3%，水電的大力開發(fā)對節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到了重要作用。通過長期的探索和實(shí)踐，我國的水電開發(fā)事業(yè)在取得重大發(fā)展的同時(shí)，開發(fā)的理念也逐漸發(fā)生著轉(zhuǎn)變，從單純注重經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益兼顧，從單一追求科技進(jìn)步轉(zhuǎn)變?yōu)榭萍肌⑸鐣?huì)進(jìn)步同追求并與生態(tài)文明建設(shè)相統(tǒng)籌。

水電工程開發(fā)和建設(shè)具有棄渣場選擇困難、棄渣量較大、棄渣的水土流失危害較大等特點(diǎn)[1]。目前，由于對棄渣主要采取的處理措施為設(shè)置棄渣場集中堆置并加以防護(hù)，所以棄渣場的水土保持設(shè)計(jì)是水電工程水土保持設(shè)計(jì)的重中之重。由于水電工程施工總布置規(guī)劃的單個(gè)棄渣場的棄渣量往往達(dá)幾百萬方，堆渣高度超過百米，加之受地形、地質(zhì)條件限制，在選擇渣場時(shí)往往涉及水庫淹沒、不良地質(zhì)災(zāi)害等不利條件，這更是給棄渣場的水土保持設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1 復(fù)合型棄渣場概念的引入和類型劃分

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄渣場基本都是按照棄渣場地的地形條件及與河(溝)的相對位置關(guān)系進(jìn)行劃分的。依據(jù)目前常見的分類方法，可將水電工程棄渣場分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型和庫區(qū)型等5類[2]，其中：溝道型棄渣場按照棄渣堆放在溝道中的具體位置和與溝水相對位置關(guān)系的不同，又可細(xì)分為攔溝型、順溝型和填溝型3類[3]；庫區(qū)型棄渣場按照棄渣堆置高程與水庫正常蓄水位、死水位的相對關(guān)系，又可細(xì)分為庫面型、庫中型和庫底型3類[1]。

水電工程往往棄渣總量巨大，主要棄渣場規(guī)劃的堆渣量和占地面積也較大，尤其是對堆渣量超過300萬m3、堆渣體最大高度大于150 m的特大型棄渣場[4]，其規(guī)劃布置受水電工程常見復(fù)雜地形地質(zhì)條件的限制，所屬類型并非單一，且可能按照目前常見的分類方法劃定的類型不具有代表性。例如，金沙江下游河段規(guī)劃的白鶴灘水電站樞紐工程棄渣總量(松方)近1億m3，規(guī)劃在庫區(qū)兩岸溝道內(nèi)布置兩個(gè)4 000萬m3的棄渣場，堆渣高度均超過200 m，占地面積均超過100 hm2，堆渣施工期近10年。按照目前常見的分類方法，應(yīng)劃分為庫區(qū)型，但因其堆渣占用金沙江左右岸主溝道、溝口沖洪積臺(tái)地和主河道兩岸河灘地，故又具有溝道型、坡地型和臨河型的特征。值得注意的是將水庫蓄水后，渣場大部分會(huì)被淹沒在庫區(qū)內(nèi)，危害性反而有所降低。因此，該棄渣場具有的溝道型、坡地型和臨河型更具有代表性，而庫區(qū)型反而成為次要類型。可將此類具有多種堆渣地形特征的棄渣場稱為堆渣地形復(fù)合型棄渣場，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對其代表性堆渣地形特征進(jìn)行水土流失防治。

根據(jù)地形條件對棄渣場進(jìn)行單一類型的劃分往往不能全面反映棄渣場的特征，例如，在抽水蓄能電站中，由于上下庫主壩壩后區(qū)域一般不考慮布置廠房等建筑物，為了使施工布置更加緊湊，往往將主壩壩后場地規(guī)劃為棄渣場，這樣做既減少了工程占地，又縮短了棄渣運(yùn)距，降低了工程造價(jià)。在水土保持設(shè)計(jì)中，除了根據(jù)棄渣場所處的地形條件采取常規(guī)防護(hù)措施外，尚需考慮主壩壩后排水、滲流監(jiān)測、壩區(qū)景觀等需要，采取有針對性的設(shè)計(jì)方案。此類棄渣場按照目前常見的分類方法一般劃分為溝道型或坡地型，這樣勢必?zé)o法反映因壩后棄渣這個(gè)特殊位置所具有的特征?？蓪⒋祟愇恢锰厥獾臈壴鼒龇Q為特殊位置復(fù)合型棄渣場，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意針對所處特殊位置而具有的特征進(jìn)行水土流失防治。

新水土保持法對棄渣綜合利用提出了更高的要求，僅在不能綜合利用確需廢棄時(shí)才可設(shè)置棄渣場集中堆置并加以防護(hù)。因此，在規(guī)劃水電工程棄渣場時(shí)除了滿足單一堆渣要求外，應(yīng)盡可能地結(jié)合滑坡體、變形體等地質(zhì)災(zāi)害治理、渣頂平臺(tái)施工場地布置、造地等加以綜合利用?？蓪⒋祟惥哂芯C合利用效益的棄渣場稱為綜合利用型棄渣場，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合綜合利用的要求對棄渣場進(jìn)行設(shè)防。

綜上所述，目前常見的水電工程棄渣場劃分的單一類型存在不全面、不具有代表性、不能反映棄渣場所處特殊位置、棄渣綜合利用特征等缺點(diǎn)，在某些巨型棄渣場、特殊位置棄渣場和具有綜合利用效益棄渣場的水土保持設(shè)計(jì)中可能失去有效的指導(dǎo)作用。因此，為了全面、有針對性地反映棄渣場特征，有必要在水電工程棄渣場水土保持設(shè)計(jì)中引入復(fù)合型棄渣場。

在目前劃分類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合水電工程棄渣場的主要特征，初步將水電工程復(fù)合型棄渣場分為堆渣地形復(fù)合型、特殊位置復(fù)合型和綜合利用復(fù)合型等常見的3類，主要特征見表1。

表1 水電工程常見的3類復(fù)合型棄渣場情況

2 復(fù)合型棄渣場水土流失防治特點(diǎn)

2.1 防治體系更加全面系統(tǒng)

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)、《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)等規(guī)定，水電工程棄渣場水土流失防治以工程、植物和施工輔助措施為主，結(jié)合土地開發(fā)利用形成綜合防治體系，常規(guī)的工程措施主要包括攔渣、排(蓄)水、護(hù)坡、蓄水灌溉設(shè)施配套和土地整治工程等，植物措施主要包括植被建設(shè)、生態(tài)修復(fù)等，施工輔助措施主要為棄渣場范圍內(nèi)的表土剝離及堆置防護(hù)等。由于復(fù)合型棄渣場具有更多的特征，所以水土流失防治需考慮更多的因素，防治措施體系也需更加全面系統(tǒng)。

2.2 堆渣體穩(wěn)定計(jì)算更加復(fù)雜

水電工程棄渣場堆渣邊坡穩(wěn)定性一般可參照《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5353—2006)計(jì)算，若將棄渣場與場內(nèi)道路、施工場地結(jié)合布置，建議參照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5395—2007)進(jìn)行穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算。穩(wěn)定性按照持久、短暫和偶然3種設(shè)計(jì)工況計(jì)算，荷載分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載，具體工況和荷載組合需根據(jù)棄渣場具有的不同特征確定。由于復(fù)合型棄渣場具有更多的特征，且多種特征往往互相耦合發(fā)生作用，所以計(jì)算中工況和荷載組合的選取也更加復(fù)雜。

2.3 分期堆渣、分期防治

水電工程復(fù)合型棄渣場及其防護(hù)工程一般規(guī)模較大，防護(hù)工程體系也更加復(fù)雜，棄渣場占地也往往涉及居民點(diǎn)或公共設(shè)施。在實(shí)際施工過程中，常常遇到無法按照規(guī)范要求，在棄渣場堆渣前全部完成堆渣區(qū)移民征遷和防護(hù)工程建設(shè)等問題，為了降低棄渣場施工期遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水或發(fā)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，一般需結(jié)合移民征遷工作計(jì)劃、防護(hù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案等，在移民征遷工作分期開展、防護(hù)工程分期建設(shè)的基礎(chǔ)上，要分期堆渣、分期防護(hù)。

2.4 具有綜合防治和利用效益

由于綜合利用復(fù)合型棄渣場防護(hù)體系全面系統(tǒng)，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)相對一般施工場地、再造土地等要高，不僅滿足綜合利用的防治要求，而且截排水溝、沉沙池、溝水處理建筑物等可結(jié)合蓄水灌溉設(shè)施一并規(guī)劃設(shè)計(jì)，因此棄渣場防護(hù)措施具有綜合防治和利用效益。

3 復(fù)合型棄渣場水土保持設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路

在水電工程復(fù)合型棄渣場水土保持設(shè)計(jì)中，應(yīng)強(qiáng)化分期規(guī)劃、分期防治、分期設(shè)計(jì)的思路，同時(shí)要高度重視堆渣施工期的水土保持設(shè)計(jì)，滿足過程中設(shè)計(jì)、過程中防治的要求，切勿一成不變地延續(xù)堆渣前和堆渣后一次性完成水土保持設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思路。

3.2 排洪工程設(shè)計(jì)

排洪工程一般由上游攔洪工程、排洪溝(渠、洞)和渣場周邊截洪工程三部分組成[4]，排洪工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)渣場規(guī)模及特點(diǎn)，按照《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)確定。

由于復(fù)合型棄渣場具有分期堆渣、分期防治的特點(diǎn)，所以對規(guī)模較大的排洪工程可在滿足《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的前提下，根據(jù)分期堆渣規(guī)模、特征及防護(hù)對象的重要性等，分期采取不同的防洪標(biāo)準(zhǔn)，一般可考慮分為堆渣施工期和永久運(yùn)行期兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，堆渣施工期標(biāo)準(zhǔn)有可能高于永久運(yùn)行期標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐中應(yīng)具體加以論證分析。如在規(guī)劃布置我國西南地區(qū)的水電工程棄渣場時(shí)，往往無法規(guī)避泥石流溝，此類特殊位置復(fù)合型棄渣場的排洪工程應(yīng)與泥石流防治的攔擋、停淤、排導(dǎo)等工程相結(jié)合，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則要兼顧泥石流防治和渣場防洪兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

在棄渣場堆渣體整體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上采取護(hù)坡工程，護(hù)坡措施類型的選擇應(yīng)根據(jù)邊坡性質(zhì)、水文特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、安全和生態(tài)角度綜合比較后確定，并盡量采用生態(tài)護(hù)坡措施。在進(jìn)行塊石、混凝土等工程護(hù)坡設(shè)計(jì)時(shí)，尚需進(jìn)行護(hù)坡厚度、抗沖粒徑的復(fù)核計(jì)算。

對具有庫區(qū)型特征的堆渣地形復(fù)合型棄渣場，設(shè)計(jì)護(hù)坡工程時(shí)，除進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)外，還要綜合考慮庫區(qū)原河道天然洪水、施工導(dǎo)流洪水、水位變幅等可能對護(hù)坡工程的影響。設(shè)計(jì)壩址下游特殊位置復(fù)合型棄渣場護(hù)坡工程時(shí)要綜合考慮下游河道天然洪水、發(fā)電尾水、泄洪、霧化暴雨和下一梯級電站回水等可能對護(hù)坡工程產(chǎn)生的影響。

3.4 蓄水灌溉工程設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)對棄渣場配套建設(shè)蓄水灌溉設(shè)施，主要用于棄渣場植被建設(shè)和土地復(fù)耕的后期養(yǎng)護(hù)管理。蓄水灌溉工程應(yīng)結(jié)合渣場周邊截洪工程、排水工程布置，對具有溝道型特征的堆渣地形復(fù)合型棄渣場還可結(jié)合排洪工程布置引水建筑物，一般采用有壩引水方式，布置水閘、引水渠等。灌溉渠道一般設(shè)計(jì)為灌排兩用，蓄水設(shè)施和渠系建筑物沿灌溉渠道布置，其中蓄水設(shè)施包括蓄水池、水窖等，在蓄積渠道來水的同時(shí)兼有消力池和沉沙池的功能，渠系建筑物主要包括水閘、跌水、陡坡等。

3.5 堆渣體穩(wěn)定性計(jì)算

復(fù)合型棄渣場堆渣體穩(wěn)定性計(jì)算工況、荷載組合選取更加復(fù)雜，一般需計(jì)算天然、暴雨、穩(wěn)定水位、水位驟降、地震等單一工況或組合工況下的堆渣體穩(wěn)定性，荷載作用考慮自重、地下水壓力、坡外水壓力(正常蓄水位、河道水位等)、剩余孔隙水壓力、平臺(tái)施工場地荷載、道路車輛荷載、地震等。確定綜合利用復(fù)合型棄渣場堆渣體物理力學(xué)參數(shù)時(shí)要考慮綜合利用對棄渣碾壓、材質(zhì)等的特殊要求。另外，穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)復(fù)核棄渣場及周邊臨近地層的整體穩(wěn)定性，特別要重視堆渣體下游側(cè)自然邊坡的穩(wěn)定性，通過計(jì)算確定堆渣體與下游不穩(wěn)定自然邊坡之間的合理距離。

3.6 安全監(jiān)測及生態(tài)修復(fù)的要求

在水電工程棄渣場常規(guī)設(shè)計(jì)中，往往缺少對棄渣場安全監(jiān)測和生態(tài)修復(fù)的要求。對堆渣條件更加復(fù)雜的復(fù)合型棄渣場，應(yīng)在開展水土保持監(jiān)測的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化安全監(jiān)測，其中對堆渣體可進(jìn)行表面變形、地下水位等觀測，對防護(hù)工程建筑物進(jìn)行表面變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力等觀測。在植被恢復(fù)后，應(yīng)采取撫育管理和封禁治理相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)措施，嚴(yán)禁伐木、砍柴、放牧和取土等人為活動(dòng)，加強(qiáng)對病蟲害的監(jiān)測、防治及林區(qū)防火工作，人工促進(jìn)形成以喬灌為主體、喬灌草相結(jié)合、結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定和功能高效協(xié)調(diào)的人工生態(tài)林群落。

4 結(jié) 語

加快水電發(fā)展是實(shí)現(xiàn)非化石能源發(fā)展目標(biāo)的必由道路之一，也是有效降低單位國民生產(chǎn)總值二氧化碳排放量的重要措施，為了促進(jìn)水電持續(xù)健康發(fā)展，必須落實(shí)“在保護(hù)中開發(fā)，在開發(fā)中保護(hù)”的要求。棄渣場水土保持設(shè)計(jì)應(yīng)得到足夠重視，引入復(fù)合型棄渣場概念能夠更加全面、有針對性地反映棄渣場特征，從而有效指導(dǎo)水土保持設(shè)計(jì)。

[參考文獻(xiàn)]

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