王　瑩

(陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001)

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長益廟水庫工程水土流失預測及防治措施探討

王瑩

(陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001)

[摘要]水庫工程的建設將導致工程所在地的土壤侵蝕模數(shù)增大，水土流失量也相應增加。對工程建設引起的水土流失進行準確預測，可為后續(xù)水土流失防治措施的布設提供依據(jù)，確保防治措施發(fā)揮良好的防治效果，達到減少水土流失、保護生態(tài)的目的。以長益廟水庫工程為例，分析探討了水庫工程的水土流失預測及防治措施設計。

1工程概況

長益廟水庫工程位于陜西省寶雞市麟游縣境內(nèi)，壩址在麟游縣兩亭鎮(zhèn)崖窯村長益廟林場內(nèi)的林家河(又名長益廟河)上。長益廟水庫工程具有常規(guī)水源和抗旱應急水源的雙重供水任務，常規(guī)供水任務是以解決兩亭鎮(zhèn)居民生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水為主，兼顧解決煤矸石發(fā)電廠工業(yè)用水、河道生態(tài)用水等；抗旱應急供水任務是解決干旱情形下兩亭鎮(zhèn)居民基本飲用水、農(nóng)作物播種期和生長關鍵期的最基本用水、重點工業(yè)煤矸石發(fā)電廠用水需求。

長益廟水庫工程等別為Ⅳ等、工程規(guī)模為小(一)型，壩型為均質(zhì)土壩，水庫正常蓄水位1 216 m，總庫容331萬m3，灌溉面積146.67 hm2，設計引水流量為0.15 m3/s，最大壩高25.3 m。主要建筑物均質(zhì)土壩、溢洪洞及放水洞為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。工程主要由主體工程區(qū)、取料場區(qū)、棄渣場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、道路工程區(qū)、輸電通信線路區(qū)、輸水線路區(qū)等組成。工程總投資6 991.24萬元，于2016年4月開工建設，總工期24個月。

2水土流失預測

2.1水土流失預測范圍

本工程總占地面積為46.56 hm2，其中永久性占地33.63 hm2、臨時性占地12.93 hm2。水土流失預測范圍為18.52 hm2，具體包括主體工程區(qū)、取料場區(qū)、棄渣場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、道路工程區(qū)、輸水線路區(qū)、輸電通信線路區(qū)。詳見表1。

表1　水土流失預測范圍　hm2

2.2水土流失預測時段

本工程建設期為2.0年。自然恢復期即在未采取水土保持措施的條件下，松散裸露面逐步趨于穩(wěn)定，植被自然恢復、土壤侵蝕強度減弱并接近原背景值所需的時間。項目建設區(qū)位于渭北黃土高原區(qū)，多年平均降水量641.6 mm，本工程自然恢復期以3年計。各預測單元水土流失預測時段見表2。

表2　各預測單元水土流失預測時段　a

2.3水土流失預測參數(shù)的確定

本工程占地范圍內(nèi)原地貌的水土流失主要為土壤流失，施工期造成的水土流失包括施工期開挖、損壞原生地貌植被可能引起的人為加速土壤侵蝕和棄渣流失。自然恢復初期因各項措施的水土保持功能尚未完全發(fā)揮作用，仍可能造成一定的水土流失。工程擾動地表土壤流失量按《開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范》(GB 50433—2008)中給出的公式進行計算。

2.3.1原地貌土壤侵蝕模數(shù)

在全國水土保持區(qū)劃中項目區(qū)為西北黃土高原區(qū)(汾渭及晉城丘陵階地區(qū))中的秦嶺北麓-渭河中低山階地保土蓄水區(qū)。通過現(xiàn)場踏勘和走訪當?shù)厮帘３终荆瑓⒖柬椖繀^(qū)附近郭家河煤礦水土保持方案報告書，結(jié)合陜西省土壤侵蝕模數(shù)圖，確定項目區(qū)背景土壤侵蝕模數(shù)為800 t/(km2·a)。

2.3.2擾動后土壤侵蝕模數(shù)

根據(jù)工程區(qū)土壤侵蝕情況，選擇地貌、氣候、土壤等條件類似的郭家河煤礦工程進行類比。因為根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，郭家河煤礦工程和長益廟水庫工程的自然條件基本相同，侵蝕類型都以水力侵蝕為主，兼有重力侵蝕，開挖擾動后的侵蝕強度相近，同處在渭北黃土高原區(qū)，原生土壤侵蝕模數(shù)具有可比性。

本方案根據(jù)實際情況按不采取任何水土保持措施的情況下，相應類比確定擾動后土壤侵蝕模數(shù)。地表擾動后的土壤侵蝕模數(shù)根據(jù)中科院西北水保所在長武王東溝的觀測試驗成果和黃委西峰水土保持科學試驗站在南小河溝不同地貌類型區(qū)的觀測研究成果，黃土高原溝壑區(qū)擾動原地貌后造成的土壤侵蝕量是原地貌土壤侵蝕量的3～6倍。

綜合上述分析，長益廟水庫工程施工期的土壤侵蝕模數(shù)除棄渣場、取料場區(qū)取背景值的6倍[4 800 t/(km2·a)]外，其余各區(qū)擾動后土壤侵蝕模數(shù)取值為背景值的3倍[2 400 t/(km2·a)]。

2.3.3自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)

自然恢復期，工程建設活動結(jié)束，地表植被逐漸恢復，土壤侵蝕強度逐步減小。自然恢復期第一年、第二年和第三年的土壤侵蝕模數(shù)分別較擾動后減少35%、50%、65%來估算，結(jié)果見表3。

表3　自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)　 t/(km2·a)

2.4水土流失預測結(jié)果

按照以上確定的水土流失預測模式及各參數(shù)，在不采取任何防治措施的情況下，本項目施工期(含施工準備期)、自然恢復期擾動原地貌造成的水土流失總量為2 332.8 t，其中背景流失量為700.9 t、新增水土流失量為1 631.9 t。詳見圖1。由預測結(jié)果可知，施工期棄渣場區(qū)、主體工程區(qū)、取料場區(qū)水土流失量相對較大，為項目水土流失防治的重點區(qū)域。施工期水土流失量相對自然恢復期較大，為本項目水土流失的主要時段。若不采取積極有效的防治措施，將造成大量的水土流失，對工程和區(qū)域生態(tài)安全造成不利影響。

圖1　工程水土流失量柱狀示意圖

3水土流失防治措施

3.1水土流失防治目標

根據(jù)《水利部辦公廳關于印發(fā)〈全國水土保持規(guī)劃國家級水土流失重點預防區(qū)和重點治理區(qū)復核劃分成果〉的通知》(辦水?！?013〕188號)，項目區(qū)屬于子午嶺-六盤山國家級水土流失重點預防區(qū)，同時按照《陜西省人民政府關于劃分水土流失重點防治區(qū)的公告》(陜政發(fā)〔1999〕6號)，項目區(qū)屬于渭北高原溝壑重點治理區(qū)。根據(jù)《開發(fā)建設項目水土流失防治標準》(GB 50434—2008)的規(guī)定，本項目水土流失防治標準執(zhí)行等級為一級標準，對應的水土流失防治目標詳見表4。

3.2水土流失防治措施

根據(jù)水土流失預測和防治分區(qū)結(jié)果，結(jié)合主體工程已有水土保持功能的工程布局，按照與主體工程相銜接的原則，對不同防治分區(qū)可能產(chǎn)生新增水土流失的部位進行對位治理，建立起工程措施、植物措施與臨時性防護措施相結(jié)合的綜合防治措施體系，以達到有效遏制工程建設新增水土流失，恢復和改善工程建設區(qū)生態(tài)環(huán)境的目的。

在主體工程防治區(qū)中，除主體工程設計的具有水土保持功能的工程外，重點補充施工過程中的臨時防護措施、植物措施；在取料場防治區(qū)中，以工程措施和植物措施為主；棄渣場防治區(qū)重點補充渣場攔擋措施、排水措施、植被恢復措施；施工生產(chǎn)生活區(qū)中，以臨時防護措施和植物措施為主；在道路工程防治區(qū)，以臨時防護措施為主，并結(jié)合后期的植物措施恢復治理；輸水線路防治區(qū)和輸電通信線路防治區(qū)以臨時防護措施為主，結(jié)合后期的植物措施恢復治理。

表4　項目區(qū)水土流失防治目標

3.2.1主體工程防治區(qū)

(1)工程措施。河床平整：壩體在施工過程中，因壩基開挖、圍堰填筑、土石方堆放，將會擾動壩體上下游河床及河岸，施工結(jié)束后，對壩體上下游受到擾動的河床用履帶式推土機進行壓實平整，盡量恢復河流原狀。地表覆土和場地平整：對管理站需要綠化的區(qū)域進行地表覆土，覆土后進行場地平整、綠化。

(2)植物措施。主體工程設計在大壩背水坡采用砼框格草皮護坡，為了進一步控制因工程建設而造成的水土流失，設計在溢洪洞進、出口坡面上栽植攀緣植物對開挖邊坡進行綠化，攀緣植物選用爬山虎。管理站布設在壩址下游左岸，主要修建工程管理設施和管理人員的生活設施。設計對工程管理站進行綠化美化，在管理站周邊栽植一排側(cè)柏，在管理站空地栽植月季并在場內(nèi)撒播小冠花。

3.2.2棄渣場防治區(qū)

(1)工程措施。攔擋工程：在棄渣場坡腳處布設漿砌石護腳，高度為1.8 m，長度為422.0 m。護腳的有效高度為1.0 m，埋深0.8 m，為梯形斷面，頂寬0.4 m，護腳背坡比為1∶0.5，墻體采用M7.5漿砌石砌筑。排水工程：棄渣結(jié)束后，為了預防堆渣體上游坡面徑流沖刷導致水土流失，設計在堆渣體頂部和平臺內(nèi)側(cè)修筑排水溝，排水溝斷面近似采用明渠均勻流公式計算。經(jīng)計算，確定渣場頂部排水溝斷面尺寸為： 底寬0.3 m，溝深0.5 m，內(nèi)坡比1∶0.5，M7.5漿砌石襯砌厚度0.3 m。平臺內(nèi)側(cè)排水溝斷面尺寸為：底寬0.3 m，溝深0.3 m，M7.5漿砌石襯砌厚度0.3 m。土地整治和地表覆土：堆渣結(jié)束后，對渣體表面進行壓實、平整，在渣體表面覆土，用于植被綠化。

(2)植物措施。堆渣結(jié)束后，在堆渣體頂部及坡面進行喬、灌植被恢復：喬木選用旱柳，株行距3.0 m×3.0 m，坑穴(0.6 m×0.6 m)種植，選用1～2年生健壯實生苗栽植；灌木選擇胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)種植，選用1～2年生健壯實生苗栽植。

3.2.3取料場防治區(qū)

(1)工程措施。排水工程：取料結(jié)束后，為了預防料場上游坡面徑流沖刷導致水土流失，設計在料場開挖前沿1 300 m高程處修建排水溝，把上游來水導入兩側(cè)溝道。排水溝斷面近似采用明渠均勻流公式計算。經(jīng)計算，確定取料場排水溝斷面尺寸為：底寬0.3 m，溝深0.3 m，內(nèi)坡比1∶0.5，M7.5漿砌石襯砌厚度0.3 m。表土剝離、地表覆土和場地平整：土料場原地貌為灌木林地，在料場開采前實施表土剝離，剝離厚度控制在0.3～0.5 m，表土臨時堆放于料場一側(cè)空地，用于料場開挖結(jié)束后地表覆土，地表覆土后進行場地平整以便后續(xù)植物措施的實施。

(2)植物措施。土料場采用階梯式開采，在開采過程中土料場已形成穩(wěn)定邊坡，設計取料結(jié)束后，在開挖坡面上栽植灌木、植草進行植被恢復：灌木選用胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)種植，選用1～2年生健壯實生苗栽植；草種選擇紫花苜蓿，草種撒播量50 kg/hm2。在開挖平臺上栽植喬木、灌木；喬木選擇旱柳，株行距3.0 m×3.0 m，坑穴(0.6 m×0.6 m)種植，選用1～2年生健壯實生苗栽植；灌木選用胡枝子，株行距1.5 m×1.5 m，坑穴(0.3 m×0.3 m)種植，選用1～2年生健壯實生苗栽植。

3.2.4施工生產(chǎn)生活防治區(qū)

施工生產(chǎn)生活防治區(qū)除采取上述表土剝離與回覆、場地平整、栽植喬木和灌木等工程措施、植物措施外，在臨時措施中，為防止施工場地地表被降水沖刷，增加了施工場地外圍的臨時排水工程。排水溝為簡易土質(zhì)排水溝，斷面為梯形，底寬0.3 m、深0.4 m，邊坡比為1∶0.5，內(nèi)壁夯實。

3.2.5道路工程防治區(qū)

在臨時道路區(qū)采取表土剝離與回覆、場地平整及植被恢復措施，同時在臨時施工道路上邊坡坡腳處布設臨時排水措施，施工結(jié)束后對道路進行疏松綠化，植喬木、灌木。在永久道路區(qū)，主體工程設計在永久道路內(nèi)側(cè)修建排水溝500m，由于永久道路共1.881km，在主體工程設計的基礎上，需要在其余永久道路內(nèi)側(cè)補充修建排水溝，排水溝用M7.5漿砌石砌筑成0.5m×0.5m的矩形，襯砌厚度0.3m。

3.2.6輸水線路防治區(qū)

本防治區(qū)面積相對較小，從保護水土資源、減少擾動面積和及時恢復植被等方面考慮水土流失防治措施，主要采取表土剝離與回覆、場地平整和植被恢復措施。

3.2.7輸電通信線路防治區(qū)

本防治區(qū)與輸水線路防治區(qū)類似，占地面積相對較小，主要采取表土剝離與回覆、場地平整、植被恢復等措施。

3.3防治效果分析

經(jīng)過評估，防治措施實施后，項目區(qū)各項水土保持評價指標，如擾動土地整治率、水土流失總治理度、水土流失控制比、攔渣率、林草覆蓋率、林草植被恢復率等均達到或超過原設計要求。擾動土地整治率為99.2%，水土流失總治理度為99.1%，土壤流失控制比為1.1，攔渣率為100%，林草植被恢復率為99.1%，林草覆蓋率為30.4%。

4結(jié)語

在開發(fā)建設過程中，只有準確預測因工程建設新增的水土流失，才能有針對性地布設工程措施、植物措施和臨時措施，使工程建設導致的水土流失得到有效控制。本文提出的防治措施實施后，項目區(qū)各項水土保持評價指標均達到了防治目標的要求，使長益廟水庫工程在完成常規(guī)水源和抗旱應急水源雙重供水任務的同時，也具備較好的生態(tài)效益。

(責任編輯孫占鋒)

[中圖分類號]S157.2

[文獻標識碼]C

[文章編號]1000-0941(2016)07-0022-04

[作者簡介]王瑩(1984—)，女，陜西楊凌市人，工程師，碩士，主要從事水土保持、環(huán)境影響評價工作。

[收稿日期]2016-01-10

[關鍵詞]水土流失；防治措施；長益廟水庫