(1. 北京清大綠源科技有限公司，北京 100084；2. 國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041；3. 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875)

水利水電工程邊坡防護(hù)和植被恢復(fù)設(shè)計(jì)

高小虎1黃翔2田露3

(1. 北京清大綠源科技有限公司，北京 100084；2. 國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041；3. 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875)

為解決干熱河谷區(qū)水利水電工程邊坡防護(hù)和植被恢復(fù)的技術(shù)難點(diǎn)，本文選取位于大渡河流域的猴子巖水電站項(xiàng)目區(qū)某邊坡作為研究對象，通過對該邊坡的氣候、土壤和植被的調(diào)查分析，制定出植被恢復(fù)的保水涵水、長效綠化基質(zhì)、多樣性植被三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)踐，開展了工期、坡面防護(hù)、保水涵水、土壤配方和植被群落的五項(xiàng)設(shè)計(jì)，并制定了詳細(xì)的施工方案，為干熱河谷區(qū)水利水電工程中的類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

干熱河谷區(qū)；邊坡防護(hù)；植被恢復(fù)

大渡河發(fā)源于青海省果洛山東南麓，干流全長1062km，天然落差4175m，全河流域面積7.74萬km2，多年平均年徑流量473億m3，其干流和主要支流水力資源蘊(yùn)藏量3368萬kW，占四川省水電資源總量的23.6%。猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)大渡河干流上游，壩址河段位于康定縣孔玉鄉(xiāng)，部分庫區(qū)在丹巴縣和小金縣境內(nèi)，總裝機(jī)容量170萬kW，多年平均年發(fā)電量73.64億kW·h。該區(qū)河谷植被稀疏、生態(tài)系統(tǒng)退化、自然災(zāi)害頻發(fā)，植被恢復(fù)難度極大，具有典型的干熱河谷特征。同時(shí)，水電開發(fā)建設(shè)必然會對生態(tài)環(huán)境造成影響，而猴子巖水電站確立建設(shè)成綠色電站的目標(biāo)后，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水土流失防治和綠色植被恢復(fù)的工作任務(wù)更加迫切，尤其是水利水電工程中的高陡邊坡防護(hù)和植被恢復(fù)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

水利水電工程開發(fā)建設(shè)過程中，生態(tài)環(huán)境退化程度嚴(yán)重，受氣候、土壤和植被多種因素影響，邊坡植被恢復(fù)工程開展十分困難，一直是科研工作和工程實(shí)踐中重點(diǎn)關(guān)注和急需解決的難題[1-5]。干熱河谷區(qū)已有的研究工作主要是從土壤因子、物種篩選、人工造林等方面著手進(jìn)行。針對我國西南地區(qū)河谷地形的植被恢復(fù)開展的研究，唐國勇等分析了植被恢復(fù)對退化土壤的影響[6]，張映翠分析了鄉(xiāng)土植物對土壤修復(fù)的可能性[7]，韓杰等比較了干旱河谷植被物種多樣性的特點(diǎn)[8]，陳其兵等提出了河谷地區(qū)的生態(tài)植被恢復(fù)模式[9]。而針對大渡河流域的類似研究較少，黃翔等對大渡河流域的植被進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查分析，初步提出了在這一區(qū)域開展植被恢復(fù)的困難度，同時(shí)也論證了技術(shù)上存在一定的可行性[10]，白霞等對猴子巖料場邊坡植被恢復(fù)的節(jié)水技術(shù)進(jìn)行了討論[11]。因此，已有的研究少有發(fā)現(xiàn)能在干熱河谷區(qū)成功恢復(fù)植被的方法，技術(shù)手段上有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，而且針對大渡河流域的專項(xiàng)研究更為少見。

鑒于此，本文特別選取四川省康定縣孔玉鄉(xiāng)建設(shè)的猴子巖水電站作為研究區(qū)域，選取猴子巖水電站項(xiàng)目區(qū)折洛溝橋上游的某邊坡作為研究對象，制定邊坡防護(hù)和植被恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)、工程設(shè)計(jì)和施工方案，為大渡河流域水電開發(fā)建設(shè)中的植被恢復(fù)工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境條件

猴子巖水電站具有干濕季節(jié)分明、日照長、晴天多、氣溫日變化大等典型的干熱河谷季候特征。多年平均氣溫12.2℃，極端最高氣溫36.6℃，極端最低氣溫-10.7℃；多年平均相對濕度為60%；多年平均蒸發(fā)量1600mm；多年平均降水量600mm，歷年最大日降水量56.2mm；最大風(fēng)速17m/s；多年平均積雪日數(shù)全年為1.7d。區(qū)內(nèi)氣象災(zāi)害主要有旱災(zāi)、冰雹、暴雨和洪災(zāi)等。土壤以褐土、山地褐土為主，土體具有緊、瘦、薄、干的特點(diǎn)。原生植被多以河谷坡地的旱生灌草叢為主，灌叢植被主要有高山櫟、黃荊、白刺花、草沉香、角柱花、山針、馬桑等。

1.2 植被恢復(fù)難點(diǎn)

猴子巖水電站植被恢復(fù)工程邊坡為S211新線的路堤邊坡，也是S211舊線的路堤邊坡，坡面分布著不同風(fēng)化程度的層狀變質(zhì)細(xì)砂巖，內(nèi)夾碳質(zhì)千枚巖，細(xì)類為砂土、碎礫石層，見下圖。經(jīng)科研、設(shè)計(jì)和工程組人員進(jìn)場調(diào)查分析，認(rèn)為本工程具有三大難點(diǎn)。

工程邊坡原狀地貌圖

a. 水分不足。根據(jù)邊坡有效降雨量的計(jì)算方法，猴子巖水電站年降雨量為600mm，邊坡有效降雨量不足400mm，再加上本區(qū)河谷常年風(fēng)大，加大坡面水分蒸發(fā)速率，使本區(qū)的高陡邊坡形成了極惡劣的植物生長條件。同時(shí)，本區(qū)河谷地形的積熱程度十分嚴(yán)重，夏季有嚴(yán)重伏旱現(xiàn)象，新生植物幼苗木質(zhì)化程度低，耐高溫性能差，已成活植株易出現(xiàn)枯梢。加之山高坡陡平地少，天然降水徑流速度大，坡面土壤持水量低，降水入滲少而流失多，即便是雨季，有限的降水量能被植物利用的比例也非常小。

b. 土壤瘠薄。由于坡面為上方道路施工時(shí)形成的砂土、碎石，坡度相對較陡，大量松散土石在坡面堆積，土層淺薄、養(yǎng)分貧瘠，自然恢復(fù)極為困難，而且由于原始坡面被渣體覆蓋，坡面表層堆積體不具備植物生長的基本條件，尤其是缺少植物生長的土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分，植被恢復(fù)前需對坡面進(jìn)行改良處理。

c. 植被發(fā)育差。工程所處的氣候和土壤條件所孕育的植被，層次簡單、覆蓋率低、發(fā)育差，不僅不能合理有效地利用水資源和區(qū)域內(nèi)豐富的光熱資源，而且截留地表徑流、保護(hù)水土資源和防風(fēng)抗風(fēng)能力非常有限，導(dǎo)致坡面植被穩(wěn)定性差、生態(tài)系統(tǒng)脆弱。在氣候、生物、母質(zhì)等綜合條件作用下，生態(tài)十分脆弱，一旦擾動破壞，就很難恢復(fù)到原始植被狀態(tài)。

2 植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

針對植被恢復(fù)存在的水分不足、土壤貧瘠、植被發(fā)育差的三大難點(diǎn)，本工程在設(shè)計(jì)和實(shí)施前，首先對氣候水文、現(xiàn)場土樣和原生植被展開了大量的調(diào)查分析和取樣測試，總結(jié)出工程自身的植被恢復(fù)制約因子，針對性地提出對應(yīng)的解決辦法，并形成三項(xiàng)“水、土、生”植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 保水涵水技術(shù)

解決土壤水分不足關(guān)鍵在于坡面土體的保水涵水能力，并且必須保證這種保水涵水性能的持久性。本工程通過添加保水制劑，在有限的坡面土體中設(shè)置兩層保水結(jié)構(gòu)。一是在土體底層(厚度3～5cm)形成保濕儲水層，當(dāng)降雨或人工澆水使土體濕度相對較高時(shí)，能充分吸引水分并儲存，當(dāng)持續(xù)干旱時(shí)土體濕度降到一定程度時(shí)，能緩慢釋放水分供給植物生長，從而延長坡面土體的保濕歷時(shí)，提高持久性能；二是在土體表層(厚度5～10cm)形成保水吸附層，能主動吸附和保持一定水分含量的同時(shí)，使土體表層持續(xù)具有良好的壤性結(jié)構(gòu)，且能在土體最外層形成“薄膜”，降低地表蒸發(fā)速率。同時(shí)，結(jié)合無紗布等覆蓋，有效保障植被恢復(fù)工程初期植物幼苗的生長需求。

2.2 長效綠化基質(zhì)技術(shù)

由于整個坡面沒有土壤，下側(cè)為掛渣體，堆積厚度不均，碎石松散程度也不一樣，上側(cè)為高陡巖石面，局部甚至出現(xiàn)倒坡，巖石風(fēng)化程度弱。因此，植被恢復(fù)需首先解決植物生長所需的土壤問題。本工程主要采取長效綠化基質(zhì)配方技術(shù)，首先修整坡面結(jié)構(gòu)促其穩(wěn)定，同時(shí)施用一定成分的掛渣體填充材料和巖石風(fēng)化劑，再在表層噴附一層植物生長基質(zhì)，最終形成一層良性的土壤結(jié)構(gòu)，這種土壤是當(dāng)?shù)厥焱痢⒉萏客?、有機(jī)肥、綠化添加劑的合成物，不僅能保證壤性結(jié)構(gòu)良好，生長養(yǎng)分充分，而且能與現(xiàn)有坡面緊密結(jié)合，加速植物生長和生態(tài)演替過程。

2.3 多樣性植被技術(shù)

通過植物生長實(shí)現(xiàn)坡面的植被覆蓋是植被恢復(fù)工程的最終目標(biāo)，而植物生長是一個長期過程，從植物的苗期生長、植株擴(kuò)繁、群落競爭、生境維持，需要一種相對穩(wěn)定的演替過程，在水、土等條件基本滿足的條件下，多樣性植物品種的選取和適應(yīng)性植被群落的建立是植被恢復(fù)工程成功的關(guān)鍵。本工程地處大渡河流域中段，干熱河谷氣候非常明顯，擬參照本地物種類型，強(qiáng)調(diào)灌木護(hù)坡，營造以灌木植物為主，草灌結(jié)合的多樣性立體植被。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 工期設(shè)計(jì)

受干熱河谷氣候特征影響，本區(qū)的植物生長速率相對緩慢，若多年生植物未形成相對茁壯的株體容易受到冬季凍害而難以越冬。因此，為保證首年的植被恢復(fù)時(shí)長盡可能延長，植物在首年能夠充分生長，本工程的最佳施工期宜安排在11—12月或3—4月，植物出苗時(shí)間為4—5月，通過5—10月近半年生長期，積累相對豐富的有機(jī)枝體，為順利越冬創(chuàng)造條件。

3.2 坡面防護(hù)設(shè)計(jì)

由于本工程坡面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采取分區(qū)獨(dú)立處理，以保證坡體和坡面穩(wěn)定。對于堆積體的處理，主要通過清理浮石、平整坡面，過大的縫隙填充有機(jī)填充物；對于巖石體的處理主要是對坡度及反坡的修整，并在高處和坡面匯水區(qū)域設(shè)置截排水路由。處理完后對整個坡面加掛熱鍍鋅鐵絲網(wǎng)，并以間距1～2m，深度1～1.5m的錨桿進(jìn)行錨固，規(guī)格采用φ12mm螺紋鋼，局部松散體采用R25N的自鉆式錨桿。錨桿全部用水泥砂漿搗實(shí)，網(wǎng)體在加掛時(shí)通過拉升張緊，緊貼坡面，且網(wǎng)間搭接寬度不小于5cm，并用鐵絲綁扎固定，避免滑脫。

3.3 保水涵水設(shè)計(jì)

坡面植物生長要求的土壤有效含水率5%～6%以上。本工程底層土體使用淀粉接枝丙烯酸鹽保水劑，表層土體使用聚丙烯酰胺保水劑，保證土壤含水率達(dá)到正常情況下的3倍以上，連續(xù)3～4個月內(nèi)無降水情況下能保證土壤含水率在5%以上，在極端條件下(6月內(nèi)無降水)有效含水率仍達(dá)4%以上。

3.4 土壤配方設(shè)計(jì)

本工程的土壤是由多種成分組成的混合物，能滿足植物生長所需的均衡營養(yǎng)成分，養(yǎng)分指標(biāo)見表1，同時(shí)還兼具良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，總空隙度不小于40%，容重為0.8～1.2g/cm3，且不易板結(jié)和分層，干后不出現(xiàn)明顯的收縮和龜裂(平均裂隙≤1cm)；具有良好的附著力和黏結(jié)力，經(jīng)得起自然降雨和人工灌溉的沖刷，并具有良好的滲透性、保水性和保肥性。

表1 植被恢復(fù)工程土壤配方養(yǎng)分指標(biāo)

3.5 植被群落設(shè)計(jì)

本工程采用以灌木為主，草本植物與灌木植物優(yōu)化配置的理念營造多樣性護(hù)坡植被。綜合考慮工程的自然條件，植被群落設(shè)計(jì)的主要植物品種為高羊茅、紫花苜蓿、狗牙根、百喜草、假儉草、紫穗槐、黃荊、馬桑、馬棘、水白楊、馬蹄金等草灌種子，播種總量為50～70g/m2，在局部坡面坡度接近90°區(qū)域補(bǔ)栽藤類植物，見表2。

表2 植被恢復(fù)工程植被群落設(shè)計(jì)

4 工程施工

4.1 施工準(zhǔn)備

為實(shí)現(xiàn)工程的植被恢復(fù)目標(biāo)，根據(jù)工程的規(guī)模、施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)和工期要求，提前1～2個月準(zhǔn)備施工機(jī)械和材料。施工機(jī)械主要包括空壓機(jī)、噴播機(jī)、發(fā)電機(jī)、鋼筋加工設(shè)備、攪拌機(jī)、抽水機(jī)等。施工材料主要包括鍍鋅防護(hù)網(wǎng)、錨桿、當(dāng)?shù)厥焱痢⒉萏客?、有機(jī)肥、綠化添加劑、保水劑、覆蓋物和多樣性植物配方種子，且部分材料需提前開展效果測試，如壤土養(yǎng)分含量、保水劑吸水倍率、種子發(fā)芽率等。

施工前，還應(yīng)就工程周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察，在保障下方道路通行的前提下，在路基擋土墻上側(cè)設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)，明確施工臨時(shí)占地范圍，合理布設(shè)原料堆放點(diǎn)、機(jī)械安裝區(qū)，同時(shí)作好各區(qū)的水土保持防治工作。

4.2 施工方法及流程

a. 坡面清理。平整坡面，對于較松動的巖石坡面，采用人工方法進(jìn)行清理浮石、浮土、樹根等，并對局部凸凹不平區(qū)域、陡坡或光滑面進(jìn)行必要的處理。做到處理后的坡面傾斜一致、平整、無大的石頭突出、無其他雜物存在，施工前坡面的凹凸度控制在±10cm左右，最大不超過±30cm，使其利于基質(zhì)和巖石表面的自然結(jié)合，并根據(jù)實(shí)際情況在坡頂、坡腳及平臺適當(dāng)設(shè)置截排水溝等排水設(shè)施。

b. 打錨施工。為了固定鍍鋅網(wǎng)，形成巖面植物生長基礎(chǔ)，對巖石裸露區(qū)通過運(yùn)用小型空壓機(jī)帶動風(fēng)鉆進(jìn)行打孔作業(yè)，打孔密度一般間距為100～200cm，打孔深度一般為100～150cm，然后將鋼筋錨桿插入孔內(nèi)，并灌入水泥砂漿固定錨桿。視邊坡具體情況，局部區(qū)域需要適當(dāng)加密錨桿，以保證掛網(wǎng)牢固。

c. 掛網(wǎng)固定。完成打錨施工后，在坡面鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)。本工程采用鋼絲直徑為1.9～2.0mm，網(wǎng)孔為5～6cm×5～6cm的菱形鍍鋅金屬網(wǎng)。掛網(wǎng)施工時(shí)自上而下放卷，上端應(yīng)延伸1～1.5m，相鄰兩卷鍍鋅鐵絲網(wǎng)分別綁扎鐵絲連接固定，兩網(wǎng)交接處要求有5～8cm的重疊。鐵絲網(wǎng)應(yīng)與錨桿間緊密捆扎，并牢固地貼緊坡面。

d. 客土噴播。對當(dāng)?shù)赝寥肋M(jìn)行篩選，以滿足噴播機(jī)械的粒徑要求，然后將綠化添加劑(約占總體積的20%)，草炭土、有機(jī)肥等綠化物料混合，通過機(jī)械攪拌均勻后在大馬力空氣壓縮機(jī)的風(fēng)壓下，將種植基質(zhì)均勻地噴上坡面，噴射厚度8～10cm。綠化添加劑的混合比例需按規(guī)定嚴(yán)格操作，用量精確；綠化基質(zhì)投入攪拌機(jī)后，需攪拌1min以上；噴射時(shí)盡可能以垂直于坡面角度進(jìn)行，避免仰噴和斜噴，凹凸部分和死角部分要充分注意；嚴(yán)格要求噴射厚度和均勻度，因天氣原因造成的問題應(yīng)補(bǔ)噴。

e. 覆蓋養(yǎng)生。在噴射完成后，通過人工鋪蓋草簾或無紡布，并用竹釘或木樁加以固定，兩端用土壓埋穩(wěn)固，目的是防止水分蒸發(fā)過快，促進(jìn)種子發(fā)芽和幼苗生長，預(yù)防雨水沖刷。

4.3 養(yǎng)護(hù)管理

a. 旱期澆水。水利水電工程中的植被恢復(fù)應(yīng)結(jié)合季節(jié)雨情、庫區(qū)氣候、干濕狀況進(jìn)行調(diào)整。整體上旱期需對工程邊坡進(jìn)行澆水作業(yè)，以補(bǔ)充土壤水分，尤其是在施工完成后不久，必須保證充足的水分以利于植物種子出苗。澆水時(shí)間為早晨，不宜中午和晚上澆水，前者易引起坡面植物灼燒，后者易使植被感染疾病。澆水量以土濕深度超過土體總厚度的80%為準(zhǔn)。

b. 追肥。采用人工追肥法，對施工拌料不均勻?qū)е戮植客寥鲤B(yǎng)分不足的地方進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，根據(jù)植物長勢、土溫、土濕決定肥料的用量和追肥時(shí)間。

5 結(jié) 語

受干熱河谷區(qū)的惡劣氣候和邊坡困難的立地條件影響，水利水電工程中的高陡邊坡植被恢復(fù)極為困難。猴子巖水電站在水電開發(fā)建設(shè)的同時(shí)，加大了對生態(tài)植被的保護(hù)和恢復(fù)考慮，開展了細(xì)致、系統(tǒng)的植被恢復(fù)工程研究和實(shí)踐工作。通過工程實(shí)踐，逐步展開了對猴子巖水電站周邊的原生植被調(diào)查、適生性物種測試、新型植被恢復(fù)技術(shù)研究等工作，對逐步解決干熱河谷區(qū)長期以來的高陡邊坡植被恢復(fù)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)建設(shè)綠色電站、保護(hù)水土資源、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境提供了經(jīng)驗(yàn)儲備和技術(shù)支撐。

[1] 李曉飛, 范貴隆. 邊坡生態(tài)工程技術(shù)現(xiàn)狀綜述及展望[J]. 水利建設(shè)與管理, 2012(7): 65-68.

[2] 杜凌. 論水利工程建設(shè)中生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[J]. 水利建設(shè)與管理,2013(1): 68-70.

[3] 李昆,劉方炎,楊振寅,等. 中國西南干熱河谷植被恢復(fù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 世界林業(yè)研究,2011(4): 55-60.

[4] 楊振寅,蘇建榮,羅棟,等. 干熱河谷植被恢復(fù)研究進(jìn)展與展望[J]. 林業(yè)科學(xué)研究,2007(4): 563-568.

[5] 曉鳴. 四川干旱河谷地區(qū)生態(tài)建設(shè)的主要問題與對策建議[J]. 社會科學(xué)研究, 2001(5): 33-36.

[6] 唐國勇,高成杰,李昆. 植被恢復(fù)對干熱河谷退化土壤改良的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2015(15): 5157-5167.

[7] 張映翠. 鄉(xiāng)土草本植物對干熱河谷退化土壤修復(fù)的生態(tài)效應(yīng)及機(jī)制研究[D]. 重慶：西南農(nóng)業(yè)大學(xué),2005(5): 9-13.

[8] 韓杰,沈澤昊,石松林,等. 雅礱江和大渡河干旱河谷植被物種多樣性比較: 氣候、地形與空間的影響[J]. 生物多樣性, 2016(4): 421-430.

[9] 陳其兵,劉光立,李永江. 四川干熱河谷地區(qū)公路生態(tài)植被恢復(fù)與重建模式探討[J]. 中國園林,2006(12): 80-82.

[10] 黃翔,高小虎,劉四華. 大渡河流域干冷河谷特征植被調(diào)查分析——以某水電站為例[J]. 四川環(huán)境,2016(2): 60-64.

[11] 白霞,操昌碧,熊峰. 高陡邊坡植被恢復(fù)中節(jié)水技術(shù)運(yùn)用研究——以猴子巖料場邊坡植被恢復(fù)為例[J]. 水電站設(shè)計(jì),2014(4):74-77.

Slopeprotectionandvegetationrestorationdesignofwaterconservancyandhydropowerproject

GAO Xiaohu1, HUANG Xiang2, TIAN Lu3

(1.BeijingQingdaLüyuanTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100084,China; 2.GuodianDaduRiverBasinHydropowerDevelopmentCo.,Ltd.,Chengdu610041,China; 3.SchoolofEnvironmentBeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)

In the paper, one slope of Houziyan Hydropower Station Project area in Dadu River basin is selected as the research object in order to solve the technical difficulties of slope protection and vegetation restoration of water conservancy and hydropower project in dry-hot valleys areas. Climate, soil and vegetation of the slope are investigated and analyzed. Three key techniques are formulated, including water conservation, long-term afforestation matrix, diversified vegetation. Engineering practice is combined for designing construction duration, slope protection, water conservation, soil formula and vegetation group. Detailed construction plan is formulated, thereby providing reference for similar design in water conservancy and hydropower project in dry-hot valleys areas.

dry-hot valley; slope protection; vegetation restoration

TV222

：A

：2096-0131(2017)09-0038-05

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.09.010