連振龍， 郭艷波(.云南秀川環(huán)境工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 65002；2.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心，云南 昆明 650034；3.云南省環(huán)境科學(xué)研究院/中國昆明高原湖泊國際研究中心，云南 昆明 650034)

牛欄江—滇池補(bǔ)水工程棄渣場選址及水土保持措施設(shè)計(jì)

連振龍1， 郭艷波2,3
(1.云南秀川環(huán)境工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 650021；2.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心，云南 昆明 650034；3.云南省環(huán)境科學(xué)研究院/中國昆明高原湖泊國際研究中心，云南 昆明 650034)

引水工程；棄渣場；選址；水土保持；防護(hù)措施

牛欄江—滇池補(bǔ)水工程是滇中調(diào)水近、中期重點(diǎn)工程，重點(diǎn)向滇池補(bǔ)充生態(tài)水量，改善滇池水環(huán)境。工程建設(shè)中動用土石方量較大，在分析工程建設(shè)特點(diǎn)、項(xiàng)目區(qū)自然條件的基礎(chǔ)上，針對棄渣場的棄渣堆放特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn)、安全穩(wěn)定要求及水土流失防治等，探討引水工程棄渣場選址及水土保持措施設(shè)計(jì)。

1 工程及項(xiàng)目區(qū)概況

牛欄江—滇池補(bǔ)水工程是滇池水環(huán)境綜合治理中的近期外流域調(diào)水工程，是滇中調(diào)水近、中期重點(diǎn)工程，重點(diǎn)向滇池補(bǔ)充生態(tài)水量，改善滇池水環(huán)境，并在昆明發(fā)生供水危機(jī)時，提供城市生活及工業(yè)用水。工程涉及昆明市的尋甸縣、嵩明縣、官渡區(qū)、盤龍區(qū)，曲靖市的沾益縣和會澤縣，工程等級及規(guī)模為Ⅱ等、大(2)型。工程建設(shè)內(nèi)容包括德澤水庫水源工程、德澤干河泵站提水工程和德澤干河提水工程至昆明(盤龍江)的輸水線路工程3個部分。

項(xiàng)目區(qū)所在的牛欄江流域位于滇中高原北東與黔西高原交界處，山脈、水系大致呈南北及北東—南西向，牛欄江上游段(嵩明、楊林盆地)為中低山剝蝕丘陵地貌區(qū)，嵩明至黃梨樹為中山溶蝕地貌區(qū)，黃梨樹至金沙江交匯口為中高山侵蝕地貌區(qū)。項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量858.4～1 039.8 mm，多年平均氣溫12.7～15.6 ℃，5—10月降水量約占全年的90%。項(xiàng)目區(qū)土壤的垂直分布明顯，主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤及少量紫色土、燥紅土。植被屬于滇中、滇東高原半濕潤常綠闊葉林、云南松林，林草植被覆蓋率60.5%，牛欄江流域上游植被覆蓋狀況尚好，中、下游由于人類破壞嚴(yán)重，植被覆蓋極差，加之上游多為寬闊的壩子或丘陵，下游山高坡陡，流域侵蝕產(chǎn)沙現(xiàn)象普遍，呈現(xiàn)上游輕微、下游嚴(yán)重的特點(diǎn)。

2 棄渣場選址及布設(shè)情況

根據(jù)工程實(shí)際情況，在主體工程施工組織設(shè)計(jì)土石方平衡的基礎(chǔ)上，綜合考慮地形、地貌、水文地質(zhì)條件、環(huán)境敏感區(qū)、涉及安置人數(shù)與專項(xiàng)設(shè)施數(shù)量及其投資、棄渣場占地類型與面積、容量、運(yùn)距、運(yùn)渣道路、防護(hù)措施及其投資、損壞水土保持設(shè)施數(shù)量及可能造成的水土流失危害、棄渣場后期利用方向等因素后進(jìn)行合理可行的棄渣場選址。棄渣場選址應(yīng)避開潛在危害大的泥石流、滑坡等不良地質(zhì)地段，對重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全及行洪安全、環(huán)境敏感區(qū)有重大影響的區(qū)域(如河道、湖泊、已建水庫管理范圍內(nèi)等)不布設(shè)棄渣場，匯水面積和過水流量較大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道不宜布設(shè)棄渣場[1-2]。綜上所述，本工程棄渣場選址影響因子分析詳見表1。

表1 棄渣場選址影響因子分析

根據(jù)以上原則，山區(qū)、丘陵區(qū)宜選擇在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相對簡單，地形相對平緩的溝谷、凹地、坡臺地、灘地等布置棄渣場，本工程共布置51個棄渣場，其中：水源工程區(qū)和提水工程區(qū)各布設(shè)3個，棄渣量376.75萬m3；引水線路區(qū)德澤至糟家灣段布置12個，棄渣量155.55萬m3；糟家灣至昆明段布置33個，棄渣量548.72萬m3(以上均為松方)。本研究選取具有代表性的引水線路區(qū)德澤至糟家灣段棄渣場作為研究對象，具體布設(shè)情況詳見表2。

表2 引水線路區(qū)德澤至糟家灣段棄渣場布設(shè)情況

引水線路區(qū)德澤至糟家灣段棄渣主要來源于隧洞施工，棄渣場類型以溝道型為主，就近布設(shè)在隧道出、入口附近的凹地和溝道里，有利于后續(xù)水土保持措施的設(shè)計(jì)，減少了棄渣運(yùn)輸成本，且各棄渣場無不良地質(zhì)現(xiàn)象，渣場上、下游無居民點(diǎn)、工業(yè)企業(yè)和長流水，不涉及風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)，不影響重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全及行洪安全等。

3 棄渣場水土保持措施設(shè)計(jì)

由于全線棄渣場數(shù)量較多，加之考慮到文章篇幅有限，因此這里僅以其中引水線路區(qū)德澤至糟家灣段棄渣場為例，詳細(xì)說明棄渣場水土保持措施設(shè)計(jì)。

在堆渣前先剝離棄渣場表土，堆放在各渣場的合適位置并采取臨時防護(hù)措施，待施工結(jié)束后用于渣場復(fù)墾和植物措施的綠化覆土。為保證棄渣穩(wěn)定，棄渣采用分臺堆置方案，每臺高度10～15 m，設(shè)置3～4 m寬平臺，各分級臺階邊坡比為1∶2，堆至渣頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后平堆，在設(shè)計(jì)渣場頂端形成平臺，對各棄渣場采取攔渣墻(壩)、截排水溝、沉沙池、植樹種草、復(fù)耕等水土保持措施。根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》，本工程棄渣場等級為三級，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇[2-4]。

3.1 攔擋工程設(shè)計(jì)

從表2來看，引水線路區(qū)棄渣場包括凹地型、溝道型、臨河型3種類型。根據(jù)地形、水文地質(zhì)、棄渣量、建材、施工、經(jīng)濟(jì)及其對周圍環(huán)境的影響，通過綜合方案比選確定攔擋工程。攔擋工程包括：①擋渣壩是從上游開挖線至干砌石護(hù)腳頂部平面以下部分，設(shè)計(jì)最大壩高6.0～10.0 m，壩頂寬度3.0～5.0 m，上邊坡1∶2，下邊坡1∶2.5，下部設(shè)置高2.0～3.0 m、頂寬1.5 m、上下邊坡分別為1∶1和1∶1.5的干砌石護(hù)腳。壩體用渣料中的毛塊石進(jìn)行填筑，上部用開挖渣料填筑并分層碾壓，碾壓層厚50～80 cm，孔隙率小于26%，最大干容重1.9 t/m3。②擋渣墻采用重力式漿砌塊石修建，具有設(shè)計(jì)施工簡便、就地取材、安全可靠的特點(diǎn)。其斷面尺寸墻高3.0～5.0 m、頂寬0.8～1.5 m、墻背邊坡為1∶0.2～1∶0.7，墻面為垂直面，墻身布置10 cm×10 cm排水孔，孔距2 m，沿墻線方向每隔15 m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬3 cm。③格賓式鋼絲網(wǎng)石籠擋墻屬于柔性材料，具有適應(yīng)變形、透水性的特點(diǎn)，一般布置在地質(zhì)基礎(chǔ)條件差且堆渣坡度較平緩的渣場，斷面較漿砌石擋渣墻寬大，分層錯位碼砌，斷面尺寸墻高2.0～4.0 m、頂寬1.0～3.0 m，墻背垂直，墻面為梯臺形式，基礎(chǔ)開挖深度0.5 m，單個鋼絲籠長×寬×高為2.0 m×1.0 m×1.0 m。引水線路區(qū)德澤至糟家灣段攔擋工程具體斷面設(shè)計(jì)見表3。

表3 引水線路區(qū)德澤至糟家灣段攔擋工程斷面設(shè)計(jì)

注：①河底棄渣場為凹地型棄渣場，棄渣量不大，未布設(shè)攔擋措施；②格賓擋墻和擋渣壩均為柔性攔擋建筑物，墻趾高按0計(jì)。

3.2 排水工程設(shè)計(jì)

攔擋工程修建完成后，改變了自然溝道的坡面徑流，為了避免坡面徑流沖刷渣體，通過布設(shè)排水工程將坡面徑流排至下游溝道。根據(jù)攔擋工程控制的匯水面積、降雨強(qiáng)度、工程等級及相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定排水工程形式，一般分為兩類:①涵洞/管，即埋在渣體下部河溝溝底，穿過擋渣壩與出口消力池連接，適用于匯水面積較大、設(shè)計(jì)洪峰流量亦大的棄渣場。②排水溝，一般布置在渣面與山坡坡腳相交處，出水口與自然溝道相順接，適用于匯水面積較小且設(shè)計(jì)洪峰流量不大的渣庫[5]。

排水工程設(shè)計(jì)根據(jù)匯水面積、產(chǎn)流參數(shù)及降水強(qiáng)度等確定其結(jié)構(gòu)形式、布置方式和過水能力。根據(jù)各棄渣場P=5%洪峰流量，排水涵管采用預(yù)制混凝土承插管，管壁厚82 mm，排水管下部細(xì)砂墊層厚度20～40 cm，上部回填碎石厚度50 cm。排水溝斷面為梯形和矩形，用漿砌石修建，按明渠均勻流設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝妫偌?.10～0.15 m安全超高，漿砌石襯砌厚度為30 cm。此外，在各渣場排水工程末端設(shè)置漿砌石沉沙池，對匯集的坡面徑流進(jìn)行消能沉淀后再進(jìn)行排放，沉沙池容積為10 m3，長、寬和深2～4 m，襯砌厚度為30 cm。

3.3 土地整治

棄渣場占地類型主要為林地、草地和耕地。為避免水土資源流失，保障棄渣場植被恢復(fù)和復(fù)墾的需要，在棄渣堆放前先進(jìn)行表土剝離，平均剝離表土厚度為0.40 m，待棄渣結(jié)束后，將剝離表土全部回覆至棄渣表面并進(jìn)行場地平整。

3.4 植被恢復(fù)及復(fù)墾措施設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)立地條件，選用先進(jìn)可行的造林技術(shù)進(jìn)行植被恢復(fù)。各棄渣場表土回覆、場地平整后，渣場平臺占用耕地的優(yōu)先復(fù)墾，占用林地、草地的選擇喬木和灌木行間結(jié)合，按1∶1混交，株行距1.5 m×2.0 m，渣場坡面種植灌木，平臺和坡面同時撒播草種防護(hù)。

3.5 剝離表土臨時攔擋設(shè)計(jì)

表土剝離后臨時堆放在各渣場的合適位置，堆土邊坡比1∶2.0，需要采取臨時措施進(jìn)行防護(hù)。堆渣期間渣場的植物措施尚未實(shí)施，為避免暴雨對堆渣體的沖刷，堆土場四周一般采用臨時廢棄土石編織袋擋墻進(jìn)行防護(hù)，斷面尺寸底寬2.2 m、頂寬0.6 m、高度2.0 m、邊坡1∶0.4，廢棄土石編織袋擋墻可以起到擋護(hù)和穩(wěn)定坡腳的作用。

4 結(jié) 語

從牛欄江—滇池補(bǔ)水工程來看，工程棄渣量大(1 081.02萬m3)，輸水線路較長、隧洞比例大是棄渣產(chǎn)生的主要原因，因此合理進(jìn)行棄渣場選址對后續(xù)水土保持措施設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過棄渣場選址影響因子綜合分析，共設(shè)置了51個棄渣場，本研究選取具有代表性的引水線路區(qū)德澤至糟家灣段的12個棄渣場進(jìn)行水土保持措施設(shè)計(jì)，從工程措施、植物措施、臨時措施等方面提出相應(yīng)的防治措施，使棄渣場水土流失得到有效防治。

牛欄江—滇池補(bǔ)水工程大量的棄渣不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，也影響了周邊的生態(tài)環(huán)境。為了解決棄渣場選址及水土保持防護(hù)困難等問題，可以借鑒一些同類工程，將棄渣作為骨料用于工程建設(shè)(如堤壩填筑等)、回填料場開采坑回填、人造景觀、周邊道路建設(shè)等方面[6]，從棄渣綜合利用的角度來說，可有效地減少因工程棄渣造成的占地、投資和水土流失。

[1] 趙永軍.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制技術(shù)[M].北京:中國大地出版社，2007:154-155.

[2] 水利部.水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范：SL 575—2012[M].北京:中國水利水電出版社，2012:1-59.

[3] 郭建華.水力風(fēng)力交錯侵蝕區(qū)棄渣場水土保持防治措施探討[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2016(2):12-13.

[4] 水利部.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范：GB 50433—2008[M].北京:中國計(jì)劃出版社，2008:91-101.

[5] 王禹生，萬彩兵.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目棄渣場設(shè)計(jì)探討[J].人民長江，2004，35(10):11-13.

[6] 劉冠軍.水利水電工程棄渣綜合利用方式研究[J].中國水土保持，2013(6):62-64.

S157．2

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1000-0941(2018)01-0014-03

連振龍(1982—)，男，山東聊城市人，工程師，碩士，主要從事水利水電工程水土保持設(shè)計(jì)工作；通信作者郭艷波(1982 —)，女，吉林松原市人，工程師，碩士，主要從事水土保持方案編制及環(huán)境影響評價工作。

2017-03-10

(責(zé)任編輯 孫占鋒)