(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563000)

山區(qū)水電站工程建設(shè)規(guī)模大、山區(qū)地形陡峭復(fù)雜、地質(zhì)條件破碎等不利因素，導(dǎo)致土石方開(kāi)挖量和棄渣量大，若不采取合適的防護(hù)措施，容易引起堆渣場(chǎng)沖毀、坍塌、泥石流等不利問(wèn)題，導(dǎo)致水土流失、環(huán)境遭受破壞，直接威脅到工程本身及周邊地區(qū)的安全[1-2]。棄渣場(chǎng)是水電站建設(shè)新增水土流失的敏感部位和重點(diǎn)部位，對(duì)水電站棄渣場(chǎng)土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在堆渣初期棄渣場(chǎng)土壤侵蝕強(qiáng)度達(dá)到極強(qiáng)烈[3]。因此，如何根據(jù)工程特性、地形地質(zhì)等條件，正確合理進(jìn)行棄渣場(chǎng)選址是水電站項(xiàng)目水土流失防治的首要問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題。棄渣場(chǎng)選址的合理性直接關(guān)系到項(xiàng)目建設(shè)征地、水土流失防治、環(huán)境保護(hù)調(diào)查評(píng)價(jià)及治理修復(fù)、工程投資等[4]。

在以往水電站水土保持方案設(shè)計(jì)中，由于地形、征地等因素的限制，水土保持方案中棄渣場(chǎng)多采用主體工程設(shè)計(jì)的渣場(chǎng)，在方案中增加棄渣場(chǎng)的水土保持措施，很少?gòu)乃帘３纸嵌葋?lái)進(jìn)行渣場(chǎng)位置的選擇。根據(jù)水電工程的水土保持準(zhǔn)入條件，水土保持方案中可以依據(jù)實(shí)際情況否決主體工程設(shè)計(jì)的渣場(chǎng)，從水土保持角度重新選擇棄渣場(chǎng)的位置[5]。因此，在水電站工程水土保持方案設(shè)計(jì)中，不應(yīng)局限于主體工程設(shè)計(jì)指定的棄渣場(chǎng)，要從水土保持、生態(tài)環(huán)境影響等方面來(lái)綜合論證棄渣場(chǎng)的位置[6]。本文以紅毛洞水電站建設(shè)過(guò)程中的水土流失特點(diǎn)、可能對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響為主線，開(kāi)展棄渣場(chǎng)方案合理性論證，重點(diǎn)研究棄渣場(chǎng)選址設(shè)計(jì)和方案，確保施工現(xiàn)場(chǎng)棄渣安全可靠地合理堆放。

1 工程概況

紅毛洞水電站位于貴州省務(wù)川縣豐樂(lè)鎮(zhèn)茶坪村境內(nèi)的洪渡河上，壩址距遵義市中心城區(qū)174km，距務(wù)川縣城20km，是洪渡河水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的第四級(jí)電站。工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼有攔沙和防洪等功能。壩址以上流域面積1141km2，干流河長(zhǎng)79.2km，多年平均徑流量8.17億m3，多年平均流量25.9m3/s。電站樞紐由堆石混凝土重力壩、左岸壩后式發(fā)電系統(tǒng)、泄洪建筑物等組成。電站水庫(kù)為中型，樞紐工程為Ⅲ等，發(fā)電工程為Ⅳ等。紅毛洞壩址上游約200m為偏陽(yáng)洞水電站(已成)大壩，偏陽(yáng)洞水電站建于1989年，水電站樞紐為砌石拱壩，壩高15m，電站水庫(kù)庫(kù)容77萬(wàn)m3。紅毛洞水電站建成蓄水后將直接淹沒(méi)偏陽(yáng)洞水電站，目前偏陽(yáng)洞水電站已停止運(yùn)行。紅毛洞水電站建設(shè)棄渣量約19.08萬(wàn)m3，項(xiàng)目位于地形切割較發(fā)育河谷地帶，可供渣場(chǎng)選址的位置有限，故棄渣場(chǎng)選址合理性的論證分析尤為重要。

2 棄渣場(chǎng)選址合理性分析與評(píng)價(jià)

2.1 渣場(chǎng)類型

《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)中明確提出：在西南土石山區(qū)高山峽谷地帶進(jìn)行水電站工程建設(shè)，由于電站壩址所在河段地形較陡、施工布置困難，可供棄渣的場(chǎng)地有限，在棄渣場(chǎng)選址尤其是臨河型和水庫(kù)型棄渣場(chǎng)選址時(shí)，必須進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)論證，降低建設(shè)項(xiàng)目對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[7-8]?！端姽こ趟帘３旨夹g(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)中規(guī)定：按照棄渣場(chǎng)地形條件、棄渣場(chǎng)與河(溝)相對(duì)位置、洪水處理方式等，將水利水電工程棄渣場(chǎng)分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫(kù)區(qū)型5種[9]。溝道型棄渣場(chǎng)應(yīng)選址于庫(kù)內(nèi)兩岸平緩的支溝，不宜設(shè)在匯水面積和流量大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道，棄渣場(chǎng)應(yīng)臨近施工道路，棄渣運(yùn)輸方便，并利于水土保持措施的布置，施工期應(yīng)完善沖溝排水措施和溝口攔擋措施；臨河型棄渣場(chǎng)位于大壩上游主河道或支流兩岸平緩臺(tái)地，棄渣堆置應(yīng)不擠占行洪河道，不妨礙航運(yùn)及河床構(gòu)建物功能的發(fā)揮[10]。為防止施工期棄渣侵占河道影響行洪安全，應(yīng)沿臨河邊坡完善攔擋措施并滿足施工期防洪要求；坡地型(俗稱緩坡型)棄渣場(chǎng)是指將棄渣堆放在寬緩平地、河流或溝道兩側(cè)較高臺(tái)地上，渣體底部高程高于溝道中防護(hù)渣體的設(shè)計(jì)洪水位，不需要考慮渣場(chǎng)對(duì)溝道防洪的影響，但是要設(shè)置護(hù)坡工程[11]；庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)是將棄渣堆存在主體工程水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)河(溝)道兩岸臺(tái)地、階地和河灘地上，水庫(kù)建成后堆渣體全部或者部分被庫(kù)水淹沒(méi)，按照棄渣堆積高程與水庫(kù)正常蓄水位和死水位的相對(duì)位置，有可分庫(kù)面型、庫(kù)中型、庫(kù)底型3種。結(jié)合紅毛洞水電站工程地形地質(zhì)等條件，設(shè)計(jì)優(yōu)選沖溝堆渣和庫(kù)底堆渣兩種方案進(jìn)行優(yōu)化比選。

2.2 棄渣場(chǎng)合理論證分析

2.2.1 主體設(shè)計(jì)沖溝型棄渣場(chǎng)方案

主體工程施工建設(shè)棄渣場(chǎng)選在大壩上游左岸1.5km處，此處有一條天然季節(jié)性沖溝，屬于沖溝型棄渣場(chǎng)，該沖溝長(zhǎng)約1000m，溝底寬20～40m，深20～40m，沖溝底部地勢(shì)平緩、基巖出露，距離水電站正常水位線340m，堆渣起點(diǎn)高程675.00m，與正常水位664.00m相差11m。堆渣高程675～700m，堆渣長(zhǎng)度約500m，棄渣場(chǎng)堆渣前在675.00m高程處先建漿砌石擋渣墻進(jìn)行護(hù)腳，堆渣坡比為1∶1.8。棄渣場(chǎng)占地2.74hm2，容量25萬(wàn)m3。主體設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)滿足棄渣堆放要求。從施工組織角度分析，主體設(shè)計(jì)渣場(chǎng)棄渣運(yùn)輸對(duì)施工場(chǎng)地和在建的德習(xí)高速路干擾較大。從水土保持渣場(chǎng)選址規(guī)定角度分析，一是主體設(shè)計(jì)渣場(chǎng)距離擬建紅毛洞水電站大壩正常水位水面線只有340m，最不利因素考慮渣場(chǎng)失事易形成涌水，對(duì)大壩造成影響；二是渣場(chǎng)位置在德習(xí)高速路豐樂(lè)出口匝道可視范圍，且德習(xí)高速路的修建影響棄渣場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆返牟贾煤蜅壴\(yùn)輸。因此，主體工程設(shè)計(jì)選址的沖溝型渣場(chǎng)存在制約性因素，須進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.2.2 水土保持庫(kù)底型棄渣場(chǎng)優(yōu)化方案

根據(jù)渣場(chǎng)選址規(guī)定內(nèi)容，通過(guò)對(duì)主體設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)的分析，可以考慮利用現(xiàn)狀偏陽(yáng)洞電站庫(kù)容作為本工程的棄渣場(chǎng)?，F(xiàn)狀偏陽(yáng)洞電站攔河壩壩頂高程631.85m，水庫(kù)庫(kù)容77萬(wàn)m3，大壩施工期間對(duì)攔河壩下游進(jìn)行培厚加高作為上游擋水圍堰，工程棄渣沿?cái)r河壩上游左岸庫(kù)區(qū)堆放，利用現(xiàn)有攔河壩承擔(dān)擋渣功能，大壩施工期及工程運(yùn)行期棄渣不會(huì)對(duì)大壩造成安全影響。設(shè)計(jì)堆渣高程617.50～634.00m，堆渣長(zhǎng)度380m。導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程627.50m，為了避免堆渣體對(duì)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口過(guò)水的影響，渣體堆放到高程625.00m時(shí)渣面邊坡坡比取1∶2.0，且堆渣過(guò)程中邊坡粒徑較大的塊石應(yīng)進(jìn)行碼放或者用機(jī)械夯實(shí)，并且要求對(duì)渣體進(jìn)行分層碾壓。設(shè)計(jì)的庫(kù)內(nèi)棄渣場(chǎng)容量30萬(wàn)m3，由于水電站工程棄渣只有19.08萬(wàn)m3，且擬建的紅毛洞水電站水庫(kù)死庫(kù)容1940萬(wàn)m3，死庫(kù)容高程662.00m，設(shè)計(jì)堆渣高程634.0m與死庫(kù)容高程相差28.0m，棄渣對(duì)死庫(kù)容影響極小(僅占水庫(kù)死庫(kù)容0.98%)；其次，土石方棄渣為無(wú)放射性、無(wú)污染的固廢物，對(duì)水質(zhì)無(wú)污染；再次，庫(kù)底棄渣場(chǎng)的棄渣運(yùn)輸對(duì)主體施工干擾較小。從節(jié)約土地和投資方面考慮，針對(duì)本工程的實(shí)際情況，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)渣場(chǎng)分類，紅毛洞水電站采用庫(kù)底堆渣方案合理可行。主體設(shè)計(jì)沖溝堆渣位置與優(yōu)化調(diào)整后的庫(kù)底渣場(chǎng)位置關(guān)系，如圖1所示。

圖1 主體設(shè)計(jì)沖溝渣場(chǎng)與調(diào)整后庫(kù)底渣場(chǎng)位置關(guān)系

3 棄渣場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整效益分析

3.1 水土保持經(jīng)濟(jì)效益

水土保持方案設(shè)計(jì)庫(kù)底型棄渣場(chǎng)和主體設(shè)計(jì)沖溝型棄渣場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益分析主要從建設(shè)征地投資、棄渣運(yùn)費(fèi)、水土保持措施投資三個(gè)方面作比較。主體設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)：征地面積2.74hm2(約41.10畝)，占地類型主要為坡耕地和灌木林地，灌木林地征地費(fèi)用2.14萬(wàn)元/畝，坡耕地征地費(fèi)用4.00萬(wàn)元/畝，征地費(fèi)116.54萬(wàn)元；棄渣量19.08萬(wàn)m3，1.5km運(yùn)距，綜合單價(jià)18元/m3，棄渣運(yùn)費(fèi)343.44萬(wàn)元；水土保持措施投資，擋渣墻、排導(dǎo)工程、綠化工程共計(jì)81.27萬(wàn)元；主體設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)總投資541.25萬(wàn)元。水土保持方案將主體設(shè)計(jì)沖溝型棄渣場(chǎng)調(diào)整為庫(kù)底型棄渣場(chǎng)后，不涉及堆渣征地、棄渣運(yùn)費(fèi)和水土保持措施投資等費(fèi)用，相應(yīng)可以節(jié)約工程投資約541.25萬(wàn)元。

3.2 生態(tài)環(huán)境效益

主體設(shè)計(jì)沖溝型棄渣場(chǎng)，建設(shè)擾動(dòng)地表面積2.74hm2，其中：損壞灌木林地1.72hm2，坡耕地1.02hm2。務(wù)川縣平均侵蝕模數(shù)為1176t/(km2·a)，棄渣場(chǎng)建設(shè)過(guò)程將新增水土流失量218.30t/a，且后期還須考慮渣場(chǎng)植被恢復(fù)和耕地占補(bǔ)平衡。通過(guò)水土保持方案優(yōu)化設(shè)計(jì)為庫(kù)底型棄渣場(chǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的偏陽(yáng)洞水電站庫(kù)區(qū)和攔河壩工程措施，不但能有效控制工程建設(shè)實(shí)施過(guò)程中的水土流失，保護(hù)項(xiàng)目區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生較好保土蓄水效益；同時(shí)，優(yōu)化后采用庫(kù)底型棄渣場(chǎng)不涉及堆渣征地、棄渣運(yùn)費(fèi)和水土保持措施投資等費(fèi)用，能有效減少工程總投資，提高工程投資經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

水電站工程建設(shè)實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的棄渣及水土流失會(huì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境造成破壞，尤其是地形地質(zhì)條件復(fù)雜的西南山區(qū)，項(xiàng)目建設(shè)水土流失較為嚴(yán)重，防治措施施工難度大、投資高。因此，在保證穩(wěn)定基礎(chǔ)上進(jìn)行棄渣場(chǎng)合理優(yōu)化調(diào)整，確保渣場(chǎng)選址與工程具有較好匹配性尤為重要。

紅毛洞水電站渣場(chǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合分析后認(rèn)為主體工程設(shè)計(jì)指定的沖溝型棄渣場(chǎng)在水土保持方面存在明顯不足，因此棄用主體工程設(shè)計(jì)的棄渣場(chǎng)位置，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，重新選擇，優(yōu)化采用庫(kù)底型渣場(chǎng)。庫(kù)底型棄渣場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)是合理利用死庫(kù)容、棄渣運(yùn)距短減少運(yùn)輸成本、減少棄渣場(chǎng)征占地對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的破壞、后期不用治理和維護(hù)，節(jié)約工程總投資和提高工程投資經(jīng)濟(jì)效益。這類渣場(chǎng)不足的地方是施工期占用河道行洪斷面，施工期間須解決好渣場(chǎng)排水通道問(wèn)題，確保壩基開(kāi)挖和樞紐建筑物的安全施工。本文關(guān)于水電站棄渣場(chǎng)選址的案例可為山區(qū)水電站棄渣場(chǎng)選址突破主體工程指定渣場(chǎng)的局限性、合理選擇棄渣場(chǎng)位置提供參考。