涼山州小水電站棄渣場耕地資源研究

陳開陸，王志民，趙建民，沈其明，楊 紅，徐 麗

(1.西昌學院，四川 西昌615013;2.涼山州水務局，四川 西昌615000)

涼山州位于四川省西南部，橫斷山區東北部，青藏高原南緣，介于東經 100°15'—103°53'、北緯 26°03—29°27'之間。總土地面積60377.6 km2，地形地貌復雜，有高原、山地、丘陵、平壩等，山地所占比例最大。境內海拔360—5958 m。屬中亞熱帶季風氣候區，年均降水量1000 mm左右，每年5—10月為雨季，期間降水量占全年的90%以上。境內河流縱橫，其中流域面積在1000 km2以上的有11條，流域面積在100 km2以上的有152條，流域面積在100 km2以下的河流有近千條。河床坡陡流急，落差大，水能蘊藏豐富。據勘測，涼山州水能資源可開發的總裝機容量達6413萬kW，占四川省的57%，占全國的，是國家十三大水電基地和西電東送的重要組成部分。

涼山水電資源開發以金沙江、雅礱江、大渡河三大干流為重點，三大干流上國家安排了包括烏東德水電站、白鶴灘水電站、溪洛渡水電站等12座巨型水電站，總裝機量達5351萬kW，年均發電總量2362.11億kW·h。除此之外，涼山中小河流水能資源技術可開發量超過1000萬kW。涼山地方小水電建設，解放初期的裝機容量僅為128 kW，目前已達180萬kW。中小河流已建電站455個，在建電站107個，裝機117萬kW;擬建電站238個，裝機448萬kW，另有待規劃電站約255萬kW。預計到2016年，全州中小水電站可達到800萬kW。

涼山州中小水電站開發建設，對涼山的經濟社會發展具有舉足輕重的作用。一方面可增強地方經濟實力，增加地方財政收入，提高經濟整體水平，改變涼山貧窮落后面貌;另一方面可就近解決無電鄉、無電村用電問題，拉動其他產業發展，為偏遠山村脫貧致富創造條件。但是，在山區小水電站開發建設過程中，其取水工程、引水工程、廠區樞紐、施工道路建設除擾動原地表外，也產生大量工程棄渣。目前，電站水保方案均針對棄渣場明確了表土剝離、建設擋土墻、布設排水溝、回覆剝離表土、恢復林草植被等工程措施和植物措施，取得了良好的水保效益。從山區土地利用管理綜合效益分析，棄渣場經工程措施保護、地面平整、回覆表土后，土體下部物質穩定性得到了極大提高，表土肥力也提高了，若解決排灌水源和排灌水渠，可直接將棄渣場納入山區耕地資源或耕地后備資源進行開發利用。筆者以涼山州鹽源縣馬絲螺溝二級水電站開發及棄渣場建設為例，對工程棄渣場循環利用開發山區耕地資源進行了研究。

1 馬絲螺溝二級水電站建設方案概況

馬絲螺溝二級水電站位于鹽源縣巴折鄉境內的馬絲螺溝干流上，全流域集雨面積124.2 km2，受雅礱江強烈下蝕影響，區內山高坡陡，最高點橫梁子主峰海拔4129.8 m，最低點雅礱江江邊海拔1320 m，屬深切割中高山地貌。工程動態總投資15970.56萬元，其中土建投資7500.76萬元。工程占地面積9.75 hm2。電站裝機3 ×6000 kW，毛水頭 607.66 m，設計水頭585.0 m，引用流量 3.96 m3/s，發電流量 3.78 m3/s，年發電量8066.00萬 kW·h，年利用小時數4481 h。

工程主要由取水樞紐、引水系統及廠區樞紐3部分組成。取水樞紐由防洪堤、底柵壩、連接暗渠、沉砂池組成，引水系統由引水渠道、壓力前池、壓力管道組成，廠區樞紐由主廠房、副廠房、升壓站、電站管理和生活建筑區組成。工程土石方挖方量30.38 萬 m3(松方)，棄方 22.28 萬 m3，其中臨時棄渣 1.08萬 m3、永久棄渣 21.20 萬 m3。

2 馬絲螺溝二級水電站棄渣場建設方案

2.1 工程棄渣來源及棄渣物料性狀

工程棄渣主要來源于取水樞紐、引水隧洞、壓力管道及廠區樞紐開挖，取水樞紐、廠區樞紐開挖棄渣主要成分為漂卵石及泥質粉砂巖巖塊，引水隧洞開挖棄渣主要成分為灰巖、砂巖、白云巖及泥質粉砂巖巖塊。由于棄渣體主要為石渣和塊石，在堆渣完成后無法達到渣場植被恢復的立地條件，因此需在堆渣前對渣場原表土進行剝離就近堆放，并采取臨時擋護措施，待渣場堆渣完畢后用于渣場植被恢復。

2.2 棄渣場規劃及堆渣容量設計

工程永久棄渣21.20萬m3，采用分區堆放，根據棄渣來源及運輸距離，結合工程區地形地質條件，共設計布置8個棄渣場堆放永久棄渣。工程區土石方平衡及堆置渣場見表1。工程棄渣場規劃點位，設計占地面積、容量、堆渣量見表2。

表1 工程區土石方平衡及棄渣堆置渣場 萬m3

表2 工程棄渣場主要規劃指標

2.3 棄渣場工程防護設計

棄渣場為工程次要建筑物，工程防護設計按5級建筑物設計，抗震設防烈度按Ⅶ度設防。8個渣場中，1號、8號屬臨河型渣場，由于受洪水影響，擋渣墻設計需同時考慮擋渣功能和防洪功能，渣場護坡按堤防要求設計，2個渣場堆渣量均小于10萬m3，防洪標準按20年一遇設計。2—7號渣場屬谷坡型渣場，渣場護坡按窗孔式護面墻結構設計。經實地選址和確定有關參數后，以堆渣量最大的1號臨河型渣場和5號谷坡型渣場工程防護設計為例分述如下。

2.3.1 1號臨河型渣場工程防護設計

1號臨河型渣場布置于進水樞紐上游河道左岸河灘地上，渣場占地0.53 hm2，堆渣平均高度6.0 m，可堆渣量3.18 萬 m3，設計堆渣3.12萬m3。擋渣墻設計同時考慮了擋渣功能和防洪功能，渣場校核洪水位1939.85 m，擋渣墻頂高程1940.35 m，擋渣墻頂寬0.8 m、底寬3.5 m、高 5.0 m，采用 M7.5 漿砌石砌筑，擋渣墻前設0.8 m厚、2.5 m深的防沖齒墻，采用C20埋石砼澆筑。渣場頂部內側設置排水溝，排水溝寬0.4～0.5 m，溝深0.4～0.5 m，采用漿砌塊石襯砌，襯厚30 cm，過水能力0.334～0.742 m3/s。

2.3.2 5號谷坡型渣場工程防護設計

5號谷坡型渣場布置于3號施工支洞附近的荒坡地上，渣場占地0.51 hm2，堆渣平均高度6.0 m，可堆渣3.06 萬 m3，設計堆渣3.05萬m3，由于不受洪水影響，渣場護坡按窗孔式護面墻結構設計，護坡頂厚0.4 m、底厚0.75 m，坡面采用 M7.5漿砌石砌筑。

2.4 棄渣場植物措施設計

2.4.1 渣場頂部臺地植物措施設計

8個棄渣場棄渣多為塊石料，不具備植物生長所需立地條件，設計在渣體表層回覆原剝離渣場表層土30 cm厚，選擇種植當地適生的云南松、榿木、滇青岡、馬桑等喬灌木，喬木株距3.0 m ×3.0 m，灌木株距2.0 m ×2.0 m，控制渣場頂部臺地水土流失［1－2］。渣場頂部臺地植物措施設計見表3。

表3 渣場頂部臺地植物措施設計

2.4.2 渣場斜面植物措施設計

渣場斜面選用當地適生灌草種小冠花、沙打旺進行綠化，播種密度小冠花4.0 g/m2，沙打旺2.0 g/m2，控制渣場斜面水土流失。渣場斜面植物措施設計見表4。

表4 渣場斜面植物措施設計

3 馬絲螺溝水電站棄渣場耕地利用可行性研究

馬絲螺溝水電站棄渣場占地面積3.59 hm2，渣場頂部臺地面積3.32 hm2，渣場斜部坡面0.27 hm2，以渣場頂部臺地作耕地或耕地后備資源利用，可增加該區域耕地面積3.32 hm2。現就渣場頂部臺地作耕地利用的立地條件做以下可行性研究。

3.1 渣場頂部臺地耕地利用的光熱資源可行性研究

電站所處區域屬中亞熱帶季風氣候區，光熱資源充沛，工程區內以1號渣場的海拔最高為1939.85 m，以8號渣場的海拔最低為1336.71 m，以鹽源縣氣象站(測站高程2860.00 m)多年觀測測定數據估算，1號渣場年均溫17.2℃，8號渣場年均溫20.2℃，能滿足農業生產一年三熟的熱量需要。

3.2 渣場頂部臺地耕地利用的規模及效益可行性研究

工程區渣場頂部臺地面積共計3.32 hm2，最小渣場頂部臺地面積0.28 hm2，最大渣場頂部臺地面積0.49 hm2。以一年兩熟年產值3萬元/hm2計算，渣場農業年產值9.96萬元，最大渣場農業年產值1.47萬元，最小渣場農業年產值0.84萬元。

3.3 渣場頂部臺地耕地利用的土壤穩定性可行性研究

工程區8個渣場中，對臨河型渣場按20年一遇設計要求建設擋土墻及防沖齒墻，對谷坡型渣場嚴格選址并按窗孔式護面墻結構設計建設，能滿足耕地土壤土體穩定性要求。

3.4 渣場頂部臺地耕地利用的土壤肥力可行性分析

渣場堆渣以石渣和塊石為主，堆渣完成后對渣場表層進行原渣場剝離表土回覆，回覆厚度30 cm，完全達到耕地耕作層厚度要求。由于未測定原表土有機質和氮、磷、鉀含量，為加速耕層土壤熟化，可對回覆表土深耕并結合施用有機肥，在當地光熱資源條件下，可很快熟化為高肥力土壤。

3.5 渣場頂部臺地耕地利用的水源排灌可行性研究

渣場堆渣回覆表土后，依據水保方案，在渣場頂部內側設置寬0.4～0.5 m、深0.4～0.5 m 的漿砌塊石排水溝，以切斷山體坡面流水進入渣場，減少渣場頂部水土流失。為作耕地或耕地后備資源開發利用，可于排水溝最高點設計建設山堰塘或蓄水池［3］，解決渣場頂部臺地耕地灌溉所需水源，并根據渣場規模于渣場臺地表面布置數條寬0.4～0.5 m、深0.3～0.4 m 的地面排灌水渠［4］，滿足渣場耕地排灌水分需要。

4 結語

山區小水電站棄渣場具有工程防護措施完善、堆渣體穩定、防洪抗滑坡能力強、回覆表土厚度大等特點，對規模面積大于0.13 hm2的棄渣場，在完成堆渣及回覆表土后可直接納入當地耕地或耕地后備資源進行開發利用管理。耕地數量的增加，具有長遠的社會效益、經濟效益和生態效益。

［1］陳一兵.不同土壤抗蝕性能研究［J］.水土保持通報，1995，15(1):14－18.

［2］張洪江，王禮先.坡面林地土壤流失系統動力學模型研究［J］.北京林業大學學報，1996，18(4):44 －49.

［3］SL 267—2001，雨水集蓄利用工程技術規范［S］.

［4］GB/T 50363—2006，節水灌溉工程技術規范［S］.