水利水電工程邊坡防護和植被恢復設計

(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有限公司，四川 成都 610041；3. 北京師范大學環境學院，北京 100875)

水利水電工程邊坡防護和植被恢復設計

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有限公司，四川 成都 610041；3. 北京師范大學環境學院，北京 100875)

為解決干熱河谷區水利水電工程邊坡防護和植被恢復的技術難點，本文選取位于大渡河流域的猴子巖水電站項目區某邊坡作為研究對象，通過對該邊坡的氣候、土壤和植被的調查分析，制定出植被恢復的保水涵水、長效綠化基質、多樣性植被三項關鍵技術，結合工程實踐，開展了工期、坡面防護、保水涵水、土壤配方和植被群落的五項設計，并制定了詳細的施工方案，為干熱河谷區水利水電工程中的類似工程設計提供參考。

干熱河谷區；邊坡防護；植被恢復

大渡河發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大渡河干流上游，壩址河段位于康定縣孔玉鄉，部分庫區在丹巴縣和小金縣境內，總裝機容量170萬kW，多年平均年發電量73.64億kW·h。該區河谷植被稀疏、生態系統退化、自然災害頻發，植被恢復難度極大，具有典型的干熱河谷特征。同時，水電開發建設必然會對生態環境造成影響，而猴子巖水電站確立建設成綠色電站的目標后，加強生態環境保護、水土流失防治和綠色植被恢復的工作任務更加迫切，尤其是水利水電工程中的高陡邊坡防護和植被恢復設計具有重要的現實意義。

水利水電工程開發建設過程中，生態環境退化程度嚴重，受氣候、土壤和植被多種因素影響，邊坡植被恢復工程開展十分困難，一直是科研工作和工程實踐中重點關注和急需解決的難題[1-5]。干熱河谷區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行。針對我國西南地區河谷地形的植被恢復開展的研究，唐國勇等分析了植被恢復對退化土壤的影響[6]，張映翠分析了鄉土植物對土壤修復的可能性[7]，韓杰等比較了干旱河谷植被物種多樣性的特點[8]，陳其兵等提出了河谷地區的生態植被恢復模式[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行了詳細調查分析，初步提出了在這一區域開展植被恢復的困難度，同時也論證了技術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的節水技術進行了討論[11]。因此，已有的研究少有發現能在干熱河谷區成功恢復植被的方法，技術手段上有待進一步研究和開發，而且針對大渡河流域的專項研究更為少見。

鑒于此，本文特別選取四川省康定縣孔玉鄉建設的猴子巖水電站作為研究區域，選取猴子巖水電站項目區折洛溝橋上游的某邊坡作為研究對象，制定邊坡防護和植被恢復的關鍵技術、工程設計和施工方案，為大渡河流域水電開發建設中的植被恢復工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程環境條件

猴子巖水電站具有干濕季節分明、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%；多年平均蒸發量1600mm；多年平均降水量600mm，歷年最大日降水量56.2mm；最大風速17m/s；多年平均積雪日數全年為1.7d。區內氣象災害主要有旱災、冰雹、暴雨和洪災等。土壤以褐土、山地褐土為主，土體具有緊、瘦、薄、干的特點。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 植被恢復難點

猴子巖水電站植被恢復工程邊坡為S211新線的路堤邊坡，也是S211舊線的路堤邊坡，坡面分布著不同風化程度的層狀變質細砂巖，內夾碳質千枚巖，細類為砂土、碎礫石層，見下圖。經科研、設計和工程組人員進場調查分析，認為本工程具有三大難點。

工程邊坡原狀地貌圖

a. 水分不足。根據邊坡有效降雨量的計算方法，猴子巖水電站年降雨量為600mm，邊坡有效降雨量不足400mm，再加上本區河谷常年風大，加大坡面水分蒸發速率，使本區的高陡邊坡形成了極惡劣的植物生長條件。同時，本區河谷地形的積熱程度十分嚴重，夏季有嚴重伏旱現象，新生植物幼苗木質化程度低，耐高溫性能差，已成活植株易出現枯梢。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、養分貧瘠，自然恢復極為困難，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構和養分，植被恢復前需對坡面進行改良處理。

c. 植被發育差。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、發育差，不僅不能合理有效地利用水資源和區域內豐富的光熱資源，而且截留地表徑流、保護水土資源和防風抗風能力非常有限，導致坡面植被穩定性差、生態系統脆弱。在氣候、生物、母質等綜合條件作用下，生態十分脆弱，一旦擾動破壞，就很難恢復到原始植被狀態。

2 植被恢復關鍵技術

針對植被恢復存在的水分不足、土壤貧瘠、植被發育差的三大難點，本工程在設計和實施前，首先對氣候水文、現場土樣和原生植被展開了大量的調查分析和取樣測試，總結出工程自身的植被恢復制約因子，針對性地提出對應的解決辦法，并形成三項“水、土、生”植被恢復關鍵技術。

2.1 保水涵水技術

解決土壤水分不足關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置兩層保水結構。一是在土體底層(厚度3～5cm)形成保濕儲水層，當降雨或人工澆水使土體濕度相對較高時，能充分吸引水分并儲存，當持續干旱時土體濕度降到一定程度時，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，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，使土體表層持續具有良好的壤性結構，且能在土體最外層形成“薄膜”，降低地表蒸發速率。同時，結合無紗布等覆蓋，有效保障植被恢復工程初期植物幼苗的生長需求。

2.2 長效綠化基質技術

由于整個坡面沒有土壤，下側為掛渣體，堆積厚度不均，碎石松散程度也不一樣，上側為高陡巖石面，局部甚至出現倒坡，巖石風化程度弱。因此，植被恢復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配方技術，首先修整坡面結構促其穩定，同時施用一定成分的掛渣體填充材料和巖石風化劑，再在表層噴附一層植物生長基質，最終形成一層良性的土壤結構，這種土壤是當地熟土、草炭土、有機肥、綠化添加劑的合成物，不僅能保證壤性結構良好，生長養分充分，而且能與現有坡面緊密結合，加速植物生長和生態演替過程。

2.3 多樣性植被技術

通過植物生長實現坡面的植被覆蓋是植被恢復工程的最終目標，而植物生長是一個長期過程，從植物的苗期生長、植株擴繁、群落競爭、生境維持，需要一種相對穩定的演替過程，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性植被群落的建立是植被恢復工程成功的關鍵。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，強調灌木護坡，營造以灌木植物為主，草灌結合的多樣性立體植被。

3 工程設計

3.1 工期設計

受干熱河谷氣候特征影響，本區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時長盡可能延長，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枝體，為順利越冬創造條件。

3.2 坡面防護設計

由于本工程坡面結構復雜，采取分區獨立處理，以保證坡體和坡面穩定。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域設置截排水路由。處理完后對整個坡面加掛熱鍍鋅鐵絲網，并以間距1～2m，深度1～1.5m的錨桿進行錨固，規格采用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，網體在加掛時通過拉升張緊，緊貼坡面，且網間搭接寬度不小于5cm，并用鐵絲綁扎固定，避免滑脫。

3.3 保水涵水設計

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，保證土壤含水率達到正常情況下的3倍以上，連續3～4個月內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月內無降水)有效含水率仍達4%以上。

3.4 土壤配方設計

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成分，養分指標見表1，同時還兼具良好的團粒結構，總空隙度不小于40%，容重為0.8～1.2g/cm3，且不易板結和分層，干后不出現明顯的收縮和龜裂(平均裂隙≤1cm)；具有良好的附著力和黏結力，經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 植被恢復工程土壤配方養分指標

3.5 植被群落設計

本工程采用以灌木為主，草本植物與灌木植物優化配置的理念營造多樣性護坡植被。綜合考慮工程的自然條件，植被群落設計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°區域補栽藤類植物，見表2。

表2 植被恢復工程植被群落設計

4 工程施工

4.1 施工準備

為實現工程的植被恢復目標，根據工程的規模、施工工藝、技術要點和工期要求，提前1～2個月準備施工機械和材料。施工機械主要包括空壓機、噴播機、發電機、鋼筋加工設備、攪拌機、抽水機等。施工材料主要包括鍍鋅防護網、錨桿、當地熟土、草炭土、有機肥、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，如壤土養分含量、保水劑吸水倍率、種子發芽率等。

施工前，還應就工程周邊環境進行詳細勘察，在保障下方道路通行的前提下，在路基擋土墻上側設置被動防護網，明確施工臨時占地范圍，合理布設原料堆放點、機械安裝區，同時作好各區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，采用人工方法進行清理浮石、浮土、樹根等，并對局部凸凹不平區域、陡坡或光滑面進行必要的處理。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，使其利于基質和巖石表面的自然結合，并根據實際情況在坡頂、坡腳及平臺適當設置截排水溝等排水設施。

b. 打錨施工。為了固定鍍鋅網，形成巖面植物生長基礎，對巖石裸露區通過運用小型空壓機帶動風鉆進行打孔作業，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，并灌入水泥砂漿固定錨桿。視邊坡具體情況，局部區域需要適當加密錨桿，以保證掛網牢固。

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

d. 客土噴播。對當地土壤進行篩選，以滿足噴播機械的粒徑要求，然后將綠化添加劑(約占總體積的20%)，草炭土、有機肥等綠化物料混合，通過機械攪拌均勻后在大馬力空氣壓縮機的風壓下，將種植基質均勻地噴上坡面，噴射厚度8～10cm。綠化添加劑的混合比例需按規定嚴格操作，用量精確；綠化基質投入攪拌機后，需攪拌1min以上；噴射時盡可能以垂直于坡面角度進行，避免仰噴和斜噴，凹凸部分和死角部分要充分注意；嚴格要求噴射厚度和均勻度，因天氣原因造成的問題應補噴。

e. 覆蓋養生。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，兩端用土壓埋穩固，目的是防止水分蒸發過快，促進種子發芽和幼苗生長，預防雨水沖刷。

4.3 養護管理

a. 旱期澆水。水利水電工程中的植被恢復應結合季節雨情、庫區氣候、干濕狀況進行調整。整體上旱期需對工程邊坡進行澆水作業，以補充土壤水分，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。

b. 追肥。采用人工追肥法，對施工拌料不均勻導致局部土壤養分不足的地方進行查漏補缺，根據植物長勢、土溫、土濕決定肥料的用量和追肥時間。

5 結 語

受干熱河谷區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極為困難。猴子巖水電站在水電開發建設的同時，加大了對生態植被的保護和恢復考慮，開展了細致、系統的植被恢復工程研究和實踐工作。通過工程實踐，逐步展開了對猴子巖水電站周邊的原生植被調查、適生性物種測試、新型植被恢復技術研究等工作，對逐步解決干熱河谷區長期以來的高陡邊坡植被恢復技術難題，實現建設綠色電站、保護水土資源、恢復生態環境提供了經驗儲備和技術支撐。

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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