黑河上游棄渣場水土保持措施配置模式及應用效果

董彥麗，高金芳，張 峰，馬 濤，陳愛華

(甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730000)

開發建設項目造成的棄土棄渣不僅影響當地生態環境和自然景觀，而且對人民的生命和財產安全造成威脅[1]。很多學者對棄土棄渣場水土流失特征進行了研究[2-4]，結果表明，降雨強度、降雨歷時、降雨季節及棄渣場植被會對棄渣場土壤侵蝕特性產生不同的影響；在棄渣場防治措施方面，針對不同地域、不同類型棄渣場，有研究者從攔擋工程、邊坡防護工程、防洪排導工程、植被恢復工程和臨時防護工程等方面提出了相應的防治措施[5-9]。因此，因地制宜地防治棄渣場水土流失，減小其對周邊生態環境的影響是生產建設項目水土保持工作的核心內容。

祁連山黑河上游，是祁連山-黑河國家級水土流失重點預防區，生態環境較為敏感，在水利水電工程建設過程中產生的棄渣應該合理堆放，否則就會占用河谷溝道，可能造成下游河道堵塞，影響行洪，造成該區域土壤、植被等生態環境因子破壞。基于此，本文針對祁連山黑河上游高山峽谷區特殊的地理環境與生態特征，根據對研究區棄渣場水土流失治理措施的調查，分析了棄渣場水土保持工程措施和植物措施類型及分布，總結了高山峽谷區不同類型棄渣場水土保持措施配置模式，評價了高山峽谷區水利水電建設項目典型棄渣場水土保持措施配置模式應用效果，期望最大限度地減輕棄渣場水土流失對環境的危害，保護脆弱的生態環境，以此促進黑河上游社會、經濟、環境的協調發展。

1 研究區概況

祁連山黑河上游高山峽谷區，河谷多呈V形，海拔1 680～5 280 m。氣候干燥、降水量少且主要集中在6—9月，多年平均降水量175.4 mm，多年平均蒸發量1 378.7 mm，平均氣溫為8.5℃，絕對最高氣溫37.2℃(1961年6月)，絕對最低氣溫-33.0℃(1955年1月)，日溫差較大，最大凍土深度1.5 m。土壤主要為寒氈土和栗鈣土，寒氈土主要分布在河谷兩岸山體的上部，具寒冷土壤溫度特征，但土層較薄，牧業利用價值較低；栗鈣土分布在地勢較為平緩的地帶，剖面一般具有有機質≥2%的飽和暗色表層，地表至50 cm深范圍內有鈣積特征。植物主要有沙棘、高山柳、杜鵑、錦雞兒、金露梅、黃花蒿、沙蔥、駱駝蓬、狗尾草、臭蒿、喬麥、雀麥、冰草、豬毛草、大刺薊、地膚、東方鐵線蓮、苦荬菜、芨芨草等。

2 研究方法

本研究選取黑河上游5座水電站8處棄渣場作為調查樣地，采用實地調查法對棄渣場海拔、類型、占地及棄渣場工程措施分布類型進行調查記錄；應用典型抽樣法，在每個研究樣地內設置2個1 m×1 m的樣方，分別記錄樣方內草本植物物種、數量、高度、覆蓋度等指標。

3 結果與分析

3.1 棄渣場水土保持措施

祁連山黑河上游為高山峽谷區，兩岸地勢陡峭，棄渣場占地面積有限，為保證河流順暢，棄渣量一般都小于30萬m3，均為小型棄渣場，侵蝕類型以水力侵蝕和重力侵蝕為主。棄渣場類型包括臨河型、溝道型、平地型，其中以臨河型居多；占地類型為河灘地、荒地、河谷階地等地類。因此，為防止棄渣堵塞河流，棄渣場水土保持措施的選用尤其重要。依據棄渣場分布類型及周邊地形，布設適宜的工程措施，臨河型棄渣場主要以攔渣堤為主，有漿砌石和鉛絲石籠兩種類型；溝道型和平地型棄渣場適宜布設漿砌石擋渣墻、漿砌石護坡、干砌石護坡，并配套排水措施(表1)。

表1 黑河上游典型棄渣場類型及水土保持工程措施

分析不同水電站典型棄渣場植被，未覆土渣場礫石表面經長時間自然恢復后，植物數量少且種類單一，主要有葶藶、苦荬菜、藜、紫菀等草本植物，優勢種為葶藶。寶瓶河水電站2#渣場和4#渣場覆蓋度分別為6.75%、2.87%；二龍山水電站河灘地渣場植被覆蓋度為10.20%，覆蓋度都較低。

經過覆土的棄渣場，在前期人工恢復、播種草籽、栽植樹木基礎上，再經自然恢復，植物種類豐富，覆蓋度都較高。寶瓶河3#渣場植被覆蓋度達到18.31%；三道灣水電站1#渣場植被覆蓋度達到15.63%；大孤山B2渣場植被覆蓋度達到36.60%；大孤山廠區渣場經過栽植樹木，配套灌溉設施，植被覆蓋度達到68.00%；小孤山水電站渣場覆蓋度為6.75%。主要植被類型有苦荬菜(Ixerispolycephala)、藜(Chenopodiumalbum)、醉馬草(Achnatheruminebrians)、芨芨草(Achnatherumsplendens)、早熟禾(Poaannua)、冰草(Agropyroncristantum)、紫菀(Astertataricus)、駱駝蓬(Peganumharmala)、車前草(Plantagoasiatica)、糙葉黃耆(Astragalusscaberrimus)、甘菊(Chrysanthemumlavandulifolium)、狗尾草(Setariaviridis)、小花棘豆(Oxytropisglabra)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz)、新疆楊(PopulusalbaL)(表2)。

3.2 棄渣場水土保持措施配置模式分析

經過對祁連山黑河上游棄渣場水土保持措施的分

表2 黑河上游典型棄渣場植被覆蓋度

析，本文分析總結了臨河型、坡地型、平地型3種類型棄渣場水土保持措施配置模式。

3.2.1 臨河型棄渣場

臨河型棄渣場是黑河上游的主要渣場類型，一般占用河道沿岸地勢較為平坦的河灘地或河谷階地，多為卵礫石地及河沙堆積區，經疏導后，不會影響行洪。宜采用“攔渣堤(漿砌石、鉛絲石籠)+干砌石護坡+覆土+人工恢復植被+自然修復”的配置模式。

黑河上游河流沿岸地形較陡，臨河型棄渣場擋渣堤具有擋渣和防洪的雙重功能。棄渣場坡腳部分臨河，宜選擇漿砌石或鉛絲石籠作為攔渣堤；坡面部分采用干砌石護坡，防止棄渣落入河中；渣面頂部在棄渣整平后進行覆土，并進一步整治，然后人工恢復植被，主要選擇油菜籽、高羊茅、披堿草等草籽，采用條播方式播種。前期利用人工恢復方式播種草籽促進植被生長，后期則主要依靠自然修復。臨近廠區的棄渣場在播種草籽后，可栽植喬灌木，并配套節水灌溉設施，提高植被成活率，以美化廠區周邊生態環境。

3.2.2 坡地型棄渣場

坡地型棄渣場一般位于緩坡地、河流或溝道兩側較高臺地上，堆渣體底部高程高于河(溝)道防洪水位。棄渣沿山坡堆放在坡度不大于25°且坡面穩定的山坡[7]。坡度較陡的棄渣場應實施削坡開級措施，削坡可以減緩坡度，減小助滑力，保持坡體穩定，開級可以相對截短坡長，改變坡型、坡度、坡比，降低荷載重心，維持邊坡穩定[10]。坡地型棄渣場采用“擋渣墻(漿砌石)或漿砌石護坡+干砌石護坡+截(排)水溝+土地整治+人工恢復植被+自然修復”的配置模式。

該類型棄渣場坡腳部分采用漿砌石擋渣墻或漿砌石護坡工程，在棄渣場堆渣范圍外兩側開挖截(排)水溝，在馬道靠近渣體一側開挖截水溝，防止坡面匯水沖刷渣體；渣場坡面部分采用干砌石護坡，防止棄渣落入渣腳和馬道；頂面部分及削坡開級后形成的馬道，進行土地整治后，選擇油菜、高羊茅、披堿草等草籽進行撒播，后期依靠自然修復進一步恢復植被。

3.2.3 平地型棄渣場

平地型棄渣場的棄渣堆放在寬緩平地、河(溝)道兩岸階(平)地上，適用于地形平緩，場地較寬地區；堆渣體底部攔擋措施要高于洪水位。平地型棄渣場采用“擋渣墻(漿砌石、干砌石)+覆土+人工恢復植被+自然修復”配置模式。

平地型棄渣場坡腳部分采用漿砌石或干砌石擋渣墻工程；棄渣場頂面寬闊，覆土后進行土地整治，植被恢復初期播種油菜、高羊茅、披堿草等草籽促進植被恢復，條件允許時可以配套節水灌溉設施，栽植喬灌木，以提高植被覆蓋度；棄渣場坡面選擇在雨季撒播草籽，依靠自然修復來促進植被恢復。

3.3 典型棄渣場水土保持措施配置模式應用效果

選取黑河上游大孤山水電站廠房棄渣場作為典型渣場，評價其水土保持配置模式應用效果。該水電站建于2009年，廠房棄渣場位于發電站廠房下游河道右岸，距上游廠房約300 m，離廠房較近，渣場位于四子龍溝溝口處，地理坐標38°37′14″N、100°01′28″E，渣體頂部高程2 080 m，渣場占地類型為河谷階地，處于水流沖刷彎道處，占地面積0.72 hm2，棄渣量7.8萬m3。棄渣主要為5#施工支洞與廠房基礎開挖產生的石渣，渣體堆放延伸至電站尾水渠附近，分三級堆放，渣體頂部靠近山體一側有簡易公路，進廠道路從其接入電站辦公樓及廠房。

該棄渣場屬于臨河型渣場，水土流失防治措施采用了“鉛絲石籠攔渣堤+干砌石護坡+排洪溝+渣體頂部覆土+人工植被恢復(草本、喬木)+自然修復”的配置模式。

該棄渣場位于河道沖刷面的彎道處，考慮到水流沖刷，坡腳處因河道沖刷的松散堆積物較多，且水流較湍急，選擇了鉛絲石籠作為攔渣堤，鉛絲石籠長寬高分別為2.0 m×1.0 m×1.0 m，網孔大小0.2 m×0.2 m。鉛絲石籠以上渣體坡面應用干砌石護坡防護，高1 m，坡比1∶2。渣場位于四子龍溝溝口處，對溝道排洪非常不利,據調查，2010年8月，受短時暴雨影響，四子龍溝暴發泥石流災害，泥石流將原棄渣場頂部東側靠近山體的排洪溝堵塞，由渣體頂部漫過，在渣體中間沖開一道進口寬約14.0 m、出口寬約5 m、深約6 m的“八字形”溝道。因此，后期增建了混凝土排洪溝，防止山洪、泥石流沖刷渣場。排洪溝分布在兩個進溝口，寬約6 m，一個出口，寬約20 m。排洪溝兩側漿砌石擋渣墻高1.0 m，壓頂寬0.45 m；擋渣墻中分布“品”字形排水管，間距3 m，排水管直徑0.1 m，PVC材質。棄渣場距離廠房較近，植被恢復兼具綠化美化效果，因此在棄渣場頂部覆土30 cm并進行土地整治后，撒播扁穗冰草，栽植旱柳，株行距均為3 m，并配套了節水灌溉設施，提高植被成活率。

該棄渣場經過8年運行后，目前渣體穩定，鉛絲石籠攔渣堤攔渣效果良好，未發生渣體進入河道現象；排洪溝運行良好，未發生渣體沖毀現象；渣場植被自然恢復后，渣體頂面和坡面未發生水土流失現象，植物種類豐富，目前已有扁穗冰草、苦荬菜、紫菀、藜、狗尾草等草本植物，栽植的旱柳平均胸徑已達到10 cm，植被覆蓋度達到了68%。

4 結 語

(1)祁連山黑河上游棄渣場類型主要有臨河型、坡地型、平地型；占地主要是河灘地、荒地、河谷階地等地類；實施的水土保持措施有攔渣工程、護坡工程、防洪排導工程及植物措施；未覆土渣場植物種類單一，覆蓋度低，覆土渣場植被種類豐富，覆蓋度高。

(2)提出了3種類型棄渣場水土保持措施配置模式：臨河型棄渣場的配置模式為攔渣堤(漿砌石、鉛絲石籠)+干砌石護坡+覆土+人工恢復植被+自然修復；坡地型棄渣場的配置模式為擋渣墻(漿砌石)或漿砌石護坡+干砌石護坡+截(排)水溝+土地整治+人工恢復植被+自然修復；平地型棄渣場的配置模式為擋渣墻(漿砌石、干砌石)+覆土+人工恢復植被+自然修復。

(3)黑河上游大孤山水電站廠房棄渣場采用“鉛絲石籠攔渣堤+干砌石護坡+排洪溝+渣體頂部覆土+人工植被恢復(草本、喬木)+自然修復”的配置模式，各項工程措施運行良好，植物物種逐漸豐富，植被覆蓋度達到68%，有效控制了渣場水土流失，小區域生態系統穩定。