北方土石山區某抽水蓄能電站表土剝離設計

黃 舒，周 潔，陽 鳳

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 表土在抽水蓄能電站中的重要性

抽水蓄能電站作為保障電力系統安全穩定運行的特殊電源及最環保、能量轉換效率最高、最具經濟性大規模開發的儲能設施，其開發建設被列入了水電發展“十三五”規劃的十大重點任務之一。目前全國有近20座百萬千瓦級以上大容量的抽水蓄能電站正在建設，我國抽水蓄能電站建設已進入全面發力階段。“十三五”期間，我國將持續快速大幅提高抽水蓄能機組比例，新增投產1697萬kW，新開工6000萬kW，到2020年中國抽水蓄能電站運行容量力爭達到4000萬kW。

土壤的形成是一個有機質積累的漫長過程，經過了上千年的積累，形成了一層肥沃的土壤，其中最表層的土壤叫做表土[1]。據研究，土質好的表土，1hm2包含100t有利于植物生長的各種物質，它們有效地結合在一起將能提供農作物所需95%的氮和25%～50%的磷。表土土層厚度每下降2.8cm，作物產量就會下降7%。農民用“一碗土，一碗糧”形象地評價耕作表土。因此，保護表土意義重大，刻不容緩[2]。在抽水蓄能電站建設過程中保護表土資源尤為重要。

抽水蓄能電站樞紐建設期相對較長，建設地點多為山區、深山峽谷，交通不便，施工中修建大壩、圍堰、導流等水工建筑物，建設施工道路、布設施工生產生活區，征占地面積和動土石方量均較大，對地貌和植被破壞嚴重。抽水蓄能電站建設末期，對地表的挖填擾動基本結束，臨時堆土(石)及設備材料已清理運走，場地開始平整，后期可開展植物措施。

鑒于抽水蓄能電站交通不便，后期植物措施面積較大等特點，滿足后期植物措施綠化用土需求，應本著珍惜和保護土壤資源，提高土壤資源利用率的原則，對抽水蓄能電站征占地范圍內表土剝離、運輸并集中儲存，后期回覆使用。

2 表土剝離程序

表土剝離考慮的要素包括分區分地類、剝離的工藝和時期、取土厚度(視利用價值決定)和方量，以及運輸方式等，由此設計最佳方案[2]。表土剝離工作分為以下幾部分。

(1)根據已審定的施工總布置圖對抽水蓄能電站征地紅線范圍內表土可剝離區域選擇。

(2)在已選定的表土剝離區域，根據水土流失防治分區、占地類型、海拔高度等劃分調查單元，進行土壤斷面調查，實地分析各占地類型的可收集表土厚度。

(3)以統籌有關建設計劃為指導，結合現狀土壤斷面調查評價結果，編制表土剝離利用方案，指導表土剝離、運輸、儲存和回覆等工作。

3 表土剝離區域選擇及剝離厚度調查

3.1 表土剝離區域選擇原則

(1)地形地貌方面，盡量選擇地勢平緩區域，以便于機械、人工作業，同時結合表土厚度，優先剝離表土較厚區域，控制表土剝離占地面積。

(2)占地類型方面，表土剝離應優先考慮耕地，其次為園地，最后考慮平緩林地。

(3)占地性質方面，應遵循“先永后臨、先高后低”的原則。先永后臨是對表土剝離區域的初次選擇，指先剝離項目永久占地內的表土，當其表土量無法滿足需求時，再剝離臨時用地內的表土。因為永久占地對表土的破壞是永久性的、不可恢復的，而臨時占地對表土的破壞則是短暫的、大多數是可以恢復的，所以永久占地(建筑物、水庫淹沒區)內的表土剝離應優先于臨時占地[3]。

3.2 表土剝離厚度調查

表土剝離厚度根據表層熟化土厚度確定，應優先選擇土層厚度不小于30cm的擾動地段。一般對自然土壤可采集到灰化層，農業土壤可采集到犁底層[4]。抽水蓄能電站中表土剝離區域應優先選擇表土厚度大于0.3m的工程永久占地(建筑物、水庫淹沒區)內的表土。

表土剝離厚度調查方法有坡面溝槽法和打土鉆法。坡面溝槽法選定坡高為1～2m的土質邊坡斷面，沿斷面開10cm×10cm(寬×深)槽，以不擾動坡面且斷面取值有效直觀為宜，采用鋼卷尺判讀取值，其優點能直觀地查看土壤斷面，取值記錄；缺點現場可供選擇的坡面數量較少，選擇范圍較少。土鉆法主要選取地勢平坦，坡度小于10°的耕、園、林地，將土鉆通過人力鉆入表土層內，通過土鉆上面的刻度計量表土厚度，其優點為對地表擾動小，尤其是對具有生產能力的耕、園地擾動較小；缺點為土壤斷面不夠直觀，不便于計數統計。以下兩種調查方法見圖1—2。

圖1 土壤斷面(坡面溝槽法)

圖2 土壤斷面(打土鉆法)

4 表土剝離總量確定

4.1 表土剝離原則

表土剝離原則采用“按需剝離原則”，其原則是需要多少表土就剝離多少，表土不夠時就剝離非表層土補充，既不多剝也不少剝。這種剝離是“先以方向定需求，再以需求找供給”[5]。

4.2 表土剝離地塊選擇

覆土來源應優先選擇表土厚度大于0.3m，工程永久占用或淹沒耕地的表層熟化土[6]。某抽水蓄能電站中表土剝離部位為上水庫庫盆，工程管理區(業主營地)、施工營地或場地。根據海拔高度分別對以上部位進行地塊編號，上水庫庫盆標記為①和②地塊，工程管理區(業主營地)標記為③和④地塊，施工營地或場地被道路分隔標記為⑤、⑥和⑦地塊。

4.3 表土剝離厚度確定

根據土壤剖面結構和土壤熟化程度，表土剝離厚度一般為0.3～0.8m[7]，某抽水蓄能電站中表土剝離厚度，根據所在行政區域的土壤志和項目地質評估資料，采用坡面溝槽法和打土鉆法，對土壤斷面人工判讀取值。現場調查中①和②地塊共取5個土壤剖面，③和④地塊共取10個土壤剖面，⑤～⑦地塊共取8個土壤剖面。根據后期植物措施、復耕(園)所需回填量來確定剝離厚度，由于各區域內表土厚度存在差異，對土層深厚、肥沃的地方可適當深剝，對土層較薄、肥力不高的地方可適當淺剝，在總量控制(用多少剝多少)的前提下應盡量將剝離區域內最肥沃的部分土壤剝離出來[8]。綜合確定表土剝離厚度，耕地和園地表土剝離厚度為0.5～0.8m，平緩林地表土剝離厚度為0.4m。各部位表土剝離厚度見表1。

4.4 表土剝離面積確定

表土剝離面積根據已審定的施工總布置圖上的征地紅線范圍計算，應嚴格控制在征地紅線范圍內，并根據可行性研究階段移民專業實物指標調查表，進一步復核占地類型與占地面積。

4.5 表土剝離總量確定

表土剝離總量為表土剝離厚度與剝離面積的乘積，在考慮損耗的基礎上滿足后期植物措施用土需求。某抽水蓄能電站表土剝離量計算見表2。

表土剝離面積為40.87hm2，剝離總量為21.49萬m3。

表1表土剝離厚度一覽表 單位：m

表2 表土剝離總量計算表

5 表土剝離時間

為貫徹執行“三同時”制度的原則，表土剝離措施必須與主體工程同時設計、同時施工、同時投產使用。表土剝離工程量應在招標設計階段，結合主體工程分標方案一并提出。某抽水蓄能電站土建工程分標方案為籌建期土建工程標和主體土建工程標。其中籌建期土建工程標所包含組號有場內道路、交通洞、業主營地、綜合倉庫和加工廠、金結拼裝場、倉儲區、棄渣場；主體土建工程標有上、下水庫庫盆、發電廠房、開關站等。籌建期土建工程標中，表土剝離工程量應結合業主營地、綜合倉庫和加工廠、金結拼裝場、倉儲區等部位的場地平整土方開挖工程量中提出表土剝離數量；主體土建工程標中，表土剝離工程量應結合上水庫庫盆覆蓋層清理中提出表土剝離數量。

根據招標階段工程量清單，擬定表土剝離數量，并計入招標設計階段概算。表土剝離時間結合各地塊動工時間擬定，業主營地和各施工場地(綜合倉庫和加工廠、金結拼裝場、倉儲區)均安排在籌建期進行，以上地塊表土剝離時段為籌建期第一年。上水庫淹沒及影響區安排在主體工程施工期，其表土剝離為主體工程施工期的第一年。

6 表土剝離施工組織設計

項目區表土剝離區域應均有道路到達，且道路標準滿足表土運輸需求，無需新建道路。

根據已劃分的表土剝離地塊，分開進行剝離和堆存。土層較厚的平原、丘陵區以機械剝離為主，人工剝離為輔，土層較薄的山地區以及高寒草原草甸區可采用人工剝離的方法，剝離過程中應盡量減少對土壤團粒結構的破壞[9]。針對③和④地塊地面起伏較大的，采用人工施工，③和④地塊中地面起伏較小的區域和其他地塊(①、②、⑤～⑦地塊)剝離區地面較平整，剝離表土厚度較厚，采用機械施工。機械施工選用小噸位的推土機，挖掘機、鏟運機等，推薦使用反鏟挖土機配合自卸翻斗車進行剝離，運輸[10]。

放線：對表土剝離區不同地塊劃線，編號，標明表土剝離范圍。

清障：表土剝離前，清除土層中較大的樹根、石塊、建筑垃圾等異物。

剝離：分地塊進行表土剝離，并詳細記錄不同剝離地塊的剝離量。

臨時堆放：針對不能“即剝即用”的表土，應選擇排水條件良好的地點臨時堆存，并對表土臨時堆存點采取臨時措施防護。

表土應分層剝離、交錯回填，保證土層順序基本不變，防止表土剝離產生上下土層混合導致土壤結構變化[11]。

7 結語

表土作為難以再生的資源，在抽水蓄能電站后期植物措施實施中發揮著關鍵作用，是水土保持植物措施設計的重要環節。表土收集數量和進度直接影響植物措施實施進度和效果，直接影響生產建設項目水土保持設施驗收，應注重對表土的收集和保護。本文以北方土石山區某抽水蓄能電站表土剝離設計為例，在“按需剝離”原則下進行表土剝離，重點探討了表土剝離區域、表土剝離地塊和表土剝離厚度如何確定等問題，以期能為待建的抽水蓄能電站表土剝離工作，提供一定參考。