南方地區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項目表土保護利用方案探討
——以安徽省桐城抽水蓄能電站為例

胡利強，段東亮，胡憲濤，姚成平

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

目前，我國正處于城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，生產(chǎn)建設(shè)活動占用大量農(nóng)用地。土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是經(jīng)濟社會發(fā)展依賴的基礎(chǔ)資源。生產(chǎn)建設(shè)活動中如何保護土地資源，特別是地表土，是新時代水土保持生態(tài)文明的要求。本文將從表土保護利用工程實踐出發(fā)，探討工程建設(shè)中的表土資源剝離、防護及利用，可為同行提供參考。

1 表土保護利用必要性

根據(jù)《中華人民共和國水土保持法》第三十八條：“對生產(chǎn)建設(shè)活動所占用土地的地表土應(yīng)當(dāng)進行分層剝離、保護和利用，做到土石方挖填平衡，減少地表擾動范圍……”。表層土壤是一種資源，形成1 cm厚土壤大約需要200～400 a時間，從裸露的巖石地貌形成具有良好的生物多樣性、豐富和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的土壤生態(tài)圈則需更長的時間，有的甚至需用上萬年[1-2]。

工程建設(shè)過程中，根據(jù)項目區(qū)的土地及土壤條件，結(jié)合工程需要，將表土剝離、單獨堆放并進行防護，為后期整治恢復(fù)擾動和損毀的土地提供土源，避免為整治土地而增加建設(shè)區(qū)外的取土量，既可減少土地和植被損毀，減少水土流失，又可節(jié)約建設(shè)資金。因此，保護和利用土壤，特別是表層土，是生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持設(shè)計中非常重要的內(nèi)容。

2 表土保護利用總體思路

2.1 表土利用方向

1) 表土在水土保持植物措施中的利用

植物措施是生產(chǎn)建設(shè)項目中行之有效的水土保持措施，而表土無論是作為載體還是添加材料，對植被恢復(fù)潛在能力都具有重要作用，如在生產(chǎn)建設(shè)中重視保護植被，保留表土并用之覆蓋地表，就能使地面植被得到較大程度的自然恢復(fù)[3-5]。

2) 表土在土地復(fù)墾中的利用

我國法律法規(guī)鼓勵剝離的耕作層表土應(yīng)用于開墾耕地或復(fù)墾。《中華人民共和國土地管理法》中第三十一條：“縣級以上地方人民政府可以要求占用耕地的單位將所占用耕地耕作層的土壤用于新開墾耕地、劣質(zhì)地或者其他耕地的土壤改良”；第三十九條：“國家鼓勵單位和個人按照土地利用總體規(guī)劃，在保護和改善生態(tài)環(huán)境、防止水土流失和土地荒漠化的前提下，開發(fā)未利用的土地；適宜開發(fā)為農(nóng)用地的，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開發(fā)成農(nóng)用地”。

2.2 表土綜合利用設(shè)計思路

由于生產(chǎn)建設(shè)項目所處的地理位置、自然環(huán)境不盡相同，表土綜合利用方案主要是依據(jù)表土優(yōu)劣、后期表土需求量、交通條件及臨時堆場位置等因素綜合決定。表土綜合利用總體思路：在了解工程區(qū)域表土現(xiàn)狀的前提下，分析表土需求量及表土開挖量，然后設(shè)計表土堆存及管護方案，以充分合理利用表土。

3 表土需求量及開挖量分析

3.1 表土需求量分析

植物措施表土需求量的計算，是按照水土保持植物措施的喬、灌木株數(shù)和喬、灌木種植穴覆土體積的乘積之和得出。根據(jù)《造林技術(shù)規(guī)程》(GB/T 15776)，喬、灌木采用穴狀整地方式，采用圓形或方形坑穴，大小因林種、苗木規(guī)格和立地條件而異，穴徑和深度分別宜在0.50 m和0.40 m以上[6]。按照一般實際工作經(jīng)驗，喬木種植穴直徑0.60 m，每穴覆土厚度約0.50 m，灌木種植穴直徑0.40 m，每穴覆土厚度約0.30 m。為了使工程擾動區(qū)的植被進行更好的恢復(fù)，根據(jù)各區(qū)域立地條件，草籽覆土厚度為0.10～0.30 m。

植物措施表層土需求量可根據(jù)公式(1)計算：

(1)

式中Ni為喬木株數(shù)；Nj為灌木株數(shù)；Sk為擾動區(qū)面積；V喬為喬木種植穴體積；V灌為灌木種植穴體積；h為草籽覆土厚度。

土地復(fù)墾表土需求量的計算，是按照復(fù)墾的面積和覆土厚度的乘積得出。回覆土層厚度應(yīng)滿足《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》(GB/T 30600)的規(guī)定值，表土回覆前應(yīng)做好回覆區(qū)的土地平整，農(nóng)田土體厚度應(yīng)達到50 cm以上，水澆地和旱地耕作層厚度應(yīng)在25 cm以上，水田耕作層厚度應(yīng)在20 cm左右[7]。

3.2 表土開挖量分析

表土開挖利用量的計算，是按照開挖區(qū)面積與開挖厚度的乘積之和得出。可剝離的表土厚度可與植物根系分布所對應(yīng)，植物根系的分布是土壤肥力的外在表現(xiàn)，在施工中可以作為表土剝離厚度的參考；開挖區(qū)域的面積由實際查勘得出，剝離厚度控制根據(jù)各小區(qū)域內(nèi)地形地類現(xiàn)狀及耕植土深度調(diào)查確定，表土剝離厚度一般為20～50 cm[1,8]。

表土開挖利用量可根據(jù)公式(2)計算：

(2)

式中Si為開挖區(qū)域面積；h為開挖厚度。

在確定表土剝離區(qū)后，要對表土剝離的工藝、設(shè)備進行選擇。表土剝離的工藝及機械很多，剝離的工藝應(yīng)當(dāng)依據(jù)表土剝離區(qū)的地質(zhì)地貌、交通條件以及不同表土剝離模式和類型進行選擇，剝離機械主要使用推土機、拖拉機、拖式鏟運機和挖掘機等。表土剝離工藝可借鑒“條帶復(fù)墾表土外移剝離法”、“梯田模式表土剝離法”及“分層平移表土剝離法”等[9-11]。

4 表土堆存及管護措施

剝離后的表土可直接運至正在表土回覆的區(qū)域，不能直接利用的表土應(yīng)運至表土堆存場集中堆放、保存，待使用時再調(diào)運。表土堆存場盡量布置在建設(shè)項目附近、交通便利，有利于堆存保護的區(qū)域，不得布置在對公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點等產(chǎn)生重大影響的區(qū)域。剝離表土應(yīng)分層堆置，避免熟化的表層土與半熟土混雜一起。

表土堆放期間，降水徑流對松散土方的沖刷將會造成土壤及養(yǎng)分流失；堆土體在自然沉降作用下，土壤結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定變化、土壤肥力降低，因此，應(yīng)采取攔擋、截排水、沉沙、苫蓋及綠肥植物綠化等防護措施。① 攔擋：堆土周邊或下邊坡坡腳應(yīng)有攔擋措施，攔擋措施主要有鋼筋石籠擋墻、干砌石擋墻、編織土袋擋墻及土埂等；② 截排水：堆土周邊應(yīng)有截排水溝，截排水溝可采用磚砌、漿砌或砂漿抹面襯砌，型式及斷面應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形、集雨面積及使用時間等確定，發(fā)生淤塞、斷裂的情況下應(yīng)及時進行修復(fù)；③ 沉沙：在截排水溝末端布設(shè)沉沙池，以防下雨天降水徑流攜帶泥沙進入下游區(qū)域；④ 苫蓋：表土堆存及取用期間，應(yīng)采用塑料彩條布、土工布或塑料薄膜等進行苫蓋；⑤ 綠肥植物綠化：綠肥植物的根部具有較強的穿透能力，能促進土壤穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)的形成，從而改善土壤的理化性質(zhì)。當(dāng)表土堆存時間較長時，應(yīng)種植綠肥植物以保持土壤肥力。綠肥植物大都為豆科植物，也有少數(shù)十字花科、禾本科和薯類植物等[12]。

5 案例分析——桐城抽水蓄能電站表土剝離利用方案

桐城抽水蓄能電站位于安徽省桐城市境內(nèi)，電站上水庫位于唐灣鎮(zhèn)楊樹村，下水庫位于黃甲鎮(zhèn)汪河村。電站為Ⅰ等大(1)型工程，總裝機容量為1 280 MW，由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)及永久交通道路等建筑物組成，樞紐工程總占地面積為296.69 hm2，其中永久占地面積245.79 hm2，臨時占地面積50.90 hm2。

5.1 工程區(qū)表土現(xiàn)狀

工程區(qū)的土壤類型主要以黃壤、紅壤為主，土壤母質(zhì)主要是酸性巖風(fēng)化物，由酸性巖殘積、坡積、洪積物發(fā)育而成，土壤pH值介于6.2～7.0之間，地表物質(zhì)組成由上至下為壤土、亞粘土、中砂、粗砂和基巖，地表有2～10 cm枯枝落葉層。

從區(qū)域位置來看，表層土多富集在上下水庫河道兩側(cè)漫灘、階地內(nèi)，其中河道兩側(cè)漫灘表層土較厚，土壤肥沃，開采較為便利；階地表層土較薄，主要分布在狹長的梯田內(nèi)，開采較為不便。

從占地類型來看，耕地、園地由于長期的耕作、種植，表層土相對較厚且分布較為均勻，一般在0.20～0.60 m左右，林地主要分布在山體坡面上，由于項目區(qū)山體普遍巖石初露，表層土分散不均，且摻雜著砂礫，不利于剝離。

從地形地貌來看，工程區(qū)地貌屬中低山構(gòu)造剝蝕地貌，向東、南方向山峰漸次降低，過渡為丘陵至平原地貌。區(qū)內(nèi)河流發(fā)育，工程所在地的南沖河為掛車河的主要支流，兩岸發(fā)育Ⅰ級階地，分布第四系沖洪積物。總的來看，陡坡地段的表土較薄，平緩地段的表土較厚。

從交通條件來看，項目區(qū)南沖河及各支溝沿線有簡易村村通道路，可利用現(xiàn)有的交通道路擴寬加固以滿足施工要求，項目表土剝離之后就近堆放于低洼處或者階地，然后用挖掘機挖裝，翻斗車作為交通運輸工具。總的來說靠近溝谷、道路附近的表層土剝離利用較為便利，遠離區(qū)域較為不便。

工程可供剝離的表土現(xiàn)狀情況見表1。

表1 表土現(xiàn)狀情況

5.2 表土需求量及開挖量計算

5.2.1表土需求量計算

工程表土需求主要來源于植物措施及復(fù)耕。植物措施的喬灌木栽植采取局部覆土的方法，在每個植樹的穴內(nèi)鋪敷表層土，喬木每穴覆土厚度0.50 m，灌木每穴覆土厚度0.30 m，草籽覆土厚度0.10～0.30 m。復(fù)耕的表土采取全面整地覆土的方法，覆土厚度為0.50 m。工程表土需求量為15.58萬m3，表土需求情況見表2。

表2 表土需求量情況

5.2.2表土開挖量計算

根據(jù)工程表土現(xiàn)狀情況分析可知，工程區(qū)內(nèi)表土主要分布于耕地、園地的耕作層，可剝離區(qū)域內(nèi)的表土腐殖質(zhì)含量較高，且表土的厚度較大，表土剝離量約為17.13萬m3，考慮到表土損耗情況(損耗系數(shù)為1.1)，表土開挖量可滿足工程后期植物措施及復(fù)耕對土壤的需求。

工程表土開挖情況見表3所示。

表3 表土開挖量情況

5.3 表土堆存場布置及防護措施

工程布置了2個表土堆存場用于存放表土，其中上庫表土堆存場位于上庫存棄渣場西側(cè)的溝谷處，用于堆放上庫施工區(qū)的剝離表土，溝谷縱向坡度為10°～15°，擬沿著溝谷縱向坡面堆放，占地面積為0.9 hm2，平均堆高為6 m，規(guī)劃最大堆存量為5.4萬m3；下庫表土堆存場位于下庫庫尾業(yè)主營地東側(cè)300 m處的緩坡階地處，用于堆放下庫施工區(qū)的剝離表土，現(xiàn)狀地形坡度為5°～15°，沿著坡面堆放，占地面積為1.3 hm2，平均堆高為4.5 m，規(guī)劃最大堆存量為5.9萬m3。表土堆存防護措施主要為擋土墻、截排水溝、臨時綠化及臨時苫蓋。

1) 擋土墻

表土堆放期間，為減少表土堆料順坡滾落外溢，在堆存場下邊坡坡腳布置鋼筋石籠擋土墻，擋土墻高2 m，“品”字形碼放，上庫表土堆存場布置50 m，下庫表土堆存場布置200 m。

2) 截排水溝

為防止表土堆放期間上邊坡來水對表土的沖刷，在表土轉(zhuǎn)運場上邊坡及周邊布置截排水溝，采用磚砌結(jié)構(gòu)，上庫表土堆存場布置400 m，下庫表土轉(zhuǎn)運場布置450 m。

3) 臨時綠化

工程施工時間較長，表土堆放時間超過半年以上，需種植綠肥植物以保持表土肥力，草籽選用紫花苜蓿、三葉草等豆科類綠肥植物草種，上庫表土轉(zhuǎn)運場臨時綠化面積為1.1 hm2，下庫表土轉(zhuǎn)運場臨時綠化面積為1.4 hm2。

4) 臨時苫蓋

表土堆存、取用土期間，采用土工布對裸露堆土面進行臨時苫蓋，以防下雨天土壤及養(yǎng)分流失，上庫表土轉(zhuǎn)運場臨時苫蓋面積0.6 hm2、下庫表土轉(zhuǎn)運場臨時苫蓋面積0.7 hm2。

5.4 特殊情況下供需平衡分析

施工過程中，如果表土剝離區(qū)域由于厚度不足、無法剝離等原因?qū)е峦猎床蛔愕那闆r下，可采取剝離非表層土來補充，在植物措施實施過程中，可將種植穴內(nèi)先覆上非表層土，再覆表層土，也可通過生物的改良作用，實現(xiàn)表層土的熟化。

如果因施工工藝改進，部分區(qū)域不再需要表土，導(dǎo)致表土的供給量大于需求量時，可通過加大其他區(qū)域的表土覆土厚度，予以消納。

6 結(jié)語

表土剝離保護利用是生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持設(shè)計的重要內(nèi)容，應(yīng)著眼于全局，提前做好相關(guān)設(shè)計工作，以降低工程建設(shè)對土地資源侵占的影響，將國家法律法規(guī)中對表土的保護利用要求落到實處。