云霄抽水蓄能水電站棄渣場水土保持方案探析

林曉純，曾巧平

（廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

福建云霄抽水蓄能電站建設中，在水庫淹沒范圍內的死庫容內產生了2座棄渣場。為了確保電站運營安全，減少水土流失，需對2座渣場的水土保持方案進行分析。

1 概況

云霄抽水蓄能電站位于福建省云霄縣火田鎮境內火田溪支流高田溪上，流域屬亞熱帶海洋性季風氣候區，多年平均面降雨量為1 725.4 mm[1，2]。上庫壩址位于圓嶺林場。1#棄渣場現狀植被覆蓋良好，渣場中間低洼，左岸地勢較陡，渣場上游是原水庫主要來水溝道。2#棄渣場位于上庫庫外東南側，溝道較平緩，主溝兩側地形不對稱，西南側發育1條支溝，切割較深，坡度20°～40°，溝谷近似呈“U”形，兩側覆蓋層較薄，一般厚0.5 m，植被發育良好。棄渣場情況，詳見表1。

表1 棄渣場情況

2 水土流失與水土保持現狀

2.1 水土流失現狀

云霄縣屬南方紅壤丘陵區，土壤類型主要為紅壤和赤紅壤，區內土壤天然承載能力不均勻，總體穩定性一般，抗蝕力較差，易發生水土流失[3]。項目區場地巖土層分布主要有耕植土層、坡洪積松散覆蓋層及下伏侏羅系熔結凝灰巖各風化帶，土壤侵蝕模數背景值為500 t/（km2·a）[4]。

2.2 水土保持現狀

工程場區位于云霄縣火田鎮的中低山丘陵區，地面高程多在35～820 m，上、下水庫地勢高差約為480 m，區內以剝蝕、沖蝕作用為主，溝谷縱橫交錯。項目區天然或人工植被生長茂密，基本無裸露土質地表、邊坡，無明顯的自然水土流失現象，自然水土流失為輕微，人為水土流失主要是由于周邊居民開發村道及果樹種植等引起的，但以輕度為主，當地政府高度重視水土保持工作，并取得顯著成效。

3 上庫1#棄渣場水土保持方案分析

上庫1#棄渣場設在上庫西北側的淹沒范圍內的死庫容內，為溝道型渣場，高程571～580 m，占地面積約8.7 hm2，最大堆渣高度10 m，平均堆渣高度8 m，松散堆渣量約70 萬m3。堆方邊坡比1∶2.5，渣場中間保留已有溝道，溝道兩側各形成堆渣邊坡。渣場通過L1、L2、L11、L12臨時道路與工程區聯通，每20～30 m 布設分級臨時道路通往渣場庫區，用于運送渣體，棄渣堆置時先清理植被、先攔后棄，自下至上分層堆置，石渣料盡量堆置在渣場底部及渣場上下游臨空側，擬定臨坡側5 m 范圍內每堆高1 m 需攤鋪、推平1次；其他區域每堆高3 m攤鋪、推平1次。

3.1 工程措施

根據渣場堆放情況，考慮新增格賓石籠擋墻、排洪明渠及隧洞、表土回填工程、截排水溝、沉沙池、臨時攔擋工程等措施，以加強水土防護。

3.1.1 攔渣及邊坡防護工程

棄渣堆置時先攔后棄，擬在棄渣場從西到東自下至上分層堆置，下游在溝渠上游設置格賓石籠擋渣墻防護，墻頂高程575 m、高2 m，并對渣面進行拋石護坡防護。上庫1#棄渣場格賓石籠擋渣墻土方開挖1 522 m3，石砌擋墻6 089 m3，拋石護坡8 456 m3。

3.1.2 防洪排導工程

上庫1#棄渣場中部有一條現狀溝道，擬將棄渣場劃分為3 個片區進行堆置，其中在北片區現有溝道處布置排水渠排導上游來水，中部片區通過排水隧洞穿過臨時道路將排水明渠匯流排入下游現狀排水溝渠，并在排水隧洞出口設格欄消力。

由于1#棄渣場位于水庫淹沒范圍的死庫容內，排洪設計標準為10 a 一遇全年洪水，洪峰流量為28.7 m3/s，水流流速為6.41 m/s。為解決溝道填埋后上游來洪的泄流問題，擬在渣場內溝道布設排水明渠及排水箱涵將上游來水排至棄渣場下游，用于施工期導流及后期排洪，排水明渠底寬1.5 m，混凝土護坡邊坡比為1∶2.5，排水箱涵采用長方形，斷面尺寸為3.6 m×3.6 m（凈寬×凈高），排水明渠、箱涵（包括隧洞進口、洞身、出口段）土方開挖11 489 m3，明渠石渣墊層（利用開挖渣料）2 719 m3，格賓石籠消力池22 m3。經復核，排水明渠和排水箱涵過流能力可滿足水土保持設計排洪要求（詳見表2），可有效減少水土流失。

表2 上庫1#棄渣場洪峰流量成果

3.1.3 攔沙壩工程

為防止棄渣期間降水徑流攜帶泥沙直接進入下游，在排水涵洞下游30、50 m 處地勢較開闊溝段各布設1 道攔沙壩。攔沙壩布置長度按2 m 考慮，1 a清淤4 次（換土工布，淤泥運至渣場晾干、堆置），共3 a，每次清淤200 m3。

3.2 臨時措施

為避免降雨和地表徑流對松散渣體的沖刷，擬在渣場西側上游周邊匯水坡面距堆渣邊緣2～3 m處修建渣場外圍截水溝，以疏導周邊坡面及場內馬道排水溝匯水；在堆渣平臺布設排水溝，疏導臺階邊坡匯水，平臺排水溝匯水往兩側分別排入兩側截水溝。上庫1#棄渣場共布置臨時截、排水溝1 879 m，土方開挖量1 703 m3，磚砌1 219 m3，M7.5 砂漿抹面2 903 m2。為避免強降雨對渣面的沖刷，擬在渣面覆蓋密目網臨時苫蓋，面積為8 456 m2。

4 上庫2#棄渣場水土保持方案分析

上庫2#棄渣場為溝道型渣場，有2 條小沖溝，東西側各1 條，洪水以東側沖溝來水為主，堆渣高程460～530 m，占地面積約17.60 hm2（含上游進渣場道用地），最大堆渣高度63 m，平均堆渣高度25 m，堆渣量約283.13 萬m3，其中表土6.84 萬m3（松方）、土石渣渣料276.29萬m3（松方），采用分區堆放方式。

在渣場東側布置L7、L8、L9臨時道路進入渣場內，總長約2.0 km。渣場分臺階堆置，每10 m 設1條寬2 m 的馬道，邊坡比為1∶2.5。棄渣堆置時先清理植被、先攔后棄，自下至上分層堆置，石渣料盡量堆置在渣場底部及渣場上下游臨空側，擬定臨坡側5 m范圍內每堆高1 m 需攤鋪、推平1 次；其他區域每堆高3 m 攤鋪、推平1 次。本次考慮新增格賓石籠擋墻、排洪箱涵、表土剝離及回填工程、截排水溝、沉沙池和邊坡噴播灌草綠化、平臺喬灌草綠化、臨時攔擋工程等措施進行水土保持治理。

4.1 工程措施

4.1.1 攔渣工程

上庫2#棄渣場范圍為山麓斜坡地帶，坡體穩定，地勢較周邊山體較低，未發現滑坡、泥石流等不良地質現象。攔渣墻順西側溝坡腳布置，設計墻高約2 m，構造為石籠攔渣墻；墻底地基以坡積土、花崗巖全風化土為主，溝床部位為基巖弱風化巖，其中坡積土工程地質特性較差，花崗巖全風化土、弱風化巖工程地質條件較好，可作為墻體地基土。下游擋墻墻頂高程465 m，高2 m。上庫2#棄渣場格賓石籠擋渣墻土方開挖619 m3。

4.1.2 防洪排導工程

（1）箱涵工程。為解決渣場堆料過程上游來洪的泄流問題，擬在渣場中部設2 m×2 m 的混凝土箱涵排導施工期排水，臨時箱涵按10 a一遇洪水標準設計，導流流量為9.5 m3/s，渣料填筑完成后利用混凝土封堵涵洞進口段。箱涵下游出口設格賓石籠消力池。排水箱涵土方開挖990 m3，C25混凝土澆筑2 455 m3，鋼筋安裝246 t，石渣墊層515 m3，C15 混凝土墊層257 m3，混凝土封堵138 m3，格賓石籠消力池44 m3。

排水箱涵旨在施工期臨時排洪，采用洪水標準為10 a 一遇全年洪水，上游集雨面積0.20 km2，洪峰流量為9.5 m3/s，水流流速為1.584 m/s，過流能力可滿足水土保持設計排洪要求。

（2）截排水溝工程。為避免降雨和地表徑流對松散渣體的沖刷，在渣場周邊匯水坡面距堆渣邊緣2～3 m 處修建渣場外圍截水溝，以疏導周邊坡面及場內馬道排水溝匯水；在堆渣馬道坡腳布設馬道排水溝，疏導臺階邊坡匯水，馬道排水溝匯水往兩側分別排入兩側截水溝。①截水溝斷面設計：由于工程棄渣場占地范圍較大，從堆渣平臺往渣場底部方向，截水溝所采用的斷面逐漸增大，本方案只對最大斷面進行排水設計。截水溝擬采用直角梯形斷面，根據現場地形最大設計集雨面積為20 hm2，100 a一遇洪峰流量為13.8 m3/s，分兩側排水，設計流量6.9 m3/s。截水溝采用鋼筋混凝土砌筑，溝壁粗糙系數取0.021，邊坡系數取0.50，縱坡取0.5%，當底邊寬1.5 m、水深1.1 m時，過水能力達到設計洪峰流量7.04 m3/s，設計流速為3.12 m/s，底部采用臺階加糙進行消能減速，滿足不淤、不沖流速條件。經計算，本渣場截水溝最大斷面尺寸1.5 m×2.1 m×1.2 m（下底寬×上口寬×高），共需布設1 461 m，土方開挖4 580 m3，C20混凝土澆筑3 015 m3，鋼筋安裝133 869 kg。②馬道排水溝斷面設計：馬道排水溝采用矩形斷面，設計最大集雨面積為1.5 hm2，設計流量為0.4 m3/s，采用鋼筋混凝土澆筑，溝壁糙率取0.025，縱坡取0.5%，當底邊寬0.40 m、水深0.4 m 時，過水能力達到設計洪峰流量0.45 m3/s，設計流速為1.41 m/s，滿足不淤、不沖流速條件。排水溝斷面尺寸為0.40 m×0.50 m（寬×高），共需布設1 480 m，土方開挖854 m3，C20混凝土澆筑549 m3，鋼筋安裝24 366 kg。③堆渣平臺排水溝斷面設計：堆渣平臺后期計劃采用喬灌草進行綠化，本方案擬在堆渣平臺邊坡上沿布設生態排水溝，生態排水溝采用弧形斷面，斷面尺寸為3.3 m×0.3 m（寬×高），共需布設882 m，土方開挖908 m3，草皮平鋪3 634 m2。④排水盲溝斷面設計：堆渣期間在渣場底部先行修建排水盲溝，以及時疏導下雨天渣體及周邊邊坡滲水，排水盲溝采用碎石、塊石墊層及砂級配反濾層鋪筑[5]，底層碎石、塊石墊層高500 mm，外包150 mm粗砂反濾層，最外層為100 mm細、中砂反濾層及反濾土工布。排水盲溝長度1 128 m，共需碎石、塊石墊層10 389 m3，砂反濾層2 899 m3，反濾土工布10 152 m2，下游接Φ500 鋼筋混凝土管10 m，將水排入下游排洪箱涵消力池。排水盲溝典型斷面設計，如圖1所示。

圖1 排水盲溝典型斷面

4.1.3 表土剝離及回填工程

上庫2#棄渣場用地類型為林地和農村道路，根據表土綜合利用方案，工程前期先將占用的8.78 hm2緩坡處林地進行表土剝離，剝離厚度20 cm，剝離量18 585 m3，運至場地上游表土轉運場存放，以待后期用于綠化覆土。工程結束后林地綠化需要進行表土回覆，綠化覆土厚度約40～50 cm，預計需要表土回填量80 032 m3。

4.1.4 攔沙壩工程

為防止棄渣期間降水徑流攜帶泥沙直接進入下游，在渣場下游東西擋墻后側約50 m 處、地勢較開闊溝段各布設1 道攔沙壩，具體位置可根據實際情況調整。臨時攔沙壩布置長度按120 m 考慮，1 a 清淤4次（換土工布，淤泥運至渣場晾干、堆置），共3 a，每次清淤600 m3。

4.2 植物措施

工程結束后，將堆渣平臺及進入渣場道路進行全面整地，然后進行喬灌草綠化，草種選擇當地適生的狗芽根、結縷草、百喜草、香根草及雜草混播，草籽撒播量為50 kg/hm2；喬木選擇當地適生的山杜英、女貞及馬占相思等，株行距2 m×6 m；灌木選擇當地適生的福建山桐子、福建山櫻花及桃金娘等，株行距1.5 m×2.0 m。喬木選擇胸徑6 cm 的一級壯苗，灌木選擇灌叢80 cm高的壯苗。堆渣邊坡及時噴播灌草綠化。

上庫2#棄渣場堆渣平臺喬灌草綠化面積12.98 hm2，全面整地及撒播草籽12.98 hm2，栽植灌木43 250株，栽植喬木11 137株；邊坡噴播灌草面積45 707 m2。

4.3 臨時措施

4.3.1 臨時攔擋

上游右側區域作為上庫表土轉運場，臨時容渣量6.84萬m3（松方），堆至530 m 高程，為防止土料堆放期間沿著邊坡滑落，占壓擾動下游區域，擬在堆場下游坡腳布置鋼筋石籠臨時攔擋。本渣場共需布設鋼筋石籠臨時攔擋184 m，工程量569 m3。

4.3.2 臨時綠化

表土臨時堆場堆存期超過一個生長季，為減少表土遭雨水沖刷而流失，保持肥力，美化施工區環境，撒播淺根性本地雜草進行臨時綠化，草籽撒播量50 kg/hm2。臨時綠化面積1.66 hm2，撒播草籽1.66 hm2。

4.3.3 臨時苫蓋

為避免強降雨對渣面的沖刷，擬在渣面覆蓋密目網臨時苫蓋，面積為45 707 m2。

5 結語

經過分析探討，對2 座棄渣場采取建設排洪箱涵、格賓石籠擋墻、截排水溝、攔沙壩以及邊坡噴播灌草綠化、平臺喬灌草綠化、臨時攔擋等水土保持措施，可有效減少降雨洪水對渣場的沖刷和水土流失，為項目驗收提供了科學依據。