面向长春某水利枢纽工程的水土保持方案设计

面向长春某水利枢纽工程的水土保持方案设计摘要:本文基于笔者多年从事水利工程设计的相关工作经验,以吉林省长春市某水利枢纽工程的水土保持方案设计为研究对象,论文首先分析了该工程的基本情况和水土流失预测,进而给出了详细的水土保持方案设计内容,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词:水利枢纽工程水土保持方案设计水土流失

水利枢纽工程建设是人类改造自然界的一种手段,通过开发利用水资源,实现水资源在时间上和空间上的重新分配,达到为国民经济服务的目的。工程建成以后,可获得较大的社会经济效益和环境效益,如防洪、发电、灌溉、航运、水库养殖、旅游等。但在工程开发建设过程中,必然会扰动原地貌、损坏土地及植被、产生大量弃土石渣,造成新增水土流失,如不及时采取防治措施,将危害区域环境和威胁下游安全,从而在一定程度上制约国民经济的可持续发展。因此,必须结合当地的实际情况,进行切实可行的水土保持方案设计,防治水土流失,为保护生态环境和工程安全服务。下面以该水利枢纽工程水土保持方案设计作为实例进行分析。

1 基本情况

1.1 项目区自然和社会环境概况

某水利枢纽工程位于吉林长春境内,该流域属北半球中纬度北温带, 流域年平均降水量比较充沛,水资源较丰富,特别是上游山区,山高河陡,水能资源很也丰富。

全江段山岭连绵,森林茂密,植被良好,河谷狭窄,江道弯曲,河底为石质,有岩坎、暗礁和深潭。工程区现有水土流失是以地表径流冲刷引起的水力侵蚀为主,主要形式为面蚀,其次为沟蚀。水土流失强度为1286 t/km2·a,属轻度流失区。

1.2 工程概况

该水利枢纽是以防洪、灌溉为主,兼顾发电、供水和航运等综合利用的水利工程。水库正常蓄水位为65.00 m,防洪限制水位61.00 m,防洪高水位67.94 m,相应防洪库容3.10×108 m3,调节库容1.14×108m3,灌溉农田面积33 533.3 hm2,电站总装机容量49.5 MW;提供工业和生活用水量1.0 m3/s;通航过坝设施按100 t级斜面升船机考虑。另外,为减少淹没损失,对库区4个片区采取工程防护措施。该水库为大(二)型水库,属Ⅱ等工程。主要枢纽建筑物有:主坝、副坝、泄水建筑物、电站厂房、灌溉进水闸等。工程总工期42个月。工程静态总投资98 835.78万元,总投资101 605.36万元。

2 水土流失预测

工程建设中产生的水土流失量主要由两部分组成:一是由于工程扰动原地貌、破坏或占用土地及植被,使该范围内土壤侵蚀加剧所造

成的水土流失量;二是由于工程建设产生的大量弃渣不合理堆放而增加的水土流失量。该工程扰动原地貌、损坏土地及植被面积达2 310.14 hm2,工程施工期总弃渣量为55.06×104 m3(松方)。经采用类比法和数学模型法相结合的预测方法进行分析计算,该工程施工区将由原有的轻度水土流失区变为强度水土流失区,水土流失强度将由原来的1 286 t/km2·a增加到7000 t/km2·a,工程建设可能造成的水土流失量达8.91×104 t～9.41×104 t。

3 水土保持方案设计

3.1 水土流失防治分区

该水利枢纽工程占地面积共81.1 hm2,其中包括大坝、厂房等枢纽建筑物占地(17.5 hm2),弃渣场(29.4 hm2)、土料场(8.7 hm2)、石料场(2.4 hm2)、永久公路(4.8 hm2)、施工临时占地(18.3 hm2)。根据工程建设的特点、主体工程的布局、可能造成的水土流失情况以及工程建设用地范围等,将工程水土流失防治划分为6个防治类型区,即弃渣场、土料场、石料场、枢纽工程基础开挖区、永久公路、施工临时占地。

3.2 水土保持措施总体布局

根据各水土流失防治类型区的水土流失特点,遵循治理与防护相结合、植物措施与工程措施相结合、防治水土流失与改善生态环境相结合的原则,统筹布局各项水土保持措施,形成完整的水土流失防治体

系:以工程措施为先导,在弃渣场建立拦渣工程,对各永久建筑物周边、块石料场及公路沿线等开挖边坡采取边坡防护工程;利用工程措施的控制性和速效性,使新增水土流失得以集中拦蓄和控制,在此基础上,对料场、渣场利用工程弃土进行表土回填和覆土,经土地整治工程后采取植树造林种草等植物措施进行绿化;对临时施工区、厂区、公路沿线及库区周围等进行绿化,通过植物措施和土地整治工程,保护新生地表和改善生态环境,弃分发挥绿化工程的观赏性和后效性,实现水土流失由被动控制到开发治理的转变。

3.3 分区水土保持措施设计

3.3.1 弃渣场地水土保持措施

枢纽工程永久弃渣量为55.06×104 m3(松方),在右岸上下游和左岸下游共设布置有3个弃渣场。

(1)右岸上游弃渣场:位于坝址右岸上游1.5～2.0 km的一级阶地,地面高程54～60 m(黄海高程),场地开阔,由于此弃渣场位于水库淹没区,其弃渣主要为石渣(堆渣量为22.96×104 m3),因此在水库蓄水前将弃渣推平即可,水库蓄水后其被淹没,对水库防洪不产生影响,也不会造成水土流失危害。

(2)右岸下游弃渣场:位于坝址右岸下游1.5km处的一级阶地,地面高程57 m(黄海高程)左右,堆渣量为5.0×104 m3,因为该弃渣场位于河道边,为防止弃渣造成水土流失危害,需在弃渣场临河一侧修筑拦渣工

程,对弃渣进行拦挡。根据渣场的地形、地貌、地质、建材来源及施工条件,经过对拦渣堤和挡渣墙进行方案比选分析认为,采用衡重式浆砌石挡渣墙拦渣。挡渣墙为4级建筑物,全长426 m,墙高5.5 m,底宽3.3 m,顶宽0.5 m,基础底部修筑一底板,厚0.5 m。墙体沿纵向每隔10～15 m设一道伸缩沉降缝,缝宽2 cm,缝内用沥青麻布或沥青木丝填塞,墙体纵向每隔2～3 m设置<75 mm的PVC排水管,墙内管口设置反滤。挡渣墙经稳定应力分析,符合规范规定的稳定要求。此外,弃渣场地所在地区集雨面积0.145 km2,24 h设计最大清水流量0.296 m3/s,为避免渣场上游汇水对渣场的冲刷影响,需在弃渣堆积平台的内侧修筑浆砌石排水沟,排水沟长468 m,断面型式为梯形,边坡系数m=1,粗糙系数n=0.014,底坡i=1/500,排水沟深h=0.6 m,下底宽b=0.5 m,上底宽B=1.7 m,在排水沟出水口设置浆砌块石水簸箕,坡比为1∶2,采用M7.5水泥砂浆块石砌筑,块石厚度在20 cm以上,露明面用1∶3水泥砂浆勾缝,底部卧浆,单层铺砌,土基应夯实,必要时按基底宽铺设人工基础。弃渣表面平整覆土后营造水土保持林,造林树草种为湿地松、木荷、胡枝子、混合草种(百喜草、结缕草、狗牙根草等两种或两种以上混合),混交方式为乔灌草行间混交、湿地松与木荷星状混交,即隔行每隔4株湿地松种植1株木荷,整地方式采用穴状整地,湿地松和木荷穴大40 cm×40 cm×40 cm,胡枝子穴大20 cm×20 cm×20 cm,混合草种采用条播,播间距为30 cm。

(3)左岸下游弃渣场:位于坝址左岸下游1.5 km处的河漫滩地(砂料场旁),地面高程53 m(黄海高程)左右,场地开阔,堆渣量为27.7×104