龍門渠引水工程水土流失因素分析及防治措施

姚鋒杰

(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院)

1 工程概況

龍門渠引水工程是為解決交城縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市生活用水而新建的引水工程。工程由取水樞紐、輸水箱涵、輸水倒虹吸、輸水隧洞、輸水埋涵、輸水壓力管線及附屬建筑物組成,線路總長度31.474 km,引水流量 1.3 m3/s,其中工業(yè) 0.5 m3/s,農(nóng)業(yè) 0.8 m3/s。年引水量 1800萬 m3,其中工業(yè)1100萬 m3,農(nóng)業(yè) 700萬 m3。

該工程取水口設(shè)在交城縣西社鎮(zhèn)沙溝村上游的龍門口,位于文峪河水庫大壩上游 6.5 km,柏葉口水庫壩址下游 19.5 km處。從文峪河中游龍門口筑壩引水,輸水線路沿文峪河北岸向東行,工程末端為高速公路立交橋南側(cè)蓄水池。

項目組成包括:取水樞紐、輸水線路、管理站、供電線路、棄渣場、施工臨建和施工道路等。工程總占地面積 68.42 hm2,其中永久占地 28.9 hm2,臨時占地 39.52 hm2。工程建設(shè)期挖方量 120.22萬 m3,填方量 99.06萬 m3。工程總投資 35942.93萬元,其中土建投資 25148.11萬元。工程已于 2010年 1月開工,計劃 2012年 11月完工,總工期 35個月。

2 自然環(huán)境

工程所在地屬暖溫帶大陸性半干旱氣候,多年平均氣溫 10.5℃,極端最高氣溫 39.9℃,極端最低氣溫 -27.4℃,≥10℃積溫為 3614.9℃;無霜期100-170 d;多年平均降水量 480 mm,主要集中在6-9月間;年均蒸發(fā)量 1562.1 mm;最大凍土深度125 cm;年均風速 1.0 m/s,最大風速 22 m/s。

工程區(qū)主要地貌類型為土石山區(qū),線路經(jīng)過的地貌為中低山區(qū)、河流階地和沖積平原。土壤類型主要為褐土。植被類型為暖溫帶針闊混交林區(qū),覆蓋率為 32.8%。

3 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)全國第三次水土保持遙感普查,工程區(qū)大部分為輕度水力侵蝕區(qū),中低山區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)為2000 t/km2,山間河谷區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)為1500 t/km2,沖積平原區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)為800 t/km2。輸水線路年土壤侵蝕模數(shù)加權(quán)平均值為 1200 t/km2,土壤容許流失量為200 t/km2·a。

4 工程建設(shè)水土流失預測分析

4.1 施工期水土流失因素分析

工程在施工準備期,進行場地的“五通一平”,開展大規(guī)模的土石方開挖及回填作業(yè),由于原地貌被擾動,地面的覆蓋物(植被等)被清除,大面積的土地將完全暴露,大量虛土臨時堆積,極易產(chǎn)生水土流失。

工程輸水管線較長,水土流失主要發(fā)生在施工期間,管線開挖、回填等施工活動易產(chǎn)生水土流失。引水隧洞開挖過程中產(chǎn)生的棄渣,堆放在溝道,如不采取切實可行的防護措施,將會成為最為重要的水土流失源。

4.2 水土流失預測

通過對工程施工期水土流失因素的分析,根據(jù)項目區(qū)的水土流失特點,在廣泛收集有關(guān)資料的基礎(chǔ)上,采用類比法對施工過程中的水土流失進行了預測,結(jié)果如下:

工程建設(shè)期間擾動地表面積 68.42 hm2;損壞水土保持設(shè)施面積 58.46 hm2,其中耕地 7.18 hm2,園地 0.91 hm2,荒草地 50.37 hm2;棄渣量 21.16萬 m3,主要來自于隧洞開挖,全部堆放至棄渣場;工程建設(shè)造成的土壤侵蝕總量為 12072 t,其中原地貌土壤流失量 3965 t,新增土壤流失量 8107 t;在新增土壤流失量中,施工準備期704 t,建設(shè)期5549 t,自然恢復期 1855 t。

5 水土流失防治措施

針對本工程施工活動引發(fā)的水土流失特點和造成的危害程度,筆者認為輸水管線、棄渣場應作為水土流失防治的重點區(qū),采取工程措施、植物措施和臨時措施等對施工過程中的水土流失進行防治。

5.1 輸水管線

5.1.1 工程措施

(1)表土剝離:臨時占用耕地面積 7.18 hm2,占用園地面積 0.91 hm2,施工前進行表土剝離,表土剝離面積共計 8.09 hm2,剝離厚度 0.3 cm,施工結(jié)束后表土返還、平整、復耕。

(2)土地整治工程:施工結(jié)束后對占用荒草地進行土地整治,整治面積為 4.52 hm2。

5.1.2 植物措施

在輸水管線占用荒草地的區(qū)域采取種植灌木的方式恢復植被。灌木選用當?shù)剡m生的荊條和黃刺梅混交,穴狀栽植,密度為 3500穴/hm2,整地規(guī)格為40×40×40 cm。需荊條和黃刺梅各 5250株。

5.1.3 臨時防護措施

輸水管線管溝開挖時,開挖土料堆放在管溝一側(cè)。表層土堆放在臨時堆土底部,平整后再依次堆放下層開挖土料。

輸水管線管溝開挖斷面為梯形,臨時堆土兩側(cè)坡腳用雙層裝土草袋攔擋,裝土草袋互相疊壓,按1∶0.7向內(nèi)收坡,頂面采用彩條布苫蓋。

工程輸水管線全長 31.47 km(包括箱涵、倒虹吸及 PCCP管線),施工過程中總開挖量為 89.86萬 m3,由于施工工藝確定管線施工為分段施工,開挖土方不需要同時臨時防護,故裝土草袋可以多次利用,第一段管線埋設(shè)回填后,裝土草袋可以轉(zhuǎn)入第二段管線臨時防護場地繼續(xù)使用,考慮 0.35的裝土草袋重復利用系數(shù),計算得臨時防護的工程量為草袋土填筑 6912 m3,苫蓋需鋪彩條布 15000 m2。

5.2 棄渣場

工程設(shè)計共需 5個棄渣場,總棄渣量 21.16萬 m3,占地面積 7.25 hm2(見表 1)。

表1 棄渣場布置表

5.2.1 工程措施

在溝口較窄處設(shè)置漿砌石重力式擋渣墻,墻高2.3 m,頂寬 0.5 m,基礎(chǔ)埋深 1.1 m,墻趾高 0.8 m,前后墻趾均為 0.5 m,坡比為 1∶0.5,擋渣墻下鋪設(shè)碎石墊層,厚 0.2 m。擋渣墻總長度 124.6 m,棄渣堆棄于墻后,隨著堆渣量增加,于擋墻頂部按照 1∶2坡比,每升高 5 m設(shè)置一平臺,同時沿平臺內(nèi)側(cè)布設(shè)漿砌石橫向排水溝,連接于渣場周邊截洪溝。渣頂前段設(shè)置擋水土埂,總長度 463.15 m,攔截進入渣坡的洪水。渣坡采用干砌石護坡防護,厚 0.3 m。棄渣場周邊設(shè)截洪溝、排水溝 3742 m,護坦 5處。

5.2.2 植物措施

渣場到達最終堆渣高程后平整,進行綠化,綠化面積 5.81 hm2。利用樞紐工程、輸水箱涵和倒虹吸管道工程的開挖土方,滿足灌草栽植需要。渣頂采取灌草混交模式進行綠化,灌木選用荊條和黃刺梅,草種選用無芒雀麥。荊條和黃刺梅株行距均為1.5 m,穴狀栽植,密度為 3500株 /hm2,整體規(guī)格為40×40×40 cm。無芒雀麥采取撒播方式,撒播面積5.81 hm2,30 kg/hm2,共需草籽 174.3 kg。

6 結(jié)論

通過對工程區(qū)不同時期可能造成水土流失的因素分析,結(jié)合主體工程具有水土保持功能工程的分析評價與本工程的水土流失特點,在對水土流失情況進行預測分析的基礎(chǔ)上,提出采取工程措施、植物措施與臨時防護措施相結(jié)合的防治方案,對工程區(qū)原有的水土流失和工程建設(shè)新增的水土流失進行科學防治,從而形成比較完整的水土流失防治體系,改善了工程區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,使得工程建設(shè)能夠充分發(fā)揮良好的綜合效益。