黃河下游近期防洪工程水土保持設(shè)計難點研究

楊 娟

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

黃河干流全長5 464 km，自桃花峪以下為黃河下游，干流河道長786 km，沿岸涉及河南、山東兩省多個地市。黃河下游防洪工程建設(shè)歷史悠久，僅自1995年以來，就完成了黃河下游“九五”防洪工程、黃河下游“十五”防洪工程、亞行貸款項目——黃河下游防洪工程、黃河下游近期防洪工程、黃河下游“十三五”防洪工程建設(shè)，現(xiàn)正進行黃河下游“十四五”防洪工程可研工作。

根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，生產(chǎn)建設(shè)項目中的水土保持設(shè)施，要與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)使用。從2007年黃河下游近期防洪工程項目開始，在主體工程進行設(shè)計的同時，同步進行水土保持設(shè)計。黃河下游近期防洪工程建設(shè)任務(wù)是以繼續(xù)建設(shè)黃河下游標準化堤防和開展游蕩性河段河道整治為重點，適當考慮東平湖滯洪區(qū)及沁河下游防洪工程建設(shè)，建設(shè)內(nèi)容為堤防幫寬、堤防放淤、堤頂?shù)缆酚不赛S河大堤堤防建設(shè)，新建續(xù)建改建及加高加固險工工程和控導(dǎo)工程建設(shè)，配套的防汛道路及防浪林建設(shè)，穿堤建筑物改建，東平湖滯洪區(qū)建設(shè)二級湖堤加高及護坡加固和沁河下游防洪建設(shè)堤防放淤。

黃河下游防洪工程建設(shè)規(guī)模大、線路長、土石方挖填量大、借方棄方量大、渣料場數(shù)量多，水土流失防治難度大。在黃河下游近期防洪工程水土保持設(shè)計過程中，設(shè)計人員秉承先進設(shè)計理念，追求生態(tài)文明更高境界，解決了水土保持設(shè)計面臨的一系列難點，為同類項目和后續(xù)黃河下游防洪工程建設(shè)提供了成功的水土保持設(shè)計經(jīng)驗。

1 精準界定水土流失防治責(zé)任范圍

在編制黃河下游近期防洪工程水土保持方案過程中，結(jié)合當年的建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范標準，項目建設(shè)區(qū)和水土流失防治責(zé)任范圍的定義和原則，認定只要是工程擾動的地表范圍，均可能造成水土流失，均是水土保持關(guān)注的重點，應(yīng)將其納入水土流失防治責(zé)任范圍。因此，水土保持設(shè)計時，并未簡單粗暴地直接采用主體設(shè)計的工程占地數(shù)據(jù)，而是統(tǒng)計水土保持意義上的工程占地范圍，并將其納入水土流失防治責(zé)任范圍。而黃河下游近期防洪工程建設(shè)具有規(guī)模大，治理河段長，很多工程相互獨立無內(nèi)在聯(lián)系，工程占地項目多且面積大，施工活動擾動面大、強度高且分散等諸多特點，導(dǎo)致工程占地統(tǒng)計分析困難重重，極易發(fā)生重復(fù)或錯漏等情況。水土保持設(shè)計時，從高遠的視角俯瞰分析全局，基于因果分析及溯源法，牢牢抓住地表破壞擾動、土石方挖填這兩個造成水土流失的關(guān)鍵點，對主體設(shè)計的工程占地成果進行了復(fù)核分析修正調(diào)整，重新定義了水土保持意義上的工程占地，精準界定了水土流失防治責(zé)任范圍。

通過全面分析整個項目施工擾動面、土石方挖填情況，認定主體工程設(shè)計中，工程占地只關(guān)注計列新增加的征占地面積。主體設(shè)計工程永久占地中統(tǒng)計了堤防幫寬、放淤固堤等由于堤防斷面增加，堤防后方管護地外延造成永久占地新增加的面積，而在工程本身及堤防后方管護地等原有征地范圍內(nèi)的地表擾動范圍，包括堤防幫寬、堤防加固及東平湖湖堤加高等施工前對原堤防表面清基清表、護坡加固及穿堤建筑物改建時對原地表拆除，在原有已征地范圍內(nèi)進行堤防填筑及放淤等，并不關(guān)注也未計列。因此，在水土保持設(shè)計統(tǒng)計工程占地時，將這部分占用原有工程已征地范圍內(nèi)的擾動面積789.96 hm2補充進來，其面積足足占修正調(diào)整后的工程占地總面積6 105.05 hm2的13%。

精準統(tǒng)計工程占地，不重不漏界定水土流失分區(qū)防治責(zé)任范圍，為全面防治工程建設(shè)造成的水土流失和水土保持設(shè)計提供堅實基礎(chǔ)。

2 按照“三步三化”處理原則，完美解決棄渣問題

黃河下游為平原區(qū)，人口密度大，寸土寸金，耕地眾多，棄渣堆置需要大量占地，如何最大限度消納、利用開挖土石方，并妥善處理最終的棄方，是水土保持設(shè)計中亟待解決的問題。水土保持設(shè)計時，突出體現(xiàn)生態(tài)文明設(shè)計理念，提出先進的棄渣“三步三化”處理原則，即按照棄渣減量化、棄渣資源化、棄渣和諧化這三步走，完美解決棄渣處理問題。

減量化：即首先通過與主體工程設(shè)計融合，將水土保持理念體現(xiàn)到主體工程設(shè)計中，要求其通過合理調(diào)配、最大化利用開挖方等手段，提高利用率，從源頭上實現(xiàn)棄渣減量化。本工程開挖總量486萬m3，通過合理調(diào)配、提高利用率，開挖方利用率高達68%，棄渣降至155.5萬m3。

資源化：即針對最終的棄方，分析認為棄渣來源主要是堤防工程清基清坡、險工和控導(dǎo)清基清坡及退坦開挖的棄土、棄渣，出渣方式基本為線狀，因此提出將棄渣就近呈線性沿堤防堆置，范圍是堤防背河側(cè)的護堤地。護堤地為堤防原征地范圍，不需新增地，此舉避免了額外占用耕地、林草地，還將棄渣作為資源，用于增加堤防斷面，延長滲徑長度，起到加固堤防、防洪保安的作用。

和諧化：即棄渣堆置的形態(tài)、棄渣的防護等設(shè)計均貫徹和諧化理念，充分考慮黃河下游沿線廣袤無垠的平原區(qū)整體風(fēng)貌，做到棄渣處理與周邊景觀協(xié)調(diào)。將棄渣平整連續(xù)地攤鋪于堤防護堤地，棄渣的防護摒棄傳統(tǒng)的漿砌石擋墻、磚砌排水溝等割裂感強的工程措施，采用土地平整、植樹種草、土排水溝等，這些舉措讓棄渣防護更生態(tài)，融入周邊自然環(huán)境，體現(xiàn)人與自然和諧共生的融合美。

3 助力土料場選址優(yōu)化，制定切實可行的料場水土保持措施

主體工程借方量巨大，料場眾多，料場占地面積占項目總占地面積的57%，料場的選址和后期恢復(fù)措施關(guān)系到水土保持設(shè)計成敗。

在主體工程設(shè)計土料場選址過程中，水土保持設(shè)計從水土保持角度，提出料場需要避讓自然保護區(qū)的要求，土料場選址時，避開了開封柳園口省級自然保護區(qū)、鄭州黃河濕地省級自然保護區(qū)、河南黃河濕地國家級自然保護區(qū)和河南豫北黃河故道濕地鳥類國家級自然保護區(qū)等敏感區(qū)。

工程設(shè)置兩類料場，一類為放淤料場，另一類為包邊蓋頂、堤防幫寬填筑用的土料場。其中放淤料場布置在黃河河道內(nèi)低灘、嫩灘及主河槽內(nèi)，采用機械直接從放淤料場抽取泥漿至堤防進行放淤固堤，是黃河下游防洪工程所獨有的一種料場。水土保持設(shè)計時，分析認為放淤料場均能上水，因此設(shè)計放淤料場開挖后采用自淤、植被自然恢復(fù)方式，土地利用方向確定為河灘地。

針對填筑用的土料場進行水土保持設(shè)計時，注重表土資源利用，提出后期土地利用方向為復(fù)耕。由于土料場后期基本都復(fù)耕了，布設(shè)的水土保持措施并不多，但水土保持設(shè)計提出了“寬采淺挖，邊取土，邊回填剝離表土”的取土方式，取土深度很淺，并將土料場分為若干個取土區(qū)，第一個取土區(qū)開始取土?xí)r將表土堆放在第二個取土區(qū)內(nèi)，一區(qū)取土結(jié)束后堆放在二區(qū)的表土回填到一區(qū)，二區(qū)開始表土剝離，二區(qū)剝離的表土堆放在三區(qū)，二區(qū)取土結(jié)束后，堆在三區(qū)的表土回填到二區(qū)，三區(qū)表土開始剝離，依此類推。這種取土方法使得每個取土區(qū)擾動的時間相對較短，減少了表土堆放占地，減少了地表植被占壓，也減少了表土臨時堆放造成的水土流失。這種取土方式能充分保護表土，對土地復(fù)耕和植被恢復(fù)非常有利。

水土保持設(shè)計時，針對兩類料場的特點，分別考慮水土保持措施，體現(xiàn)了“經(jīng)濟、合理、切實可行”，經(jīng)工程建設(shè)實踐，后期料場均順利復(fù)耕及恢復(fù)。

4 開展科學(xué)研究，篩選適合黃河下游防洪工程的水土保持植物措施

黃河下游近期防洪工程的堤防險工等主體工程占地為永久占地，除建筑物占壓及地面硬化區(qū)域外，裸露地表基本都設(shè)計了植物防護措施，這些植物措施面積大，是水土保持措施的重要組成部分，但這部分植物措施是由主體工程設(shè)計的，水土保持效果如何并不是主體工程設(shè)計重點考慮范疇，水土保持效益只是副產(chǎn)品。如何從水土保持的角度出發(fā)，因地制宜、量身打造、優(yōu)選出獨特的適宜于本工程的植物措施配置形式，具有挑戰(zhàn)性。

依托于黃河下游近期防洪工程項目，水土保持設(shè)計單位開展了“黃河下游防洪工程水土保持措施關(guān)鍵技術(shù)研究”，此課題重點從水土保持角度出發(fā)，評估主體設(shè)計植物措施的水土保持效果，同時平行布設(shè)多種植物措施與之對比，通過水土流失定位監(jiān)測，模糊綜合評判法評判，評價水土保持效益，最終推薦適宜的植物措施配置形式。

此課題對水土保持設(shè)計成果進行了后評估及研究，標志著水土保持設(shè)計工作完成了從設(shè)計到后評估的全生命周期歷程，研究成果也為后續(xù)的黃河下游“十三五”防洪工程、黃河下游“十四五”防洪工程、黃河下游生態(tài)廊道工程等同類工程水土保持設(shè)計提供了參考和科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié) 語

黃河下游近期防洪工程水土保持設(shè)計成果成功應(yīng)用于工程建設(shè)，取得了良好的生態(tài)效益及社會效益，黃河下游近期防洪工程榮獲2016年度國家水土保持生態(tài)文明工程稱號。黃河下游近期防洪工程水土保持設(shè)計開拓了設(shè)計思路，也為同類工程相關(guān)設(shè)計提供了成功示范樣本。