輸變電工程水土保持措施體系配置研究

郭 星，胡志遠(yuǎn)

（1.國網(wǎng)山西省電力公司， 山西太原 030021； 2.水利部沙棘開發(fā)管理中心水利部水土保持植物開發(fā)管理中心， 北京 100038）

0 引言

我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，除了自然的水土流失外，因生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目而產(chǎn)生的水土流失也日益嚴(yán)重[1]。 隨著我國特高壓和智能電網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟，輸變電工程的建設(shè)也衍生出不少問題，在一定程度上擾動(dòng)了地表，對(duì)項(xiàng)目區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境造成極大破壞，加快了水土流失速率[2-4]。 本文以山西北部500 kV 電網(wǎng)完善工程為例， 針對(duì)電網(wǎng)工程不同防治分區(qū)的水土流失特點(diǎn)，提出了必要的水土保持措施。

1 項(xiàng)目及項(xiàng)目區(qū)概況

1.1 項(xiàng)目概況

本工程位于山西省朔州市朔城區(qū)，屬于永定河上游國家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，由2 個(gè)點(diǎn)式工程和4 條線路工程組成，4 條線路總長11.9 km，防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行建設(shè)類項(xiàng)目一級(jí)防治標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)由新建神頭500 kV 開關(guān)站區(qū)的開關(guān)站、進(jìn)站道路、供排水管線、取土場(chǎng)和施工生產(chǎn)生活區(qū)，新建500 kV輸電線路區(qū)的塔基區(qū)、塔基施工區(qū)、塔基拆除區(qū)、牽張場(chǎng)區(qū)、跨越施工區(qū)及施工道路區(qū)，以及變電站擴(kuò)建區(qū)組成， 總占地面積19.36 hm2， 土石方總量15.71 萬 m3。

1.2 項(xiàng)目區(qū)自然條件

項(xiàng)目區(qū)屬北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫 7.2 ℃，≥10 ℃的積溫 2 535 ℃； 多年平均蒸發(fā)量2 351 mm，年平均降雨量423.2 mm，雨量最多的月份是6—9 月，約占年降水量的65%；年平均風(fēng)速2.2 m/s，全年無霜期約120 d，最大凍土深度125 cm；項(xiàng)目區(qū)屬于海河流域，土壤類型主要為灰褐土，植被類型屬草原區(qū)植被，區(qū)域林草覆蓋率為30%~45%。

2 水土流失防治分區(qū)

本工程根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，一級(jí)分區(qū)劃分為新建神頭500 kV 開關(guān)站防治區(qū)、新建500 kV 輸電線路防治區(qū)和朔州500 kV 變電站擴(kuò)建工程3 個(gè)區(qū)。 在一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上， 新建神頭500 kV 開關(guān)站防治區(qū)又劃分為開關(guān)站區(qū)、進(jìn)站道路區(qū)、供排水管線區(qū)、取土場(chǎng)區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)5 個(gè)二級(jí)防治分區(qū)；新建500 kV 輸電線路防治區(qū)劃分為塔基區(qū)、 塔基施工區(qū)、塔基拆除區(qū)、牽張場(chǎng)區(qū)、跨越施工區(qū)和施工道路區(qū)6 個(gè)二級(jí)防治分區(qū)。

3 輸變電工程水土流失的特點(diǎn)

輸變電工程一般由變電站和線路工程兩部分組成，其水土流失有以下特點(diǎn)：其一，侵蝕因素多樣化，有時(shí)可能只有水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕等其中一種，有時(shí)可能幾種同時(shí)存在[5-6]。其二，變電站和塔基較為分散，在開挖過程中是引起水土流失的主要點(diǎn)源。在線路架設(shè)過程中單個(gè)塔基對(duì)地表的擾動(dòng)不是很大，但沿線所有的塔基連在一起，引起的水土流失也較為可觀[7-8]。 其三，呈階段性。 輸變電工程施工跨度較長，全部完工可能需要1～2 a，但就某個(gè)點(diǎn)而言，可能1～2 個(gè)月就可以完工，且在基坑開挖、道路管線鋪設(shè)階段，對(duì)地表的擾動(dòng)非常劇烈，一旦進(jìn)入設(shè)備調(diào)試安裝階段，對(duì)地表的擾動(dòng)就隨之降低， 引起的水土流失也明顯減弱。其四，土地?cái)_動(dòng)面積大，單個(gè)塔基可能對(duì)地表的擾動(dòng)并不是很大， 但輸變電工程塔基數(shù)量一般較多，再加上施工道路、牽張場(chǎng)和跨越施工區(qū)等大量臨時(shí)占地，全部加起來面積就非常大。其五，突發(fā)性和潛在危害性。變電站和塔基的開挖會(huì)破壞土體的原有結(jié)構(gòu)，易造成崩塌、滑坡等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害[9-10]，并且對(duì)植被的破壞會(huì)導(dǎo)致生態(tài)失衡。 有研究表明，對(duì)生態(tài)平衡的破壞，若不及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理，其潛藏的危害會(huì)逐漸顯現(xiàn)[11]。

4 輸變電工程水土流失的因素分析

4.1 施工建設(shè)期

4.1.1 開關(guān)站區(qū)

施工準(zhǔn)備期：由于原地貌被擾動(dòng)，地面覆蓋的植被被清除，大面積的土地將完全暴露在外，所以容易產(chǎn)生水土流失[12]。 土建施工期：進(jìn)行樁基工程及建（構(gòu)）筑物的建造，有相當(dāng)面積的原地貌受到破壞，挖方和填方在時(shí)間和空間上有差距，土壤裸露或堆棄，加劇水土流失[13]。設(shè)備安裝及測(cè)試期：土建施工基本結(jié)束，已開始場(chǎng)地清理，臨時(shí)堆土、石、渣及設(shè)備材料均已清理運(yùn)走，該時(shí)段仍有少部分水土流失，但流失強(qiáng)度已大大降低。

4.1.2 塔基區(qū)

施工準(zhǔn)備期：由于原地貌被擾動(dòng)，地面覆蓋的植被被清除，大面積的土地將完全暴露在外，容易產(chǎn)生水土流失。土建施工期：基礎(chǔ)開挖、澆筑桿塔基礎(chǔ)、樁基施工、桿塔組立等，將使地表裸露，改變開挖面的坡度、穩(wěn)定性、土層分布，破壞地表原有植被，開挖產(chǎn)生的臨時(shí)堆土和棄土棄渣如不采取攔擋措施，將加劇水土流失[14]。 設(shè)備安裝及測(cè)試期：土建施工基本結(jié)束，基礎(chǔ)已經(jīng)填平，桿塔已豎立，并開始進(jìn)行場(chǎng)地清理，臨時(shí)堆土、石、渣均已回填，設(shè)備材料已運(yùn)走，人為擾動(dòng)減輕，該時(shí)段仍有少部分水土流失，但流失強(qiáng)度已大大降低。

4.1.3 牽張場(chǎng)區(qū)和跨越施工區(qū)

施工準(zhǔn)備期：在此期間場(chǎng)地的平整等施工活動(dòng)擾動(dòng)地表，地表結(jié)皮和原有植被被破壞，使地面裸露，易引起水土流失。施工期：在此期間主要是跨越施工、張力牽張放線并緊線、機(jī)械施工、堆放建筑材料等擾動(dòng)地表，造成植被破壞、地表裸露，加劇水土流失。加劇水土流失的區(qū)域點(diǎn)多、分散，沿輸電線路呈線狀分布，影響工程沿線區(qū)域。 設(shè)備安裝及測(cè)試期：土建施工基本結(jié)束，已開始進(jìn)行場(chǎng)地清理，臨時(shí)堆土、石、渣均已回填，設(shè)備材料已運(yùn)走，人為擾動(dòng)減輕，該時(shí)段仍有少部分水土流失，但流失強(qiáng)度已大大降低。

4.1.4 施工道路區(qū)

施工準(zhǔn)備期： 在此期間道路的平整等施工活動(dòng)擾動(dòng)地表，地表結(jié)皮被破壞，原有植被被破壞，使地面裸露，易引起水土流失。 施工期：車輛通行頻繁擾動(dòng)地表強(qiáng)烈，路面壓實(shí)造成地表徑流增加，增大對(duì)道路邊坡及兩側(cè)的沖刷破壞，加劇水土流失。設(shè)備安裝及測(cè)試期：車輛通行減少，人為擾動(dòng)減輕，該時(shí)段仍有少部分的水土流失，但流失強(qiáng)度已大大降低。

4.2 自然恢復(fù)期

本工程建成后，開關(guān)站大部分被建筑物、地坪、廣場(chǎng)、道路所占?jí)菏褂?，輸電線路桿塔已組立，塔基區(qū)、施工道路等已回填平整，人為擾動(dòng)減輕，松散裸露地面逐步趨于穩(wěn)定，土壤侵蝕強(qiáng)度減弱。 自然恢復(fù)期人為活動(dòng)對(duì)地表的擾動(dòng)很小，工程建設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)水土流失將大大減少，水土流失因素將以自然因素為主，土壤侵蝕模數(shù)逐步趨于背景值[15]。

5 主體工程水土保持分析評(píng)價(jià)及存在的問題

對(duì)于輸變電工程，主體工程水土保持措施一般在開關(guān)站只考慮了擋土墻、護(hù)坡、站內(nèi)道路排水、供排水管線等措施， 進(jìn)站道路只考慮了排水溝等措施，塔基區(qū)只考慮了護(hù)坡、擋土墻、排水溝等措施，變電站擴(kuò)建區(qū)只考慮了碎石鋪墊等措施。對(duì)于整個(gè)輸變電工程來說，主體工程的水土保持措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果不在方案中補(bǔ)充完善可能會(huì)引起很多問題：一是會(huì)造成地表的擾動(dòng)，植被的破壞，進(jìn)而引起水土流失特征隨時(shí)間、空間發(fā)生變化。 二是輸變電工程在布設(shè)水土保持措施時(shí)各個(gè)分區(qū)的特征和地形地貌完全不同，如果不能做到分區(qū)對(duì)待、分類應(yīng)對(duì)、分別施策，就不能形成完整的防治體系，水土流失保障不到位、水土流失措施流于形式，起不到很好的防護(hù)效果。 三是隨著輸變電工程線路長度的增加，擾動(dòng)面積和水土流失量都會(huì)有所增加，如果不嚴(yán)格控制施工擾動(dòng)范圍， 可能會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)面積隨意擴(kuò)大化等嚴(yán)重后果。

6 水土保持措施配置

針對(duì)輸變電工程的水土流失特點(diǎn)和可能引發(fā)的水土流失問題， 在山西北部500 kV 電網(wǎng)完善工程中，應(yīng)在主體已有措施的基礎(chǔ)上，對(duì)方案進(jìn)行補(bǔ)充完善，做好水土保持措施配置工作。本文遵循“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先、全面規(guī)劃、綜合治理、因地制宜、突出重點(diǎn)、科學(xué)管理、注重效益”方針，采取工程、植物、 臨時(shí)相互交織的水土保持防治措施進(jìn)行配置。水土保持防治措施體系如圖1 所示。

圖1 山西北部500 kV 電網(wǎng)完善工程水土保持防治措施體系

6.1 工程措施

在輸變電工程實(shí)際施工過程中，為有效保持水土、防止水土流失，同時(shí)避免土壤中的肥力流失，保護(hù)人類不可或缺的水土資源，布設(shè)工程措施是必不可少的。 常見的工程措施有擋土墻、護(hù)坡、排水溝、消力池、土地整治等，具體配置情況如下。

供排水管線區(qū)：施工結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行整平，對(duì)占用的耕地進(jìn)行復(fù)耕， 在排水管線末端設(shè)置消力池，雨水經(jīng)消力池消能，排入河道。 取土場(chǎng)：取土后進(jìn)行整平、覆土改造，并在取土場(chǎng)周邊及邊角處布置截排水設(shè)施。施工生產(chǎn)生活區(qū)：施工結(jié)束后，及時(shí)整平，對(duì)占用的耕地進(jìn)行復(fù)耕。塔基區(qū)：施工前對(duì)占用的耕地進(jìn)行表土剝離，施工結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行土地整治，將余土堆至塔基土地征購范圍內(nèi)，對(duì)占用的耕地進(jìn)行復(fù)耕。 塔基拆除區(qū)：施工結(jié)束后，及時(shí)整平。塔基施工區(qū)、跨越施工區(qū)、牽張場(chǎng)、施工道路區(qū)：施工結(jié)束后，及時(shí)整平，對(duì)占用的耕地進(jìn)行復(fù)耕。

6.2 植物措施

在輸變電工程實(shí)際施工過程中，因占用荒地較多，植物措施也占有相當(dāng)?shù)谋戎?，?yīng)該充分考慮植被恢復(fù)。 具體配置情況如下。

開關(guān)站：對(duì)站外圍墻四周進(jìn)行綠化，栽植1～2行側(cè)柏等。進(jìn)站道路：一般選擇綠化、美化效果較好的針葉樹種——側(cè)柏對(duì)其綠化，綠化模式為道路兩側(cè)、排水溝之外各栽植1 行側(cè)柏。取土場(chǎng)：經(jīng)覆土改造后進(jìn)行植被恢復(fù)， 坡面采用灌草結(jié)合的方式，底面及取土道路采用撒播草籽的方式，灌木選用紫穗槐，草籽選用早熟禾。塔基區(qū)：施工結(jié)束后對(duì)塔基區(qū)占地區(qū)域撒播草籽，草籽選用早熟禾。塔基施工區(qū)、施工道路區(qū)：施工結(jié)束后對(duì)占用的林地和草地進(jìn)行植被恢復(fù)，對(duì)占用的林地，采用油松和紫穗槐混交的方式恢復(fù)植被；對(duì)占用的草地，采用撒播草籽的方式恢復(fù)植被，草籽選用早熟禾。塔基拆除區(qū)：施工結(jié)束后對(duì)占地采用灌草結(jié)合的方式進(jìn)行植被恢復(fù)。牽張場(chǎng)、跨越施工區(qū)：施工結(jié)束后對(duì)占用的草地采用灌草結(jié)合的方式進(jìn)行植被恢復(fù)， 灌木采用紫穗槐，草籽采用早熟禾。

6.3 臨時(shí)措施

輸變電工程施工過程中，建設(shè)期是產(chǎn)生水土流失的主要時(shí)段，該時(shí)段擾動(dòng)劇烈，土石方挖填量大，極易發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，因此，在建設(shè)期采取臨時(shí)防護(hù)措施必不可少[16]。 具體配置情況如下。

開關(guān)站：挖填時(shí)間不完全同步，為減少土石方的重復(fù)搬運(yùn)， 在場(chǎng)地空閑區(qū)域選取1 個(gè)臨時(shí)堆土場(chǎng)，臨時(shí)堆土人工拍實(shí)表面，定期灑水防塵，土堆外側(cè)設(shè)計(jì)斷面為梯形的簡易排水溝，同時(shí)在土堆表面用防塵網(wǎng)苫蓋。 塔基施工區(qū)：為防止對(duì)地表的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，考慮在塔基施工區(qū)采取土工布鋪墊，對(duì)表土及塔基區(qū)的部分回填土方不能及時(shí)回填的，將其堆放于塔基施工區(qū)，土方和表土分開堆放，在土堆的周邊用草袋填土進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，同時(shí)在土堆表面用防塵網(wǎng)苫蓋，以防止水土流失。 跨越施工區(qū)、牽張場(chǎng)： 對(duì)每處跨越施工區(qū)和牽張場(chǎng)進(jìn)行土工布鋪墊，防止因施工造成的地表擾動(dòng)和水土流失。施工道路區(qū)：施工前沿汽運(yùn)道路單側(cè)設(shè)置臨時(shí)排水溝，并在排水溝底部及邊坡鋪設(shè)土工布。 變電站擴(kuò)建區(qū)：在施工空閑區(qū)域布設(shè)1 個(gè)臨時(shí)堆土場(chǎng)，作為土方臨時(shí)周轉(zhuǎn)場(chǎng)地。 臨時(shí)堆土人工拍實(shí)表面，在頂部苫蓋防塵網(wǎng)，施工結(jié)束后，回收防塵網(wǎng)。

7 結(jié)論

本研究以山西北部500 kV 電網(wǎng)完善工程為例， 在分析項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)及因素的基礎(chǔ)上，對(duì)主體已有措施進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，并針對(duì)不同的防治分區(qū)，提出了切實(shí)可行的水土保持措施。 研究主要得出以下結(jié)論。

a） 輸變電工程的建設(shè)將會(huì)帶來地表植被的破壞、土壤的松散、臨時(shí)堆土、改變微地形等可能產(chǎn)生水土流失的因素。

b） 水土流失呈點(diǎn)、線分布，變電站、塔基等水土流失為間斷點(diǎn)狀分布，施工道路、電纜溝等水土流失呈線性分布。

c） 輸變電工程一般應(yīng)采用工程措施（包括擋土墻工程、截排水工程、土地整治工程）、植物措施（栽植行道樹、植被恢復(fù)）和臨時(shí)防護(hù)措施（防塵網(wǎng)苫蓋、臨時(shí)排水溝、土工布鋪墊）相結(jié)合的綜合水土流失防治體系。