史小棟，尹 嫚，操昌碧(中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 611130)

金沙江上游葉巴灘水電站特大型棄渣場(chǎng)堆置方案研究

史小棟，尹 嫚，操昌碧

(中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 611130)

特大型棄渣場(chǎng)；堆置方案；葉巴灘水電站；金沙江上游

以降曲河特大型棄渣場(chǎng)為例，從防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系及風(fēng)險(xiǎn)程度等方面對(duì)該渣場(chǎng)擬采取的三種堆置方案進(jìn)行分析比較，最終明確降曲河特大型棄渣場(chǎng)選用溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)最為合適。溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)不僅選址符合《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)相關(guān)要求，而且防洪工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最低、防治措施體系簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)程度最低。

葉巴灘水電站位于四川省甘孜州白玉縣、西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺(jué)縣和江達(dá)縣境內(nèi)，是金沙江上游干流河段上規(guī)劃的13個(gè)梯級(jí)水電站中的第7個(gè)梯級(jí)電站，工程等級(jí)為Ⅰ等大(一)型。水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高224 m，水庫(kù)正常蓄水位2 889 m，死水位2 855 m。水電工程棄渣場(chǎng)具有場(chǎng)址選擇困難、棄渣量較大、棄渣造成的水土流失危害嚴(yán)重等特點(diǎn)[1]。目前，由于對(duì)棄渣主要采取的處理措施為設(shè)置棄渣場(chǎng)集中堆放并加以防護(hù)，所以棄渣場(chǎng)的水土保持設(shè)計(jì)是水電工程水土保持設(shè)計(jì)的重中之重。水電站施工總布置規(guī)劃的單個(gè)棄渣場(chǎng)堆渣量往往達(dá)幾百萬(wàn)方，堆渣高度達(dá)幾百米，加之受地形、地質(zhì)條件限制，在選擇渣場(chǎng)時(shí)往往涉及水庫(kù)淹沒(méi)、不良地質(zhì)災(zāi)害等不利條件，這更是給棄渣場(chǎng)的水土保持設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。以降曲河特大型棄渣場(chǎng)為例，從防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系及風(fēng)險(xiǎn)程度等方面對(duì)該渣場(chǎng)擬采取的三種堆置方案進(jìn)行分析比較，明確最終的選擇結(jié)果，可為今后同類水電工程特大型棄渣場(chǎng)的規(guī)劃布置提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 棄渣場(chǎng)概況

降曲河棄渣場(chǎng)位于水電站壩址上游600 m處降曲河河道范圍內(nèi)，屬水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)。棄渣場(chǎng)高程2 733～2 855 m，主要堆放大壩工程、導(dǎo)流工程、引水工程、壩區(qū)危巖體防護(hù)工程及部分道路工程開(kāi)挖產(chǎn)生的棄渣，總堆渣量1 258萬(wàn)m3，占地面積46.60 hm2，占地類型以林地、草地、水域?yàn)橹?。由于?xiàng)目區(qū)附近谷坡陡峻，平緩階地匱乏，所以降曲河棄渣場(chǎng)不僅要解決工程棄渣問(wèn)題，而且要提供大量的施工場(chǎng)地，以保證主體工程的順利施工。

2 棄渣場(chǎng)規(guī)模、堆置方案及類型

2.1 棄渣場(chǎng)規(guī)模

《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)(以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)規(guī)范》)規(guī)定：堆渣總量大于300萬(wàn)m3或堆渣體最大高度大于150 m，渣場(chǎng)規(guī)模為特大型棄渣場(chǎng)。降曲河棄渣場(chǎng)總堆渣量達(dá)1 258萬(wàn)m3，為特大型棄渣場(chǎng)。

2.2 棄渣堆置方案及渣場(chǎng)類型

按照棄渣場(chǎng)地形條件、棄渣場(chǎng)與河(溝)相對(duì)位置、洪水處理方式等，可將棄渣場(chǎng)分為溝道型、臨河型、庫(kù)區(qū)型、坡地型和平地型等5種類型。根據(jù)洪水處理方式及堆渣方式，又可將溝道型棄渣場(chǎng)分為截洪式、滯洪式、填溝式3種[3]。按照棄渣堆置高度與水庫(kù)正常蓄水位、死水位的相對(duì)關(guān)系，又可將庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)細(xì)分為庫(kù)面型、庫(kù)中型和庫(kù)底型三類[1]。

現(xiàn)對(duì)降曲河棄渣場(chǎng)棄渣堆置方案逐一進(jìn)行比對(duì)分析，以確定最優(yōu)方案。

方案一：臨河型/庫(kù)面型棄渣場(chǎng)。施工期，將棄渣堆放于降曲河右岸，渣腳處會(huì)受降曲河設(shè)計(jì)洪水影響(P=1%)，此時(shí)渣場(chǎng)為臨河型；運(yùn)行期，棄渣場(chǎng)頂高程為2 910 m，高于本電站正常蓄水位2 889 m，此時(shí)渣場(chǎng)為庫(kù)面型。

方案二：溝道型/庫(kù)中型棄渣場(chǎng)。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內(nèi)，渣體將河道部分填埋，此時(shí)渣場(chǎng)為溝道型截洪式；運(yùn)行期，棄渣場(chǎng)頂高程為2 875 m，高于水電站死水位、低于正常蓄水位，此時(shí)渣場(chǎng)為庫(kù)中型。

方案三：溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內(nèi)，渣體將河道部分填埋，此時(shí)渣場(chǎng)為溝道型截洪式；運(yùn)行期，棄渣場(chǎng)頂高程為2 855 m，與電站死水位相同，此時(shí)渣場(chǎng)為庫(kù)底型。

降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案詳見(jiàn)表1。

表1 降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案

3 防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及防護(hù)措施體系

3.1 防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，特大型棄渣場(chǎng)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為P=1%～2%。考慮到該渣場(chǎng)位于大壩上游，若失事則對(duì)主體工程施工和運(yùn)行有重大影響，因此將棄渣場(chǎng)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取為P=1%(100年一遇)。水庫(kù)蓄水后，設(shè)置在水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)范圍內(nèi)的永久棄渣場(chǎng)，防洪標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)P=5%(20年一遇)。

降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表2。

表2 降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 防護(hù)措施體系

3.2.1 臨河型/庫(kù)面型

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，須在棄渣場(chǎng)迎水側(cè)坡腳布設(shè)攔渣堤，正常蓄水位以下的迎水坡面采取斜坡防護(hù)措施，以上坡面及渣頂面采取植物措施進(jìn)行防護(hù)。

根據(jù)上述規(guī)定及水土保持相關(guān)要求，在渣腳處設(shè)置重力式漿砌石攔渣堤進(jìn)行攔擋，堤高3 m、頂寬1.2 m、基座厚1 m。為了防止庫(kù)區(qū)水位消落對(duì)渣體坡面造成沖刷，對(duì)坡面實(shí)施干砌石護(hù)坡，厚度為50 cm，護(hù)坡頂高程為水庫(kù)正常蓄水位加80 cm的安全超高[4]。為了防止渣場(chǎng)頂部坡面匯水沖刷渣體表面，在渣場(chǎng)頂面以上設(shè)置截(排)水措施，截(排)水措施防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%(10年一遇)24 h最大降雨量[4]。正常蓄水位以上坡面及渣頂面進(jìn)行綠化覆土并種植適生灌草進(jìn)行植被恢復(fù)。

3.2.2 溝道型/庫(kù)底型

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，棄渣場(chǎng)上游洪水通過(guò)設(shè)置的防洪排導(dǎo)工程排至下游，渣腳處通過(guò)設(shè)置攔渣堤進(jìn)行擋護(hù)。棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)的防洪排導(dǎo)工程由攔洪壩和泄洪隧洞工程組成。攔洪壩采用復(fù)合土工膜心墻堆石壩，壩頂寬10 m、長(zhǎng)85 m，壩體迎水面及背水面坡比為1∶2，迎水面采取30 cm厚干砌石進(jìn)行防護(hù)。泄洪隧洞由進(jìn)口段、洞身段和泄槽段組成，長(zhǎng)約2 700 m，按無(wú)壓流設(shè)計(jì)，斷面結(jié)構(gòu)型式為拱門(mén)型，進(jìn)水口及洞身段寬5.5 m、高4.5～8.5 m。在棄渣場(chǎng)渣腳處設(shè)置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫(kù)面型”相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.2.3 溝道型/庫(kù)中型

棄渣場(chǎng)上游防洪排導(dǎo)工程組成及設(shè)計(jì)同“3.2.2溝道型/庫(kù)底型”相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，但防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由P=5%(20年一遇)提高到P=1%(100年一遇)，泄洪隧洞進(jìn)水口及洞身段寬度及高度均加大，斷面寬7.5 m、高8.5～10.5 m。在棄渣場(chǎng)渣腳處設(shè)置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫(kù)面型”相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。另外，為了防止庫(kù)區(qū)水位消落對(duì)渣體坡面和頂面造成沖刷，實(shí)施干砌石護(hù)坡，厚度為50 cm。

降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案防治措施體系詳見(jiàn)表3。

表3 降曲河棄渣場(chǎng)三種堆置方案防治措施體系

4 風(fēng)險(xiǎn)程度分析

降曲河棄渣場(chǎng)若為溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)，為了排導(dǎo)渣場(chǎng)上游河水將實(shí)施防洪排導(dǎo)工程，另外還要在坡腳處設(shè)置攔渣工程進(jìn)行擋護(hù)。渣體全部位于死水位以下，對(duì)主體工程施工和運(yùn)行基本無(wú)影響。

降曲河棄渣場(chǎng)若為溝道型/庫(kù)中型棄渣場(chǎng)，同樣需要建設(shè)防洪排導(dǎo)工程，相比溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)，由于防洪排導(dǎo)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高，土石方開(kāi)挖及防洪排導(dǎo)工程防護(hù)措施量將增加。同時(shí)，為了防止庫(kù)區(qū)水位消落對(duì)渣體坡面和頂面造成沖刷，需要實(shí)施斜坡防護(hù)工程進(jìn)行防護(hù)。

降曲河棄渣場(chǎng)若為臨河型/庫(kù)面型棄渣場(chǎng)，須實(shí)施攔渣工程、斜坡防護(hù)工程、截(排)水工程和植被建設(shè)工程，投資有所增加。運(yùn)行期，棄渣場(chǎng)頂高程高于正常蓄水位，堆渣高度大于150 m，因?yàn)樵鼒?chǎng)下游為樞紐工程區(qū)，所以對(duì)主體工程施工和運(yùn)行會(huì)有重大影響。

綜上所述，從風(fēng)險(xiǎn)角度分析，溝道型/庫(kù)底型棄渣場(chǎng)為最優(yōu)推薦方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

水電工程棄渣場(chǎng)是水土流失防治的重點(diǎn)和難點(diǎn)，棄渣堆置方案的不同將對(duì)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和水土流失防護(hù)措施體系布設(shè)有著重要的影響[2]。以降曲河棄渣場(chǎng)為例，從防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系布設(shè)及風(fēng)險(xiǎn)程度等方面對(duì)三種不同堆置方案進(jìn)行了分析對(duì)比，得出以下結(jié)論：降曲河棄渣場(chǎng)最合適渣場(chǎng)類型為溝道型/庫(kù)底型，這種類型的渣場(chǎng)不僅符合《技術(shù)規(guī)范》的要求，而且其防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最低，防治措施體系較簡(jiǎn)單，水土保持工程措施設(shè)計(jì)難度和投資均可有效降低。另外，形成的渣場(chǎng)頂面有利于整個(gè)工程的施工場(chǎng)地布置，也符合水土保持及工程建設(shè)相關(guān)要求；施工期間可通過(guò)設(shè)置簡(jiǎn)單的防洪排導(dǎo)工程和攔渣工程來(lái)有效防治水土流失，運(yùn)行期渣體全部位于死水位以下，水土流失較少，且對(duì)主體工程施工和運(yùn)行基本無(wú)影響。

[1] 高寶林，周全，高武林.水電工程棄渣場(chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)水土保持，2011(3)：36-38.

[2] 吳偉，杜運(yùn)領(lǐng).水電工程復(fù)合型棄渣場(chǎng)水土保持設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)水土保持，2014(1)：40-42.

[3] 中華人民共和國(guó)水利部.水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范：SL 575—2012 [S].北京：水利部，2012:1-10.

[4] 操昌碧.水庫(kù)型棄渣場(chǎng)水土保持工程措施的設(shè)計(jì)[J].水電站設(shè)計(jì)，2009(3)：46-51.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

S157.2

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1000-0941(2017)01-0028-03

史小棟(1982—)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持研究工作。

2016-03-10