李寶華

(凌源市水土保持局，遼寧 朝陽 122500)

水電站技術

抽水蓄能電站水土流失預測及防治措施研究

李寶華

(凌源市水土保持局，遼寧 朝陽 122500)

在抽水蓄能電站建設中減小對環(huán)境的破壞，保障經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，十分重要。本文分析了遼寧蒲石河抽水蓄能電站的占地類型，對水土流失進行了研究，預測了潛在水土流失問題及其危害；根據(jù)工程項目設計要求與技術參數(shù)，提出了具體的水土保持方法。結果表明：預測實施的水土保持效果各項指標都能達到目標需求，水土流失防治研究方案可以有效治理工程區(qū)水土流失，在一定程度上恢復生態(tài)環(huán)境，對保護生態(tài)環(huán)境、提高社會效益有著重要作用。

抽水蓄能電站；水土流失；防治措施；水土保持

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對電力的需求不斷增大，電力蓄能技術應運而生。抽水蓄能電站具有啟停迅速、調峰填谷、運行靈活等動態(tài)功能[1]，由調峰電源職能向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，對于保障電網(wǎng)安全運營和緩解尖峰時段用電緊張有著重要的現(xiàn)實意義[2-3]。然而，抽水蓄能電站規(guī)模較大、施工時間較長，地表植被損壞嚴重，喪失蓄水固土能力，導致水土流失，在一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境和自然資源，因此，在抽水蓄能電站建設中，減小對環(huán)境的破壞、保障經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。

本文通過深入調查了解蒲石河抽水蓄能電站所在區(qū)域的社會經(jīng)濟概況及自然條件，分析總結抽水蓄能電站建設工程的水土流失成因及特點。研究建立合適的水土流失預測模型，進行水土流失量定量預測，復核工程建設無水土保持限制性因素，預測潛在水土流失問題及其危害；在此基礎上，提出不同區(qū)域水土保持方法，進行植物種植區(qū)域選定。根據(jù)工程項目設計要求與技術參數(shù)，提出具體的水土保持方法，并預測實施的水土保持效果。結果表明：各項指標都能達到目標需求，水土流失防治研究方案可有效治理工程區(qū)水土流失，可為抽水蓄能電站水土流失預測提供理論依據(jù)。

1 電站概況

蒲石河抽水蓄能電站上游庫區(qū)位于東洋河村境內(nèi)，下游庫區(qū)位于小孤山子村境內(nèi)，電站上、下水庫壩址處庫底高差290m，上、下水庫間的直線平面距離為2.60km。電站單機容量30萬kW，裝機4臺總，裝機容量120萬kW，年發(fā)電量為18.69億kW·h，年抽水利用小時數(shù)2010h，年發(fā)電利用小時數(shù)1560h，電站擔負填谷、調相、調峰、調頻及事故備用等任務，建成后并入東北電網(wǎng)。

2 電站水土流失特點

2.1 電站土石方分析

工程開挖土石方總量為895.98萬m3，其中，工程剝離表層土38.44萬m3，交通設施區(qū)開挖土石方192.54萬m3，上庫區(qū)開挖土石方148.12萬m3，下庫區(qū)開挖土石方467.08萬m3，施工生產(chǎn)生活區(qū)開挖土石方49.80萬m3。為減少庫外石料場占地，通過取料增加上水庫的庫容，在上庫庫尾設置石料場進行取料。根據(jù)項目土石方平衡計算結果，填筑總量和土石方開挖分別為606.18萬m3和850.50萬m3，全部利用工程開挖料作為填筑料，從上庫區(qū)內(nèi)石料料場自采231.87萬m3，工程棄渣總量521.67萬m3。

2.2 水土流失特點

根據(jù)水土流失類型特點，蒲石河抽水蓄能電站工程區(qū)主要為水力侵蝕(見表1)。根據(jù)水土保持監(jiān)測報告，抽水蓄能電站的水保目標是控制水土流失量在480t/km2以下。

表1 水土流失狀況

2.3 占地類型

工程區(qū)域內(nèi)耕地占用面積較少，減少了生產(chǎn)安置工程量，有效地保護了耕地資源，臨時占地和工程永久征地分別為85.93hm2和280.11hm2。為減少工程新增擾動原地貌，工程建設有20%的施工用地利用庫區(qū)已征地，盡量將施工臨時設施布設在已征地范圍內(nèi)，可減少新增擾動原地貌及損壞水土保持設施的數(shù)量。

3 抽水蓄能電站工程水土流失預測

3.1 水土流失量預測方法

實地分析蒲石河抽水蓄能電站實際情況和工程建設情況，對工程造成的水土流失單元采用類比法和流失系數(shù)法進行預測。依據(jù)類比工程相同或相近水土流失類型區(qū)塊的監(jiān)測結果，在綜合分析降水等氣候條件差異、確定類比參數(shù)的基礎上，運用類比法，確定該項目預測分區(qū)土壤侵蝕模數(shù)值，同時，對施工場地等區(qū)采用調查同類型工程方法得出相應的土壤侵蝕模數(shù)。結合研究區(qū)項目施工特點，分析其影響因子，得出研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的修正系數(shù)。

根據(jù)修正系數(shù)，運用類比法，確定該工程自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)和各預測單元施工期。籌建期為水庫施工生活區(qū)、施工倉庫、臨時道路、上下水庫連接公路、安置區(qū)、承包商營地等，開始施工后，土壤侵蝕模數(shù)減小，擾動強度也相對減少。

3.2 水土流失量預測結果

工程建設前，研究區(qū)植被覆蓋較好，有輕度土壤侵蝕，工程建設可能造成的水土流失總量為32.30萬t，新增水土流失量31.29萬t，其中，籌建期新增水土流失量5.87萬t，施工期新增水土流失量25.38萬t，自然恢復期新增水土流失量0.04萬t，工程施工期是產(chǎn)生水土流失的重點時段。因此，在水電站工程建設中必須進行有效的綜合防治，將水土流失影響降到最低。對抽水蓄能電站工程項目可能造成的水土流失進行預測，結果見表2。

表2 工程可能造成的水土流失預測結果

3.3 水土流失危害分析

通過對蒲石河抽水蓄能電站工程區(qū)水土流失量預測，總結水土流失危害，主要包括：工程建設開挖過程會破壞當?shù)刂参锏乇?，降低了土壤對水土流失的抵抗能力；工程建設開挖和填筑的土石方量較大，產(chǎn)生的棄渣較多，且占地面積較大，若不及時采取措施，極易產(chǎn)生水土流失；工程開挖和棄渣形成陡坡和裸露面，在降雨等的作用下，容易造成滑塌，若不及時采取防治措施，將對工程安全、自然景觀等產(chǎn)生負面影響。

自然恢復期土壤侵蝕強度高于建設前的土壤侵蝕強度；工程建設期輸水樞紐工程區(qū)、交通設施區(qū)、中轉料場區(qū)、表土堆存場區(qū)及棄渣場、移民安置區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)等區(qū)塊，土壤侵蝕強度也高于建設前的土壤侵蝕強度。

4 抽水蓄能電站水土流失防治措施研究

4.1 工程措施

工程措施主要包括擋渣墻工程、排水工程、土地整治工程等。

擋渣墻工程，采用挖掘機配合人工開挖，石方開挖以氣腿鉆為主，漿砌石擋土墻所需塊石料從開挖料或棄石中撿集，修整并砌筑漿砌石，土石方開挖除部分用于回填外，大部分作為棄渣處理，就近運至規(guī)劃的棄渣場。混凝土排水溝采用分段澆筑，堆渣的同時在底部設置盲溝，盲溝按原溝道水流走向鋪設，盲溝采用大塊石干砌，以土工布作為反濾層，干砌石面上鋪碎石。施工結束后，取前期剝離的表土層為覆土來源進行場地平整，需復耕的地塊在覆土后，全面翻耕整地。

4.2 植物措施

電站建設施工結束后，經(jīng)場地清理后覆土，恢復植被，以防止渣場頂面發(fā)生水土流失。采用網(wǎng)格內(nèi)撒播灌草的方法進行防護，網(wǎng)格內(nèi)覆土、撒播草灌進行綠化，覆土厚度為0.40m。草籽選用百喜草+香根草+木豆，以1∶1∶1比例混合，按85kg/hm2控制。植被恢復采用喬灌草相結合的方式，喬木選擇木荷，灌木選擇木豆籽，草選擇百喜草、狗牙根，地徑大于5cm、苗高2.5m的帶土球的苗木，采取穴狀整地，種植穴的規(guī)格為0.60m×0.50m；株行距為3.5m×3.5m。林下撒播百喜草、狗牙根和木豆混合籽，撒播密度為85kg/hm2，按1∶1∶1比例混合撒播。

4.3 防治效果預測

工程建設過程中，項目建設區(qū)內(nèi)采取植物措施恢復植被，項目建設區(qū)可恢復植被面積111.81hm2，實施植物措施面積111.81hm2，林草植被恢復率高于99%，達到了防治目標要求。水土保持方案和主體工程中已有水土保持功能的防護措施實施后，水土流失將大大減輕，將減少水土流失量31.10萬t，水土流失控制率達96%。隨著所有水土保持措施發(fā)揮效益，項目建設區(qū)土壤侵蝕模數(shù)將下降到427t/(km2·a)，土壤流失控制比為1.12，達到1.0的防治目標。土壤流失控制比見表3。

表3 土壤流失控制比

5 結 語

通過對蒲石河抽水蓄能電站的綜合研究，得到以下主要結論：水土流失類型以水力侵蝕為主，表現(xiàn)形式主要為坡面面蝕、淺溝侵蝕及切溝侵蝕，將樞紐工程區(qū)和表土堆放場作為水土流失重點防治區(qū)域和水土保持重點監(jiān)測區(qū)域；結合研究區(qū)項目施工特點，分析其影響因子，得出研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的修正系數(shù)，運用類比法，確定該工程自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)；水土保持措施實施后，工程建設擾動土地整治率大于98%，水土流失總治理度大于98%，土壤流失控制比達到1.12，攔渣率達99%以上，林草植被恢復率大于99%，林草覆蓋率達32.0%，水土流失防治指標均能達到方案防治目標要求。

[1] 孫學明.江蘇溧陽抽水蓄能電站引水豎井施工技術分析[J].中國水能及電氣化,2015(5):13-15.

[2] 劉增宏,郝巨濤.寶泉抽水蓄能電站瀝青混凝土面板斜坡穩(wěn)定性研究[J].中國水能及電氣化,2010(5):36-40.

[3] 沈東明.江蘇溧陽抽水蓄能電站大壩填筑質量分析[J].水利建設與管理,2013(3):54-57.

[4] 尚伯忠,李文娟.大壩瀝青混凝土面板質量和調整設計指標Monte-Carlo控制法[J].水利建設與管理,2014(11):26-30.

Study on Prevention and Countermeasures of Water and Soil Erosion in Pumped Storage Power Stations

LI Baohua

(LingyuanMunicipalSoilandWaterConservationBureau,Chaoyang122500,China)

Reduction of damage on environment and guarantee sustainable development of economy is of utmost importance for building of pumped storage power stations. This article analyzes land occupation types of Pushihe pumped storage power station in Liaoning, digs into water and soil erosion and forecasts potential water and soil erosion and its harms; following project designing requirements and technological parameters, it puts forward concrete methods for water and soil conservation. Results indicate that all indicators of water and soil conservation effects forecasted and implemented can reach targeted needs, the research programs on prevention of water and soil erosion can validly redress water and soil erosion in engineering region, restore ecological environ ment to a certain degree and displays a major effect on protect ecological environ ment and boost social effects.

pumped storage power station; water and soil erosion; controlling measures; conservation of water and soil

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.009

S157

A

1673-8241(2017)01- 0028- 04