肃宁应急供水调蓄工程水土保持方案设计

尹永红,王风军,高立卫,赵永喜

(1.沧州水利勘测设计院,河北 沧州 061000;2.唐山钢铁股份有限公司,河北 唐山 063020)

1 工程区概况

1.1 工程概况

肃宁应急供水调蓄工程是以王快水库为水源,利用“王大引水”工程,从引水干渠宋家庄引水涵洞引水,经小白河西支向付佐蓄水工程供水的渠道输水工程。它包括引水渠道及配套建筑物工程、蓄水工程和净水厂3部分。其中蓄水工程位于肃宁县付佐乡,至付佐乡驻地3.5 km,西距南石宝村2 km,南靠朔黄铁路,东临小白河西支,设计总库容 613.3万 m3。

本工程全线共占土地170.43 hm2,其中永久占地86.69 hm2,临时占地83.74 hm2,占地类型有耕地、灌草地、道路、坑塘水面、原有渠道及排水沟等。引水工程开挖土方13.11万m3,填方0.65万m3;蓄水工程共挖方271.16万m3,填方47.49万m3,剩余土方用于肃宁县大广高速公路的路基填筑。主体工程土方挖方全部利用,没有弃方。本工程无移民安置。总投资 32173.41万元,其中建筑工程投资 31888.92万元。

1.2 自然概况

项目区域为冲洪积平原区,海拔高度2～15.7 m,地势自西北向东南倾斜,自然坡降为1/200～1/20000。该区地处暖温带半湿润大陆季风气候区,四季分明,多年平均降雨量 549 mm,年平均气温12.1℃,历年极端气温最高 41.3℃,最低-20.1℃,年平均风速 2.5 m/s,多年平均无霜期 224 d左右,近 20年最大冻土深55 cm。项目所在地土壤以风沙土为主,土层厚度一般在3.5～8.0 m。土壤肥力较好,适宜农作物生长,绝大部分土地经人为垦殖为两年三熟杂粮栽培植被,村庄附近及田间地头多散布各种落叶、阔叶树,一般为人工栽培,常见有杨、槐、榆树等,林草覆盖率25%左右。水土流失类型以水蚀为主,同时存在着轻微的风蚀,土壤侵蚀模数在 100～150 t/(km2◦ a)之间,土壤容许流失量为 200 t/(km2◦ a)[1]。

2 水土保持防治责任范围与防治分区

根据“谁开发、谁保护,谁造成水土流失、谁负责治理”的原则及《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433-2008)的要求,将项目区水土流失防治责任范围划分为项目建设区和直接影响区。本工程水土流失防治责任范围总面积 197.46 hm2,其中包括项目建设区 170.43 hm2和直接影响区27.03 hm2。

本工程既有点状工程又有线状工程。根据项目布局及施工特点,将水土流失防治分区划分为引水工程、蓄水工程、净水厂工程和施工便道区 4个一级分区,并在一级分区的基础上,划分二级分区[2],详见表 1。

表1 水土流失防治分区表

3 工程建设造成水土流失的特点

根据水土流失预测分析可知,本工程造成的水土流失在时间上主要产生于建设期;在区域上主要产生于围堤外的临时弃土区和蓄水区域,这些区域不仅是水土流失防治的重点区域,同时也是水土保持监测的重点区域。

3.1 建设期水土流失的特点分析

施工准备期由于施工及设备存放场地全面平整,铲除原有植被,扰动地表,降低了原有的土壤抗蚀能力;施工建设期蓄水区域和建筑物工程土方开挖、围堤土方填筑等,都不可避免地造成水土流失,因此本工程建设期(包括施工准备期和施工建设期)是产生水土流失的主要阶段,尤其是蓄水区域开挖作业面、建筑物工程开挖作业面及临时堆土区等是水土流失的重点防治区。

3.2 植被恢复期水土流失的特点分析

植被恢复期各建设类工程已全部完工,扰动区域被建筑物覆盖或进行硬化、绿化等,随着植被的逐渐恢复与植被覆盖度的提高、根系固土保水能力增强,水土流失量逐步减少。但在植被恢复期内各区的植物措施充分发挥作用仍需一段时间,水土流失还会有一定时间的延续,因此,植被恢复期水土流失防治的重点为围堤外坡、截渗沟两侧和管理处等已采取植被措施但尚未完全恢复的区域。

4 水土保持方案

4.1 水土保持措施总体布局

根据不同防治分区的水土流失特点,遵照重点治理与层面防治相结合、工程措施与植物措施相结合、永久措施与临时措施相结合的原则确定各区防治重点和措施配置。引水工程的扩挖渠段边坡和临时弃土区应进行植被恢复或采取临时弃土的拦挡措施;蓄水工程在主体采用砼护砌的基础上,应做好围堤外坡及截渗沟两侧植物措施的布置、临时防护及施工结束后的植被恢复;净水厂工程应做好排水措施及施工结束后的植被恢复,从而形成一个较为完善的水土流失防治体系。

4.2 分区水土保持措施设计

4.2.1 引水工程

引水渠道长度为10.062 km,因渠道部分渠段淤积严重,需清淤扩挖,渠道沿线两岸有耕地与低洼地。按设计,在扩挖段渠道两侧堤岸或堤外坡种植紫穗槐,紫穗槐选择地径 0.4～0.6 cm,高60 cm分枝栽植,共布两行,行距1.5 m,株距1 m;穴状整地,整地规格为 300 mm×300 mm,每穴一株,共需种植16857株。渠道内所挖土方一部分用于两岸堤防加固及洼地平整填埋,剩余土方堆放于无堤防渠段,弃土边坡控制在1∶1.5左右,堆高1～1.5 m,边坡及顶部进行平整,以使其保持稳定。

施工场地内机械冲洗水、生活用水及场地雨水等做到集中排放,并通过排水沟排入下游沟道。为此,布置土质排水沟共计 264 m,沉沙池2个。土质排水沟断面设计为梯形,底宽 0.4 m,沟深0.4 m,边坡1∶1,纵坡为自然坡。临时砖砌沉沙池的底面为1.5 m×3.0 m,矩形断面形式,深 1.2 m。

4.2.2 蓄水工程

调蓄工程占地 82 hm2,最大设计水面面积62 hm2,围堤长度 3.077 km。

主体工程设计中对围堤堤顶路面进行硬化,围堤内边坡进行混凝土、浆砌石护砌。将围堤基础腐殖土清除作为具有水土保持功能的工程,纳入本水土保持方案。表土清理厚度平均为20 cm,待施工结束后回铺到部分堤防背水坡,以备栽植灌木和利于植被自然恢复。主体工程中在截渗沟开挖段未进行腐殖土清除,在本方案进行了补充。截渗沟开挖段清表厚度平均为 20 cm,待施工结束后回铺到截渗沟与围堤之间区域,以备栽植灌木和植被自然恢复,清表面积 3.65 hm2。

为防止水土流失,在围堤外侧上部种植紫穗槐,种植方式与引水工程相同。围堤外侧下部撒播草籽,进行绿化,共计3.76 hm2,草种选择紫花苜蓿。截渗沟开挖段部分堤段土壤环境相对较好,设计中在截渗沟外边缘种植一行紫穗槐,内边缘种植速生杨,共布两行,行距 2 m,株距 2 m,穴状整地,整地规格为 500 mm×500 mm,每穴一株,共种植 3589株;围堤外坡脚种植速生柳,共布两行,行距 2 m,株距2 m,穴状整地,整地规格为500 mm×500 mm,每穴一株,共种植3486株;截渗沟至围堤外堤脚段已覆盖清表土,易于植被恢复,故撒播草籽进行绿化,共计2.48 hm2,草种选择紫花苜蓿。库区内所挖土方填筑围堤后剩余土方临时堆放于截渗沟外的临时弃土区,由建设方统一调配运输车辆运至大广高速施工工地。临时堆土边坡控制在 1∶1.5左右,堆高3.5～4 m,边坡及顶部进行平整,以使其保持稳定。

施工场地机械冲洗水、生活用水及场地雨水等做到集中排放,并通过沉沙池和排水沟排入下游沟道。布置土质排水沟共计697 m,沉沙池3个。土质排水沟断面设计为梯形,底宽0.4 m,沟深0.4 m,边坡 1∶1,纵坡为自然坡。临时砖砌沉沙池的底面为 1.5 m×3.0 m的矩形断面,深1.2 m。

4.2.3 净水厂工程

在主体设计中对净水厂周围能够绿化的地方布置植物措施,绿化面积共0.44 hm2。本方案中要求施工场地内机械冲洗水、生活用水及场地雨水等做到集中排放,并通过排水沟排入下游沟道。布置土质排水沟共计198 m。土质排水沟断面设计为梯形,底宽0.4 m,沟深 0.4 m,边坡 1∶1,纵坡为自然坡。

4.2.4 施工便道区

由于车辆长期碾压,路面土壤入渗能力下降,施工完毕后应及时进行土地平整,使所占地恢复为原地貌。平整面积共 1.98 hm2。

5 水土保持投资概算及效益分析

水土保持方案总投资310.31万元(主体设计中水土保持投资为148.85万元),其中新增工程措施估算投资 16.51万元,植物措施估算投资 32.33万元,临时工程估算投资 2.41万元,独立费用 46.86万元,水土保持设施补偿费 57.46万元。

水土保持方案实施后,将会获得明显的生态效益、社会效益和经济效益。

(1)生态效益。经分析计算,在方案设计水平年末项目区扰动土地整治率为97.8%,水土流失总治理度85%,土壤流失控制比为1.1,工程无永久性弃土弃渣,拦渣率不做要求,林草植被恢复率为96%,林草覆盖率为 8%[3]。各项指标均能达到预期目标,治理效果是显著的。

(2)社会效益。通过实施本水土保持方案设计的各种措施,减轻了水土流失的危害,使环境与经济发展走上良性循环,同时,对促进生态环境建设,改善当地投资环境,加快工程建设和发展地方经济具有重要意义。

(3)经济效益。水土保持措施除满足主体工程的需要外,措施的选取还考虑了造价。由于水土保持的特殊性,导致各类水土保持措施具有投入大、投资回收期长的特点。如单从投入产出的角度进行分析,就不能完全体现其效益价值,但在同样的效果下本方案采取了较经济的措施。这些措施从防洪安全、环境保护方面给主体工程带来的经济效益是无法量化的。

6 结论

该工程在输水方案、输水线路选择、蓄水区域选址及施工布置等环节考虑了经济、技术和环境影响因素,基本满足或符合水土保持有关要求,在实施本方案确定的水土保持综合防治措施后,能有效防治工程建设期间造成的水土流失,改善项目区生态环境。

[1]SL190-96,土壤侵蚀分类分级标准 [S].

[2]GB 50433-2008,开发建设项目水土保持技术规范[S].

[3]GB 50434-2008,开发建设项目水土流失防治标准[S].