金家沟水库弃渣场水土保持措施设计

(1.遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000；2.遵义市水土保持生态环境监测站，贵州 遵义 563000)

1 工程概况

金家沟水库是贵州省遵义市习水县经开区规划的骨干供水水源工程之一，为国务院已批复的《贵州省水利建设生态建设石漠化治理综合规划》和水利部、财政部联合编制的《全国抗旱规划实施方案(2014—2016年)》中骨干水源工程及《贵州省水利建设“三大会战”》规划项目。水库坝址位于贵州省习水县回龙镇回龙村与习酒镇大湾村交界处的临江河左岸的一级支流深溪河下游，距回龙集镇4km，距习水县城28km。工程任务为习水经济开发区供水、农田灌溉及农村人饮，设计水平年(2030年)总供水180.00万m3/a (P=95%)[1]。水库正常蓄水位821.00m，总库容179.00万m3，为Ⅳ等工程，由水库枢纽部分及输水系统部分组成。水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高35.00m，输水线路总长2.25km。

2 弃渣场选择及地形地质条件

2.1 弃渣场选址及堆渣方案

金家沟水库弃渣场选址受周边地形限制，大坝下游3.00km范围内无理想弃渣场场址，结合水库规模将弃渣场选择在大坝上游左岸水库淹没区冲沟内，距坝址约0.50km，占地1.30hm2。弃渣场设计堆渣高程805.00～824.00m，设计堆渣容量约16.00万m3(位于水库淹没区变幅区，水库死水位805.00m，正常蓄水位821.00m)，堆渣边坡1∶2.0，堆渣至高程817.00m设置人行步道，步道宽2.00m。

2.2 弃渣场地形地质条件

弃渣场场址处为缓坡地形，右岸相对左岸陡峭，位于扬子准地台—黔北台隆—遵义断拱—毕节北东向构造变形区和四川台拗交接部位，无活动断裂分布。工程区地震基本烈度为Ⅵ度，地貌以侵蚀—溶蚀低中山、中低山沟谷地貌为主。弃渣场覆盖层为第四系残坡积，厚1～1.50m，右岸基岩局部裸露，出露地层岩性为志留系下统龙马溪组(S1l)，岩层产状N15°E/NW∠16°，自然边坡稳定性较好。

3 弃渣场水土保持措施设计

3.1 水土保持措施布局

弃渣场冲沟上游集雨面积0.91km2，弃渣堆放可能会堵塞原有天然冲沟，若无有效截排水设施，遇降雨冲沟上游来水冲刷及松散土石渣，会导致弃渣、失稳，造成重大水土流失，影响安全及水库效益发挥[2-4]。因此，堆渣前，原冲沟底部设置φ1000钢筋混凝土预制排水管截排上游来水，弃渣场下游设置浆砌石挡土墙；弃渣堆放基本完毕后，边坡面设置干砌块石护坡，右岸设置截水沟截排冲沟上游来水，截水沟末端接入水库正常蓄水位以下；渣顶高程824.00m，渣面整平压实后回填表土撒草籽绿化。

3.2 水土保持措施设计

3.2.1 设计标准

根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018—2014)弃渣场及拦挡工程设计要求[5-6]，弃渣场和挡土墙工程为5级，排洪工程为5级，林草工程为2级。永久截排水设施为5级，截排水标准按5年一遇10min短历时暴雨设计，截水沟安全超高按0.30m考虑。

3.2.2 挡土墙设计

挡土墙为浆砌石重力式挡土墙，挡土墙轴线长约50m，挡土墙墙身高2.5m，基础埋深0.50m，出土高度2.00m，墙顶宽0.80m，墙底宽1.90m，外坡比1∶0.3，内侧墙面竖直。挡土墙基础下伏Qdl第四级残坡积，施工前须清除基础周边表层杂草及腐殖层。挡土墙基础置于基岩之上，覆盖层厚度大于0.5m，基础夯实至地基承载力不小于100kPa。挡土墙浆砌石砌筑所选石料抗压强度不小于30MPa，石料尺寸不小于20cm×20cm×20cm，砌筑前人工剔除其突出部分棱角，平稳放置于基岩或老土层之上，错层搭叠砌筑，其间采用M7.5水泥砂浆砌筑，挡土墙墙身间隔10.00m设置伸缩沉降缝，缝内回填沥青砂浆，墙身出土高程807.00m以上水平间隔3.00m设置双排排水孔，排水孔进口段设反滤层。挡土墙墙顶高程807.00m以上弃渣边坡按 1∶2.0分台阶放坡至设计高程817.00m，817.00m设置2.00m宽人行步道，随后弃渣边坡按1∶2.0放坡至设计渣顶高程824.00m。浆砌石挡土墙典型断面如图1所示。

挡土墙抗倾覆及抗滑稳定性采用“理正岩土计算”软件对典型断面结构进行计算，参数选取为：浆砌石重度为22kN/m3，墙后弃渣内摩擦角为20°，墙后填料重度为19kN/m3，挡土墙基底对地基摩擦系数ψ为0.35。计算得挡土墙稳定性分析成果，如表1所列。

图1 浆砌石挡土墙典型断面 (高程单位：m，尺寸单位：mm)

表1 挡土墙稳定分析

从表1可知，挡土墙抗滑稳定系数为1.903，大于1.30，抗倾覆稳定系数为7.041，大于1.50，地基平均承载力为42.732kPa，小于500kPa，均满足规范和设计指标要求，整体抗滑稳定性良好。

3.2.3 截水沟设计

3.2.3.1 设计排水流量计算

根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018—2014)弃渣场永久截排水沟设计要求[7-8]，习水县金家沟水库弃渣场永久截排水沟设计排水流量计算公式为

Qm=16.67φqF

(1)

式中φ——径流系数，金家沟水库弃渣场上游区域地表类型以坡耕地、落叶灌木林为主，φ取0.6；

q——设计重现期和降雨历时内平均降雨强度，mm/min；

F——弃渣场上游集雨面积，km2，金家沟水库弃渣场上游集雨面积为0.91km2。

由于工程建设区周边无水文观测站以及雨量观测设施，故q(重现期和降雨历时内平均降雨强度)利用标准降雨强度等值线和有关转换系数，即

q=CpCtq5,10

(2)

式中Cp——重现期转换系数，贵州省习水县Cp=1.00；

Ct——降雨历时转换系数，贵州省习水县Ct=0.45；

q5,10——5年重现期10min降雨历时标准降雨强度，mm/min，贵州省习水县q5,10=2.2。

经计算得平均降雨强度q=0.99。将特性参数代入式(1)，计算得截水沟设计流量Qm=9.01m3/s。

3.2.3.2 截水沟结构断面设计

截水沟总长236.00m，起始高程824.00m，末端接入正常蓄水位821.00m，梯形断面，砌筑材料为M7.5浆砌块石。结合弃渣场右岸地形，截水沟平均纵坡约0.012，截水沟内坡比为1∶0.5。截水沟断面尺寸计算成果如表2所列。

表2 截水沟断面尺寸计算

截水沟采用M7.5浆砌石衬砌，综合设计底坡0.012，糙率0.017。截水沟侧墙墙厚0.50m，设计底宽1.50m，设计水深1.10m，内坡比0.50，考虑安全超高0.30m，截水沟深1.40m，经计算设计截水沟最大过流量9.98m3/s，大于重现期5年一遇10min短历时暴雨洪峰流量。截水沟内侧M10水泥砂浆勾缝，沟顶C15混凝土压顶，截水沟间隔10.00m设置伸缩沉降缝，缝内回填沥青砂浆。截水沟典型断面如图2所示。

图2 截水沟断面 (单位：mm)

3.3 渣面覆土绿化设计

弃渣场整治方向为绿化渣面控制水土流失(后期其他利用)，渣面覆表土厚度不小于30cm，整地后渣面撒播草籽(麦冬草)绿化[9-10]。渣面绿化方案为：ⓐ弃渣面立地条件：土石混合弃渣，弃渣孔隙度大，表层土易随降水下渗沉降；ⓑ整治要求：堆渣完毕后机械碾压夯实渣面，分层回填老土及表土，回填老土厚度不小于20cm，回填表土厚度不小于30cm；ⓒ撒播混合草籽：渣面覆土整治后，撒播麦冬草籽绿化渣面0.80hm2；ⓓ撒播草籽配置：麦冬草籽一级种子，草籽配置60kg/hm2，共计撒草籽48kg；ⓔ种植技术：渣面覆土后，撒草籽前人工翻耕表土，春季撒播草籽，撒播前人工浇水、施复合化肥；ⓕ抚育技术：撒播草籽后当年5—8月每月浇水1次。

4 结 论

金家沟水库弃渣场位于大坝上游进场公路右侧水库淹没区内(变幅区)，其占地与水库淹没区重合，避免了在其他区域选择弃渣场增加水库建设占地，节约了耕地。目前，水库已下闸蓄水，弃渣场堆渣稳定，各项水土保持措施均按设计实施且运行良好，渣顶824.00m高程撒播草籽长势良好，草地覆盖率达85%，水土流失总治理面积接近1.30hm2，水土流失治理率达99%。经习水县重点水源工程管理局2017年10月以及2018年2月两次水质检验，均达到生活用水标准以上，水库淹没区设置弃渣场对水质基本无影响。