大型抽水蓄能电站水土保持生态护坡技术与实践——以河北丰宁抽水蓄能电站一二期工程为例

凌 峰，石艳龙，罗 冰

（1.海河水利委员会海河流域水土保持监测中心站，天津 300170；2.国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司，河北 承德 068350；3.北京海策工程咨询有限公司，北京 100000）

抽水蓄能电站作为目前技术最为成熟的大规模储能方式，具有调峰、调频、调相、储能、系统备用和黑启动“六大功能”以及超大容量、系统友好、经济可靠、生态环保等优势，已经成为新型电力系统的重要支撑措施。截至2020年底，我国已在25个省区开展抽蓄电站选点规划或选点规划调整，已建、在建及规划批复抽蓄电站装机容量合计约1.3亿kW[1]，是全球抽水蓄能电站规模最大的国家。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出，要“加快抽水蓄能电站建设和新型储能技术规模化应用”，抽水蓄能电站建设力度将继续加大。

抽水蓄能电站建设在提供清洁能源的同时也带来了建设过程中的水土流失问题，应引起有关部门和建设单位的高度关注。为贯彻落实“生态优先、绿色发展”理念，做好抽水蓄能电站建设过程中的边坡防护工作，落实水土保持责任，突出工程的科学性、生态性、景观性，笔者以丰宁抽水蓄能电站一二期工程建设为例，对实施的多类生态护坡工程进行介绍分析，并提出了意见建议。

1 项目概况

河北丰宁抽水蓄能电站工程地处燕山山脉和内蒙古高原交界部位，位于河北省丰宁满族自治县境内西北部的滦河干流上，工程区距北京市公路里程约254 km，位于华北用电负荷中心。项目区属冀北山地区，区内地形地势复杂，海拔高程一般为980～1 720 m；属中温带半湿润半干旱大陆性季风气候，多年平均降水量422.1 mm，多年平均蒸发量1458.5 mm；多年平均气温1.3℃，无霜期98～105 d；多大风天气，夏季以西南风居多，冬季则以西北风为主，春季风速最大24 m∕s，多年平均风速4.2 m∕s；多年平均0 cm地温3.6℃，多年平均相对湿度63%，最大冻土厚度136 cm。项目区山地地形复杂，营地区域三面环山，业主营地、下水库、上水库等高差大，小气候特征明显。

丰宁电站为一等大（1）型工程，电站装机容量3 600 MW。枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。上水库正常蓄水位1 505 m，总库容4 882 万m3，有效库容4 129 万m3；下水库正常蓄水位1 061 m，总库容6 583 万m3，有效库容4 770 万m3。项目分一、二期建设，一期水土流失防治责任范围1 057.9 hm2，土石方挖填总量358.5 万m3；二期水土流失防治责任范围224.4 hm2，土石方挖填总量1 784.7万m3。

电站建成后，能够提供绿色环保的清洁能源，合理消纳风能，减少污染物排放，相当于年节约标准煤48.08万t，在促进可再生能源示范基地建设、京津冀环境污染治理、响应国家举办低碳奥运承诺中将发挥积极作用。电站建成后在国家电网系统中承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务，对保障京津及冀北电网安全、维护电网稳定运行和促进资源有效利用具有重要作用。

2 抽水蓄能电站建设边坡扰动及水土流失特点

丰宁抽水蓄能电站位于北方土石山区中的燕山山地丘陵水源涵养生态维护区，区域内土层较薄。由于抽水蓄能电站的特殊性，建设地点相对偏僻，地形起伏较大，生态脆弱，恢复难度大。同时，工程扰动范围大，工作面多，土石方挖填量大，建设周期长，给水土流失防治带来较大困难。其中，建设期道路修建、弃渣堆砌、隧洞开挖等对原地貌造成扰动，形成裸露边坡成为水土流失的重点部位。该类区域主要特点是下垫面条件差、物质松散、坡度陡、表土层不易附着、工程施工难度大、植物措施成活率低，极易造成水土流失。因此，合理区分抽水蓄能电站区域不同边坡施工扰动和水土流失特点，因地制宜，分类施策，是做好抽水蓄能电站建设期水土保持工作的必然选择。

2.1 道路建设边坡

抽水蓄能电站道路建设主要包括两类：一是临时施工道路，主要在项目建设初期用于进场施工和连接上下库，同时满足不同工作面施工需要；二是永久道路，主要包括1—5号公路等，用于项目建设后期及建成后交通使用。由于项目所处区域为燕山山地，道路开挖会对原地貌造成破坏，道路靠山坡一侧部分形成陡峭开挖边坡，道路靠山脚一侧容易形成溜渣、挂渣等水土流失，对道路安全和景观造成一定负面影响。该类水土流失主要特点是坡度较陡，一般都在45°以上，位置分散且不集中，水土保持措施施工难度大。

2.2 渣场边坡

本项目共设置东湾子渣场、东沟渣场、鞭子沟渣场、灰窑子沟渣场、上库渣场和拦河坝渣场6处。其中，上库渣场为库盆型渣场，在上库范围内，不进行边坡绿化等措施布置；其余5 处渣场均存在边坡水土流失防治问题。该类水土流失主要特点是渣体物质稳定性差，边坡表面覆土后不易巩固，坡面面积较大，坡度虽缓但坡长较长，一遇短历时强暴雨，容易造成水流迅速汇集，对边坡中下部造成剧烈冲刷，造成严重水土流失。普通的撒播草籽等措施很难在短时间内快速实现渣场边坡防护问题。

2.3 隧洞边坡

隧洞主要包括上下库进出水口、泄洪排沙洞等，是为满足上下库引水及泄洪排沙等功能开挖的。开挖过程中会对山体坡面造成一定的破坏，形成洞脸。该区域的特点是坡度陡、下垫面土层薄或没有土层，一般情况下采用混凝土护坡形式，但随着生态文明建设日益深入人心，加上丰宁抽水蓄能电站建设国家水利风景区等需求，需要对隧洞边坡进行生态防护，提高隧洞景观效果。同时，由于坡度较陡，加上部位特殊，常规植物措施无法实施。

2.4 施工营地边坡

在项目建设过程中，主要存在3 处规模较大的施工营地，分别位于东沟、灰窑子沟和上库区域。由于东沟和灰窑子沟是行洪沟道，在布设施工营地时，势必需要垫高基地，由此产生了施工营地边坡，较为明显的区域如钢管加工厂等。该边坡主要特点是堆积物质松散、景观绿化要求高、人为扰动频繁，同时要求承担一定程度的防洪功能。

2.5 其他边坡

在项目建设过程中，还存在部分开挖形成的边坡，如上库大坝坝肩、料场开挖坡面、溢洪道开挖边坡、导沙明渠开挖边坡等。该类边坡开挖坡度较陡，开挖面均为基岩，且与工程整体很难分割，一般情况下采取混凝土护坡技术。

3 生态护坡技术分析

生态护坡是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识，对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护岸系统的护岸技术。在丰宁抽水蓄能电站建设过程中，主要采用的生态护坡技术有高次团粒喷播、植生袋护坡和植生毯护坡等。

3.1 高次团粒喷播技术

高次团粒喷播技术是在边坡绿化喷播时发生“团粒化”连续作用反应，形成具有一定“团粒结构”的优良的营养基盘。该技术采用配置好的含草种的基材混合物，通过专业的机械设备进行搅拌并喷播施工。为保证树苗顺利生长，喷播后，坡面上覆盖遮荫网、无纺布、草帘、抗冲刷生物毯等遮挡材料，施工安全性高，速度快。

3.1.1 技术要求

（1）地质要求。高次团粒喷播技术适用于土质边坡和石质边坡，需要边坡整体稳定，坡比和平整度达到设计要求，坡度一般可定在1%～3%，以利排水。

（2）材料要求。种子应选用抗性好、适应性强、对环境要求低、耐干旱的优良草本和灌木进行混播。营养材料选择高效化学合成及缓效肥料，为植物生长尤其是早期生长提供所需的营养。黏结剂选择高分子聚合物和天然植物加工而成，以保证喷射材料在其作用下可以紧密连接，喷射形成一定厚度的附着层，与坡面黏结时不下滑，形成良好的团粒结构。

（3）基质要求。采用堆沤腐熟的有机肥或商品有机肥，基肥质量需符合《有机肥农业行业标准》（NY525-2002）的规定标准：有机质≥30%；总养分（N+P205+K20）≥4%；水分≤20%；pH值5.5～8.0。

3.1.2 施工方法

（1）施工准备。对施工现场进行勘察，对进场设备、原材料进行抽检，严禁使用不合格材料。

（2）坡面修整。将坡面上的浮石、危石、树根、杂草等清除干净。

（3）铺网施工。锚杆位置、长度、数量要符合设计要求，铁丝网要自上而下铺设，与坡面伏贴，并固定牢固。

（4）喷播施工。①喷播时应先上后下、先难后易，尽可能均匀，不得漏喷；②分层喷播，先喷基底层，再喷种子层；③不得有流淌现象，否则要重喷；④喷播厚度要符合设计要求。

（5）养护管理。①浇水，种子萌发、幼苗生长期应适量浇水；②病虫害防治，采用环保农药或对环境无污染的物理措施；③补苗，对苗木缺损、植被稀疏的区域应及时补喷、补苗。

3.1.3 喷播效果

高次团粒喷播植被具有稳定结构的土壤，培养目标植物群落，0.5 a 内可以取得良好的植被恢复效果，1 a 后植物根系深入岩土之中汲取水分，不需再行养护，发达的植物根系可起到较好的固定作用，繁茂的枝叶可减轻雨水的冲击，有效地降低了水土流失，起到了较好的边坡防护效果。随着时间的推移，木本的植物群落愈加繁茂，护坡作用愈发明显；随着小生态系统的的多样化与群落化，抵抗病虫害能力逐渐加强，有利于维持长期的生态平衡。

3.2 植生袋护坡技术

植生袋又叫植草袋、绿化袋是采用无纺布和遮阳网制作而成的，内装种植土，堆叠于边坡后进行植物措施防治的一项技术。植生袋抗紫外线性能优，耐用性长，透水性与透气性俱佳。植生袋护坡技术兼顾防洪、生态与节约的功能，取代原有的封闭式防护结构，结合框格梁和植生袋的优点，刚柔并济，构建出复杂的生态系统的基本功能。

3.2.1 技术特点

（1）施工铺设简便，质量轻便，方便运输。

（2）草种成活率高。

（3）抗拉强度高，草种纸袋不易撕破。

（4）草种分布均匀，避免后期草坪浓密不均。

（5）无需再次喷洒草种子，避免草种浪费，可减少施工程序。

（6）草种的种类可随意改变，根据需要更换不同草种。

（7）后期草种长出后，玻璃纤维土工格栅作为一层加固层，即使冬季草死亡后，也能达到护坡的功效，可有效减少冬季水土流失。

（8）成本低廉，生产简单。

总而言之，植生袋能使草种成活率高、生产效率高、施工效率高，在绿化方面有不可替代的地位。

3.2.2 施工方法

（1）坡面清理。首先对坡面防护区域的浮土及浮石进行清除。依据现场实际情况，采用人工清理边坡，进行边坡卸载，以1 m 为层次，每次取完1 层后，才可进行下层施工。

（2）植生袋装土。从取土场取种植土倒运至施工现场，人工装入植生袋内。

（3）植生袋码放。采用50 装载机配合25 t 长臂吊车将植生袋吊至上层，错缝码放，每码放1级挡墙（高2～5 m）安装1排A22钢筋桩固定，与冲沟两侧齐平。坡面修筑成水平台阶，形成齿状；冲沟底部和陡坎下方锚杆应加密或增加插钎，以防止植生袋整体滑坡。

（4）锚杆挂网。采用V-0.3∕8空压机和YT-28钻机在放样孔位置打孔，必须打入岩石深度不小于1 m；打入自进式锚杆并注浆；安装纵向和横向支撑绳，其中横向采用Φ16钢丝绳、纵向采用Φ12钢丝绳；采用D0∕08∕300∕4×4型钢丝绳网（长4 m、宽m）与S0∕2.2∕50∕2.25∕10.02 型钢丝格栅网（长10.0 m、宽2.2 m）从上向下依次铺挂格栅网、铺设钢绳网并缝合，用Φ8 钢丝绳作为缝合绳配合U形卡与套环进行固定联结。

（5）植物栽植。挂网后在植生袋面层打孔播种波斯菊、沙棘、爬山虎等种子。

（6）养护。根据土壤墒情，不定期进行洒水养护。

3.2.3 绿化效果

植生袋护坡对于道路开挖边坡及小块零星扰动边坡具有较好的适应性，能有效稳定坡面，并根据需要栽植所需草种或树种，在有效防治水土流失的同时美化环境。根据不同草种或树种，能够较为快速地形成植物防护体系，且植生袋中种植土可以满足一定时期内植物生长需要，保证植物成活率。业主营地区爬山虎长势良好，上下水库连接道路一侧的爬山虎由于海拔高、气温较低、风大等影响，出现退化，因此适地适草是植生袋防护需要重点考虑的问题。

3.3 植生毯护坡技术

植生毯又名植物纤维毯、椰丝毯，主要以各种植物纤维材料（如稻草、麦秸、玉米秸秆、棉秆、椰子壳纤维、黄麻、亚麻、天然杂草等）为原料，结合各种灌溉和草种的合理配置以及添加保水剂和营养基质，生产出多用途的植物纤维毯。近年来，植生毯被公认为是一种高效、简单、廉价的土壤保湿、防风固沙、抗冲刷的绿色节能环保产品。

3.3.1 施工方法

（1）清整边坡。清理不利于植物生长的杂草、树根、石块和建筑垃圾等杂物，平整边坡，把低洼处填平、高凸处削平，保证边坡缓和，能使植生毯与边坡亲密接触，避免植生毯空鼓现象。

（2）施工准备。如果边坡是石质的或土壤很贫瘠，须换土或覆一层15 cm 有机庄稼土。为固定植生毯，在坡顶和坡脚各挖1 条宽和深均为10 cm 的沟。有条件的在坡顶修建截水沟，坡脚修排水沟，中间设导流槽。

（3）铺设植生毯。将植生毯一端置入沟内填土压实，然后将其沿坡面自上而下展开，使其与边坡充分接触，不可过紧或过松，中间用U 形钉将其固定，U形钉适宜间距为1 m。中间植生毯需搭接时，做到上压下法且超过20 cm，使用双排U形钉固定搭接的植生毯左右搭接间距为10 cm。坡脚植生毯埋入沟内。

（4）播撒草籽（带草籽植生毯免去此步）。在铺设完的植生毯上均匀地播撒1 层30 g∕m2的混合草籽，根据植生毯型号和草籽植物的性状，一般都可播撒在植生毯上面，如植生毯较重或植物为圆叶、开花的必须撒在植生毯上面，若植生毯薄、植物叶片是尖的也可撒播在植生毯下面。

（5）覆土浇水。植生毯表面进行覆土，表土厚度1 cm 上下，有条件的需进行碾压植生毯表土，进而提高防风、保温、保墒的作用。最后浇水，头边水要浇透，保持植生毯湿润到幼苗钻出。

3.3.2 绿化效果

植生毯护坡施工方便、经济实用，可以有效防治水土流失，促进植被生长，绿化效果良好。经过半年的自然退化，铺好的草毯可成为绿化植物的有机肥，不产生二次污染。与传统的苗圃草坪和土壤移栽绿化方法相比，采用植生毯进行绿化可以节省大量的人工成本和维护成本，提高植物的成活率。植生毯具有很好的保水保肥性能，同时还可以增加土壤培养基强度，对生态修复效果具有举足轻重的作用。

3.4 其他生态护坡技术

丰宁电站在水土保持生态护坡实践中除了采用高次团粒喷播、植生毯护坡、植生袋护坡技术外，还根据不同坡面采用了浆砌石拱形骨架护坡、六棱空心砖护坡等施工技术，均取得了良好的生态护坡效果。

4 讨论和结语

在大型抽水蓄能电站边坡生态防护中，应重点考虑防护对象类型、位置、面积、下垫面情况等各种要素，采取适宜措施因地制宜布设。同时，应考虑山地丘陵地区的小气候影响，做好原生地表植被调查，合理选择植物种类，提高植物成活率，提升项目区景观水平。

随着国家对生态建设要求的不断提升，生产建设项目水土保持的要求也不断提高，大型抽水蓄能电站因其建设规模大、周期长、土石方开挖量大等特点，成为水土保持工作的重点。本文以丰宁抽水蓄能电站为例，对抽水蓄能电站建设过程中容易造成水土流失的边坡问题进行探讨，分析了边坡扰动形式及水土流失特点，提出了高次团粒喷播、植生毯护坡、植生袋护坡等生态护坡技术特点和施工要求，并分析了防护效果，以期为抽水蓄能电站建设期水土流失防护提供参考和借鉴。