输变电工程水土保持措施体系配置研究

郭 星，胡志远

（1.国网山西省电力公司， 山西太原 030021； 2.水利部沙棘开发管理中心水利部水土保持植物开发管理中心， 北京 100038）

0 引言

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，除了自然的水土流失外，因生产建设项目而产生的水土流失也日益严重[1]。 随着我国特高压和智能电网技术的逐步成熟，输变电工程的建设也衍生出不少问题，在一定程度上扰动了地表，对项目区周边生态环境造成极大破坏，加快了水土流失速率[2-4]。 本文以山西北部500 kV 电网完善工程为例， 针对电网工程不同防治分区的水土流失特点，提出了必要的水土保持措施。

1 项目及项目区概况

1.1 项目概况

本工程位于山西省朔州市朔城区，属于永定河上游国家级水土流失重点治理区，由2 个点式工程和4 条线路工程组成，4 条线路总长11.9 km，防治标准执行建设类项目一级防治标准。项目建设区由新建神头500 kV 开关站区的开关站、进站道路、供排水管线、取土场和施工生产生活区，新建500 kV输电线路区的塔基区、塔基施工区、塔基拆除区、牵张场区、跨越施工区及施工道路区，以及变电站扩建区组成， 总占地面积19.36 hm2， 土石方总量15.71 万 m3。

1.2 项目区自然条件

项目区属北温带半干旱大陆性季风气候区，年平均气温 7.2 ℃，≥10 ℃的积温 2 535 ℃； 多年平均蒸发量2 351 mm，年平均降雨量423.2 mm，雨量最多的月份是6—9 月，约占年降水量的65%；年平均风速2.2 m/s，全年无霜期约120 d，最大冻土深度125 cm；项目区属于海河流域，土壤类型主要为灰褐土，植被类型属草原区植被，区域林草覆盖率为30%~45%。

2 水土流失防治分区

本工程根据项目特点，一级分区划分为新建神头500 kV 开关站防治区、新建500 kV 输电线路防治区和朔州500 kV 变电站扩建工程3 个区。 在一级分区的基础上， 新建神头500 kV 开关站防治区又划分为开关站区、进站道路区、供排水管线区、取土场区和施工生产生活区5 个二级防治分区；新建500 kV 输电线路防治区划分为塔基区、 塔基施工区、塔基拆除区、牵张场区、跨越施工区和施工道路区6 个二级防治分区。

3 输变电工程水土流失的特点

输变电工程一般由变电站和线路工程两部分组成，其水土流失有以下特点：其一，侵蚀因素多样化，有时可能只有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀等其中一种，有时可能几种同时存在[5-6]。其二，变电站和塔基较为分散，在开挖过程中是引起水土流失的主要点源。在线路架设过程中单个塔基对地表的扰动不是很大，但沿线所有的塔基连在一起，引起的水土流失也较为可观[7-8]。 其三，呈阶段性。 输变电工程施工跨度较长，全部完工可能需要1～2 a，但就某个点而言，可能1～2 个月就可以完工，且在基坑开挖、道路管线铺设阶段，对地表的扰动非常剧烈，一旦进入设备调试安装阶段，对地表的扰动就随之降低， 引起的水土流失也明显减弱。其四，土地扰动面积大，单个塔基可能对地表的扰动并不是很大， 但输变电工程塔基数量一般较多，再加上施工道路、牵张场和跨越施工区等大量临时占地，全部加起来面积就非常大。其五，突发性和潜在危害性。变电站和塔基的开挖会破坏土体的原有结构，易造成崩塌、滑坡等突发性地质灾害[9-10]，并且对植被的破坏会导致生态失衡。 有研究表明，对生态平衡的破坏，若不及时采取适当的措施进行处理，其潜藏的危害会逐渐显现[11]。

4 输变电工程水土流失的因素分析

4.1 施工建设期

4.1.1 开关站区

施工准备期：由于原地貌被扰动，地面覆盖的植被被清除，大面积的土地将完全暴露在外，所以容易产生水土流失[12]。 土建施工期：进行桩基工程及建（构）筑物的建造，有相当面积的原地貌受到破坏，挖方和填方在时间和空间上有差距，土壤裸露或堆弃，加剧水土流失[13]。设备安装及测试期：土建施工基本结束，已开始场地清理，临时堆土、石、渣及设备材料均已清理运走，该时段仍有少部分水土流失，但流失强度已大大降低。

4.1.2 塔基区

施工准备期：由于原地貌被扰动，地面覆盖的植被被清除，大面积的土地将完全暴露在外，容易产生水土流失。土建施工期：基础开挖、浇筑杆塔基础、桩基施工、杆塔组立等，将使地表裸露，改变开挖面的坡度、稳定性、土层分布，破坏地表原有植被，开挖产生的临时堆土和弃土弃渣如不采取拦挡措施，将加剧水土流失[14]。 设备安装及测试期：土建施工基本结束，基础已经填平，杆塔已竖立，并开始进行场地清理，临时堆土、石、渣均已回填，设备材料已运走，人为扰动减轻，该时段仍有少部分水土流失，但流失强度已大大降低。

4.1.3 牵张场区和跨越施工区

施工准备期：在此期间场地的平整等施工活动扰动地表，地表结皮和原有植被被破坏，使地面裸露，易引起水土流失。施工期：在此期间主要是跨越施工、张力牵张放线并紧线、机械施工、堆放建筑材料等扰动地表，造成植被破坏、地表裸露，加剧水土流失。加剧水土流失的区域点多、分散，沿输电线路呈线状分布，影响工程沿线区域。 设备安装及测试期：土建施工基本结束，已开始进行场地清理，临时堆土、石、渣均已回填，设备材料已运走，人为扰动减轻，该时段仍有少部分水土流失，但流失强度已大大降低。

4.1.4 施工道路区

施工准备期： 在此期间道路的平整等施工活动扰动地表，地表结皮被破坏，原有植被被破坏，使地面裸露，易引起水土流失。 施工期：车辆通行频繁扰动地表强烈，路面压实造成地表径流增加，增大对道路边坡及两侧的冲刷破坏，加剧水土流失。设备安装及测试期：车辆通行减少，人为扰动减轻，该时段仍有少部分的水土流失，但流失强度已大大降低。

4.2 自然恢复期

本工程建成后，开关站大部分被建筑物、地坪、广场、道路所占压使用，输电线路杆塔已组立，塔基区、施工道路等已回填平整，人为扰动减轻，松散裸露地面逐步趋于稳定，土壤侵蚀强度减弱。 自然恢复期人为活动对地表的扰动很小，工程建设区域范围内水土流失将大大减少，水土流失因素将以自然因素为主，土壤侵蚀模数逐步趋于背景值[15]。

5 主体工程水土保持分析评价及存在的问题

对于输变电工程，主体工程水土保持措施一般在开关站只考虑了挡土墙、护坡、站内道路排水、供排水管线等措施， 进站道路只考虑了排水沟等措施，塔基区只考虑了护坡、挡土墙、排水沟等措施，变电站扩建区只考虑了碎石铺垫等措施。对于整个输变电工程来说，主体工程的水土保持措施还远远不够，如果不在方案中补充完善可能会引起很多问题：一是会造成地表的扰动，植被的破坏，进而引起水土流失特征随时间、空间发生变化。 二是输变电工程在布设水土保持措施时各个分区的特征和地形地貌完全不同，如果不能做到分区对待、分类应对、分别施策，就不能形成完整的防治体系，水土流失保障不到位、水土流失措施流于形式，起不到很好的防护效果。 三是随着输变电工程线路长度的增加，扰动面积和水土流失量都会有所增加，如果不严格控制施工扰动范围， 可能会出现扰动面积随意扩大化等严重后果。

6 水土保持措施配置

针对输变电工程的水土流失特点和可能引发的水土流失问题， 在山西北部500 kV 电网完善工程中，应在主体已有措施的基础上，对方案进行补充完善，做好水土保持措施配置工作。本文遵循“预防为主、保护优先、全面规划、综合治理、因地制宜、突出重点、科学管理、注重效益”方针，采取工程、植物、 临时相互交织的水土保持防治措施进行配置。水土保持防治措施体系如图1 所示。

图1 山西北部500 kV 电网完善工程水土保持防治措施体系

6.1 工程措施

在输变电工程实际施工过程中，为有效保持水土、防止水土流失，同时避免土壤中的肥力流失，保护人类不可或缺的水土资源，布设工程措施是必不可少的。 常见的工程措施有挡土墙、护坡、排水沟、消力池、土地整治等，具体配置情况如下。

供排水管线区：施工结束后，及时进行整平，对占用的耕地进行复耕， 在排水管线末端设置消力池，雨水经消力池消能，排入河道。 取土场：取土后进行整平、覆土改造，并在取土场周边及边角处布置截排水设施。施工生产生活区：施工结束后，及时整平，对占用的耕地进行复耕。塔基区：施工前对占用的耕地进行表土剥离，施工结束后及时进行土地整治，将余土堆至塔基土地征购范围内，对占用的耕地进行复耕。 塔基拆除区：施工结束后，及时整平。塔基施工区、跨越施工区、牵张场、施工道路区：施工结束后，及时整平，对占用的耕地进行复耕。

6.2 植物措施

在输变电工程实际施工过程中，因占用荒地较多，植物措施也占有相当的比重，应该充分考虑植被恢复。 具体配置情况如下。

开关站：对站外围墙四周进行绿化，栽植1～2行侧柏等。进站道路：一般选择绿化、美化效果较好的针叶树种——侧柏对其绿化，绿化模式为道路两侧、排水沟之外各栽植1 行侧柏。取土场：经覆土改造后进行植被恢复， 坡面采用灌草结合的方式，底面及取土道路采用撒播草籽的方式，灌木选用紫穗槐，草籽选用早熟禾。塔基区：施工结束后对塔基区占地区域撒播草籽，草籽选用早熟禾。塔基施工区、施工道路区：施工结束后对占用的林地和草地进行植被恢复，对占用的林地，采用油松和紫穗槐混交的方式恢复植被；对占用的草地，采用撒播草籽的方式恢复植被，草籽选用早熟禾。塔基拆除区：施工结束后对占地采用灌草结合的方式进行植被恢复。牵张场、跨越施工区：施工结束后对占用的草地采用灌草结合的方式进行植被恢复， 灌木采用紫穗槐，草籽采用早熟禾。

6.3 临时措施

输变电工程施工过程中，建设期是产生水土流失的主要时段，该时段扰动剧烈，土石方挖填量大，极易发生严重的水土流失，因此，在建设期采取临时防护措施必不可少[16]。 具体配置情况如下。

开关站：挖填时间不完全同步，为减少土石方的重复搬运， 在场地空闲区域选取1 个临时堆土场，临时堆土人工拍实表面，定期洒水防尘，土堆外侧设计断面为梯形的简易排水沟，同时在土堆表面用防尘网苫盖。 塔基施工区：为防止对地表的严重扰动，考虑在塔基施工区采取土工布铺垫，对表土及塔基区的部分回填土方不能及时回填的，将其堆放于塔基施工区，土方和表土分开堆放，在土堆的周边用草袋填土进行临时防护，同时在土堆表面用防尘网苫盖，以防止水土流失。 跨越施工区、牵张场： 对每处跨越施工区和牵张场进行土工布铺垫，防止因施工造成的地表扰动和水土流失。施工道路区：施工前沿汽运道路单侧设置临时排水沟，并在排水沟底部及边坡铺设土工布。 变电站扩建区：在施工空闲区域布设1 个临时堆土场，作为土方临时周转场地。 临时堆土人工拍实表面，在顶部苫盖防尘网，施工结束后，回收防尘网。

7 结论

本研究以山西北部500 kV 电网完善工程为例， 在分析项目水土流失特点及因素的基础上，对主体已有措施进行了分析评价，并针对不同的防治分区，提出了切实可行的水土保持措施。 研究主要得出以下结论。

a） 输变电工程的建设将会带来地表植被的破坏、土壤的松散、临时堆土、改变微地形等可能产生水土流失的因素。

b） 水土流失呈点、线分布，变电站、塔基等水土流失为间断点状分布，施工道路、电缆沟等水土流失呈线性分布。

c） 输变电工程一般应采用工程措施（包括挡土墙工程、截排水工程、土地整治工程）、植物措施（栽植行道树、植被恢复）和临时防护措施（防尘网苫盖、临时排水沟、土工布铺垫）相结合的综合水土流失防治体系。