水电建设项目水土保持典型措施技术分析和展望

崔 磊，宋晓彦，任 远，冯 磊

(1.水电水利规划设计总院，北京 100120；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

0 引 言

党的十八大以来，生态文明建设纳入国家“五位一体”战略，“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念深入人心。党的二十大报告明确了新时代我国生态文明建设的战略任务，指出中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，要坚定不移走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，对生态文明建设提出了新的目标和要求。2021年3月，我国首部流域法律《长江保护法》正式施行，2022年10月《黄河保护法》出台，《青藏高原生态保护法》也正在酝酿出台，以法之名保护长江、黄河等重要流域生态系统，为流域、区域生态保护和高质量发展提供了坚实的法治保障。

水土保持是生态环境保护的重要组成部分，直接承担着生态基础功能，在国家生态文明建设中有着举足轻重的地位。水电开发须坚持生态优先、绿色发展，做好重点流域、区域水土流失防治，不仅能够推动水电及抽水蓄能项目建设、助力构建清洁低碳能源体系；同时还能够通过水土保持措施发挥土壤碳汇、植物碳汇等生态效益[1]，从而促进“双碳”目标的实现。我国规划待建设的水电工程大多分布在长江、黄河的上游及青藏、云贵高原等地区，生态要求高，抽水蓄能电站也通常面临扰动良好植被等生态环境敏感问题；因此，有必要加强水土保持措施技术研究和效果提升，不断适应新的生态保护要求，进一步做好水土流失控制、林草植被建设、水土保持生态修复、景观环境优化等水土保持工作，推动水电行业绿色发展。

1 常规水电及抽水蓄能电站开发现状与规划

我国水能资源技术可开发装机容量约6.87亿kW，主要分布在长江、金沙江、黄河、雅砻江、大渡河、乌江、澜沧江等大型水电基地，开发条件优越。截至2021年底，我国水电装机容量为35 453万kW，约占全国发电总装机容量的14.9%[2]。“十四五”期间，我国将积极推动金沙江上游、澜沧江上游、雅砻江中游、黄河上游等已纳入规划、符合生态保护要求的水电项目开工建设，推进雅鲁藏布江下游水电开发，预计2030年在2020年基础上新增常规水电装机容量8 000万kW左右。

我国具备建设抽水蓄能电站的站点资源比较丰富。截至2021年底，我国已投产抽水蓄能电站40座，总装机容量3 639万kW，主要分布在华东、华北、华中和广东地区，装机规模居世界首位。“十四五”期间，抽水蓄能电站已进入高质量发展的新阶段，2025年抽水蓄能装机容量将达到1.2亿kW，预计2035年前后，抽水蓄能装机容量将达到3.0亿kW[2]。未来围绕以新能源为主体的新型电力系统的发展需要，将在全国分散布局建成一批促进新能源高速发展、资源利用高质高效、生态环境友好和谐的现代化抽水蓄能电站。

2 已开发水电项目水土保持典型措施技术分析

2.1 弃渣场水土保持技术经验

2.1.1 选址

水电工程受地形地质条件限制，不良地质、边坡处理工程量大，厂房、导流洞、交通通道等多为地下工程，开挖土石方量巨大，弃渣场选址的核心是确保弃渣场安全和防止渣土流失[3]，同时减少对原生生态系统的扰动破坏。因此，渣场一般应设置在自然保护区、风景名胜区、水源保护区、河道管理范围和已建成水库之外，并优先选用少占耕地和少搬迁居民的场地，众多条件制约导致高山峡谷区域弃渣场选址困难问题较突出。

为妥善处理工程弃渣，在不具备布设大型渣场集中堆放弃渣的条件下，可考虑小型化、分散化的在河道支沟、两岸台地、坡地等区域布设弃渣场，以满足弃渣堆存需要，减少生态环境影响；水电工程可供选择具备大容量的弃渣场所极为有限，可充分论证后考虑在待建水库库区[4]、尤其是死水位以下具备相应堆渣空间的区域设置弃渣场。

2.1.2 水土保持专项设计

水电建设项目预可研、可研阶段和前期设计过程中，现已经系统开展弃渣场水土保持选址专题、弃渣场防护设计专题、水土保持“三同时”实施方案、水土保持专项设计等工作，为项目水土保持方案审查提供材料支撑，也为后续工程建设中落实弃渣场水土保持措施提供依据和指导。

工程竣工水土保持设施验收前，建设单位委托具有相应水平和能力的单位对验收范围内4级及以上的弃渣场进行稳定性评估。弃渣场水土流失防治措施应依据其实际的堆置方案和施工时序布设措施，弃渣场水土流失防治需系统治理、综合防护，针对不同类型的弃渣场，措施体系与措施配置应具有针对性[5]。结合渣场级别和场址区域实际防护需求，合理确定防治措施等级与标准。弃渣场堆渣结束后，充分考虑与周边生态与景观的协调一致性，做好植被恢复。

2.1.3 水土保持信息化管理

考虑到水电工程弃渣场堆量较大，所处区域地形地质条件复杂，一旦失稳可能产生严重的水土流失危害，传统的监测技术和管理手段难以满足要求[6]，水电建设项目现已开展弃渣全过程自动化智能监测技术研究。通过研发和应用信息化监测设备[7]，结合常规监测手段，可实现对水土流失背景、土石方调运动态、弃渣场水土流失防治效果进行监测和综合数据的实时采集[8]，满足水电建设项目水土保持监管的工作要求，提升水土保持监测服务能力；建设信息管理平台，实现水电工程弃渣监测数据的共享、分析、预警和信息发布。

2.2 高陡边坡水土保持技术经验

2.2.1 影响边坡修复的主要因素

水电建设项目区域通常地形陡峻，石质山体较多，工程施工开挖后形成的创面易形成高陡边坡，坡面扰动区的生态恢复具有较大难度，是水土保持措施的重点之一。高陡边坡水土保持修复通常需要重点考虑以下影响因素：岩质边坡风化程度低，涵养水分能力差，植物生长必需的基础养分匮乏；植被根系难以扎入硬质边坡坡体，且植被生长受大坡度的胁迫作用影响显著，导致植被生长立地条件恶劣；坡度较大的高边坡，普通生态修复基质因成型强度不足和粘结力不够，难以长期维持效果；边坡开挖导致山体卸荷，山体原有的平衡被改变，坡体内部应力释放与重新分布，可能会造成边坡浅表崩塌或滑坡等地质灾害在一定时期内发生。

2.2.2 水土保持修复技术

我国在公路、铁路、河岸带和矿山等工程长期实践中已经形成了各类相对成熟的高陡边坡生态修复技术[9-10]；然而，水电工程因其建设特点及高山峡谷地形、土壤、气候条件等差异，现有生态修复技术在基材肥力持续性、物种选择和配置、坡面生态系统与环境生态系统的统一等问题上需进一步研究改进。水电工程高陡边坡就安全要求，一般主体工程已采取了喷锚，框格梁的防护，在此立地条件下，采取各种使坡面能够附着植被生长基材的技术措施是高陡边坡植被重建和水土保持生态修复的前提[11]。水土保持措施可以选择厚层基材植被护坡、格栅植草、种植槽及植生孔等成熟的工艺方法，辅以生态材料及灌溉技术。此外，水电工程已有经验表明，通过不同技术的适应性试验及不同工法组合，开展特定边坡水土保持与生态恢复技术的试验研究非常必要和重要。

根据水电工程在高陡边坡生态恢复实践经验，硬质与岩石边坡可采用植被混凝土生态修复技术、SPF无土喷播复绿技术、飘板植生槽藤本种植技术及植生穴等方法；针对非硬质边坡存在的土壤贫瘠、基材与坡面粘结力不够的现状，可采用植生水泥土、SPF无土喷播复绿技术及土工格室等方法。

2.3 植物恢复措施技术经验

2.3.1 干热河谷区域植物恢复措施

位于干热河谷区域的水电工程面临炎热少雨的恶劣气候条件，水热矛盾、水土流失、土壤退化、荒漠化等问题突出[12]，生态系统脆弱，水土流失面积分布较广，侵蚀强度较大，水电开发建设可能进一步加剧生态环境的恶化。因此，干热河谷区域是植被恢复的重点和难点地区[13]。

针对干热河谷区域存在的干旱缺水、土壤资源质量低等生态环境问题，水电开发在水土保持措施中应重点关注抗旱和保水。根据海拔、坡度、坡向、岩土组成、水分条件划分立地条件，结合地带性、地域性原生植被的特征和相关试验研究，选用耐旱耐热耐瘠薄、抗逆性强、适生性强且具有结瘤固氮和改土功能的树草种，进行乔灌草不同生活型植物类型的合理配置，建立植被与生境水分条件相适应的群落生态结构，采取地膜覆盖、秸秆覆盖、树皮覆盖、砂石覆盖等控制干热河谷地表水分蒸发的地面覆盖技术，可有效提升其植被恢复措施效果。

2.3.2 高寒区域植物恢复措施

在建和待建水电工程项目集中在川藏、滇藏和青藏等高寒地区，其高原气候特点形成了独特的高寒地区生态系统。该区域空气稀薄、养分稀缺，动植物种类单一、生物链简单，生态环境十分脆弱，尤其边坡植被破坏后，会加速边坡土壤侵蚀流失。若该区域表层土壤资源丧失殆尽，生物量将进一步降低直至生态系统无法恢复，且会加速冻土融化，引起土地沙化和水土流失[14]。

近年来，针对高寒区域，水电工程对地形地貌、海拔、气候、土壤以及植被的垂直分布特征进行调查分析，从“土壤-植物-气候系统”整体考虑，研究了高寒区域的植被恢复策略，提出了高寒灌丛区耐寒型植物结构配置。针对植物越冬成活的限制性因素，提出了土壤表层堆放砾石的保温越冬技术；针对高寒草甸区生态异常脆弱、草甸破坏后自然恢复时间较长，提出高成活率的草甸剥离与回覆关键技术，同时为防止草甸退化辅助以人工植被建设，通过生物量调控和土壤养分调控，可形成稳定的群落结构；结合水电开发特点，在全过程水土保持管控体系中创新提出生态型水土保持措施、植物移栽关键技术、边坡绿化养分循环利用措施、边坡智能水分调控技术等，有效提升了高寒区域水土流失的治理效果和植被恢复的稳定性。

2.3.3 表层种植土保护

表土是植物措施中必需的不可再生资源，传统粗放式施工通常缺少表土剥离后的精细化管理，导致土壤肥力流失，利用效果不佳。水电建设项目在工程建设过程中同步做好了表土剥离和堆存、土壤改良和表土综合利用等保护工作。表土剥离、搬运及堆存作业应尽量减少对土壤理化性质的破坏；高寒草原草甸地区，应对表层草甸土进行剥离、养护和回覆利用；对覆盖度低、生长缓慢的草地，应首先将表层已有植被和其下表土层一起剥离，随即移植到周边适生环境养护，扰动结束后复植到需要恢复的区域；表土堆放时间超过1年的，应在堆土体表面种植绿肥作物进行土壤培肥，并适量施肥浇水，防止土壤肥力退化。土壤改良应通过试验研究确定物理改良、化学改良和生物改良相结合的措施，通过深耕、施加土壤改良剂、有机肥、无机肥及微生物等措施，优先使用工程建设和运营产生的厨余垃圾，可采用发酵法和生物法进行堆肥处理。

3 展 望

3.1 做好高寒区域生态修复技术研发

水电开发潜力主要集中于青藏高原东缘生态较脆弱区域，工程建设造成的水土流失较为严重，因此，做好水土保持生态修复成为未来水电开发需解决的重要技术问题。目前，国内外针对高寒、高海拔地区和高山峡谷地形条件下的植被恢复尚无成熟的技术体系，在采取植物措施恢复植被防治水土流失方面，表土资源的综合规划利用、植物筛选与建养技术方面仅有少许经验可以借鉴。做好高寒地区水电站梯级开发区域科学、系统的植被恢复技术研究，形成技术可靠、成本适宜、可广泛运用于植被恢复的技术，为未来高寒区水电开发在生态脆弱区植被恢复提供科学依据和技术积累，对保障国家重大工程顺利实施有重大的战略意义和重要的科学意义。

3.2 深化高陡边坡生态修复技术研究应用

出于安全考虑，水电工程对于高陡边坡的治理措施，一般倾向于钢筋混凝土硬化措施；但这会导致区域内的生态系统结构受损、物质循环与能量流动切断、生态服务功能降低[15]。随着生态文明建设要求不断提高，高陡边坡的复绿已成为必然要求。由于高陡边坡无法供给植物生长所需的土壤、水分和养分，基材的附着及养分的持续供应是生态修复的关键，新型植被恢复营养保水复合基材开发是研究发展的趋势之一。因此，应深化研究高陡边坡生态修复技术及实施方案，采用新工艺、新方法，提升电站开挖创面植被恢复率及植被覆盖度，有效提升区域碳汇能力，实现水电开发与生态保护协同发展。

3.3 强化抽水蓄能电站水土保持生态建设

抽水蓄能电站由于规划选址及建设特点，其选址往往位于用电负荷中心周边植被较好的山区，常涉及水土保持敏感区域，且占地面积较大，生态环境扰动较严重，高陡边坡多、消落带裸露、弃渣场安全等问题突出，尤其是位于城市周边及风景名胜区的抽水蓄能电站，其生态建设和景观要求更加显著，坡面景观与环境景观的协调性问题备受关注。目前，这些问题尚待解决，需加大抽水蓄能电站水土保持生态修复研究和生态建设工作，减少工程建设对周边生态环境的影响。