皂市水利枢纽建设区水土流失分析及其控制

　　一、概况

　　皂市水利枢纽位于洞庭湖水系澧水流域的一级支流渫水下游，坝址下游距湖南省石门县皂市镇约2km。

　　渫水发源于湖北省五峰县独山，由西北向东南流入湖南省石门县皂市镇，于三江口注入澧水中游，全长175km，流域总面积3201km²。工程区属中低山丘陵区，岩性以砂页岩和碳酸盐岩为主，河段两岸漫滩和一、二级阶地沿岸呈带状断续分布。工程区雨水充沛，多年平均降雨量1565mm，一日最大降雨量为252.9mm(1981年6月26日，鹤峰站)，平均暴雨日为5天。工程区成土母岩以灰岩为主，页岩次之，土壤类型主要有红壤、红黄壤、黄壤、黑色石灰土、紫色土和水稻土等。

　　工程所在的石门县水土流失面积1044.66km²，占全县土地总面积的26.7%，年土壤侵蚀量约650.24万t，平均侵蚀模数1658.97t/km²·a。水土流失以水力侵蚀为主，多表现为面蚀和沟蚀。

　　二、水土流失分析

　　1．工程水土流失因素

　　皂市水利枢纽建设区域的水土流失是自然与人为双重因素作用的结果。在区域自然侵蚀背景下，工程可能加剧水土流失的主要因素体现在两个方面：一方面是工程施工扰动、破坏地表植被和农田等具有水土保持功能的设施，改变原坡面坡长、坡度，使地表径流汇流过程发生变化；同时，扰动、破坏使土壤质地发生相应变化，导致区域土壤侵蚀模数显著增大，加剧区域的水土流失。另一方面是土石方开挖将产生大量弃渣，弃渣堆放多数未采取相应的防护措施，造成弃渣大量流失，导致新增水土流失量的显著增加。

　　枢纽坝址处两岸灌木生长茂密，地形坡度一般达40°左右，沟壑密度3km/km²，坝下游两岸高漫滩和一、二级阶地沿岸呈带状分布。主体建筑工程开挖由于已采取相关安全措施，一般不会造成水土流失。但大坝区土石方开挖产生的大量弃渣如不能及时转运处置，经径流冲刷就会进入河道，将产生严重的水土流失。

　　工程进场道路部分路段路堑边坡岩层裸露，道路及隧洞开挖将破坏地表植被，改变原坡面坡长、坡度，造成开挖面土壤侵蚀模数加大；同时道路修建产生的弃渣就地随坡堆放，在降水冲刷下易产生水土流失。

　　工程所用的阳泉土料场，地势平缓，水土流失较轻；易家坡石料场坡度较大，采区坡度在26°～35°之间，林草覆盖度在46%以上，自然侵蚀亦较轻。黏土料场利用完毕后作为水库淹没线下弃渣堆放场所，如不采取防护易造成水土流失；易家坡块石料场开采量大，对地表植被破坏较为严重，其剥离料和废弃料如就近堆放，易遭受降雨冲刷，产生流失。

　　工程所用的王儿峪弃渣场原坡面坡度在40°左右，坡面分布有乔灌林和荒草地，自然侵蚀较轻。女仙桥弃渣场位于女仙桥冲沟旁，地势较平缓，坡面分布有大量荒草地，自然侵蚀亦较轻。十家坪弃渣场为坝下游左岸一级阶地，地势平缓，土地利用以农田为主，水土流失较轻。王儿峪弃渣场部分在淹没线以下，女仙桥、阳泉弃渣场位于坝上游淹没线以下，其中女仙桥、王儿峪分别位于左右两岸冲沟。对弃渣场如不控制堆渣方式及加强周边防护措施，在施工期遇暴雨冲刷，将造成弃渣大量流失。十家坪弃渣场位于坝下游左岸，临近渫水河道，堆渣后形成较长边坡，若不采取相应的防护措施，也易产生水土流失。

　　施工附属企业及办公生活区主要布置在坝下游两岸，左岸布置在十家坪(由弃渣回填形成)，地势平缓，而右岸业主办公区则地势较陡，该区域在场平过程中若不采取相应的防护措施，将会成为新增水土流失源地。

　　分析说明，工程建设造成新的水土流失的项目主要包括：主体工程施工、料场开挖、弃土弃渣的处置、道路修建和扩建、施工临时占地(包括施工附属企业占地、生活办公区用地及废物堆放)等。

　　2．工程水土流失预测

　　经统计，皂市水利枢纽工程建设施工占压土地面积总计为148.50hm²，损毁水土保持设施面积129.8hm²，工程弃土弃渣总量363.16万m³，其中主体工程弃土弃渣188.25万m³，施工导流弃土弃渣50.01万m³，施工道路修建弃土弃渣43.1万m³，砂石料加工系统弃渣量24.6万m³，采石取土料场弃土弃渣约56万m³，生活区垃圾约1.2万m³。

　　根据对湖南省江垭水利枢纽工程弃渣堆放地流失情况调查，并和其他水利工程类比分析，皂市水利枢纽工程弃渣堆放地(包括弃渣场和采料场等)新增水土流失量与堆渣量成正比，且与弃土弃渣结构、堆放地地形地貌、坡面坡度、降雨及径流量等因素有关。新增水土流失量按公式材M_Sl=F×Q×T进行计算，式中Ms1,为新增水土流失量(万t)，F为年流失系数，考虑到堆渣结构，堆放地地形地貌，坡面坡度，降雨及径流量等因素，系数取值范围为0.2～0.4，Q为年堆碴量(万t)，T为预测时段。

　　根据已建和在建工程相关调查资料的分析，损毁了地表植被的新开挖面上新增水土流失强度为原生水土流失强度的几倍。皂市水利枢纽工程建设区所在区域为中度水土流失区，原生土壤侵蚀模数为1200t/km²·a。该区域山坡面积占总面积的86%，沟壑密度3km/km²。地面坡度多在15°～40°之间，区域上游为暴雨中心地区。据此综合分析，枢纽建设区开挖面上新增水土流失强度应为原生水土流失强度的2～5倍，故采用经验公式M_S2=F×A×P×T进行计算。式中M_S2为新增水土流失量(t)；F为加速侵蚀系数，取2～5；A为扰动地表面积(km²)；P为原生侵蚀模数(t/km²·a)；了为预测时段。

　　根据预测估算，皂市水利枢纽工程建设区施工损毁水土保持设施面积129.8hm²，造成新增水土流失量约121.68万t，其中渣场66.69万t，料场22.88万t，主体工程施工及施工附属企业15.34万t，施工道路16.77万t。流失类型以面蚀、沟蚀为主，渣场堆积物及料场开挖的陡坡还可能导致滑坡、崩塌。

　　3．工程水土流失危害

　　工程建设区原属中度水土流失区，工程施工过程中土石方开挖、弃土弃渣堆放、主体工程建设等活动都将形成新的开挖面，扰动了原地貌，改变了原土地结构，破坏了原有植被，使侵蚀强度增加，区域水土流失加重；建设中形成的成片废弃地、裸露地及闲置地，破坏区域景观，制约了该区域社会经济可持续发展；大量的弃土弃渣在沟道、河滩堆放，经暴雨冲刷造成流失，将可能使湖塘淤积、水利设施利用效益下降，还可能引起泥石流灾害。泥沙泄入河道将造成河道淤塞、通航能力下降、行洪泄洪能力减弱等一系列严重危害。如果弃土弃渣不能合理弃置，将危及施工安全，影响施工活动正常进行，造成严重的经济损失。因此，必须重视枢纽建设中水土流失的防治，使工程造成的水土流失得到有效控制，将工程建设区水土流失降低到最低程度。

　　三、水土流失综合防治体系

　　1．防治原则

　　(1)预防为主、防治并重、因地制宜、因害设防。

　　(2)分坝区工程防护，道路系统防护，弃渣场防护，采料场防护等。

　　(3)近期与远期结合，生物措施与工程措施结合。

　　(4)与建设过程相适应，同时设计、同时施工、同时验收。

　　2．防治目标

　　(1)工程建设区全面布设水土保持工程与植物措施，基本控制水土流失，绿化美化区域环境。

　　(2)弃渣场施工过程，利用管理和工程措施，尽量降低工程新增水土流失，避免松散堆放的弃土弃渣泄人河道；施工结束后，合理规划，适当复垦，恢复植被。

　　(3)采料场通过一系列工程防护措施，防止施工期间料场周边弃土弃渣及新开挖面遇雨冲刷流失。施工结束后通过覆土改造，植树种草，合理利用。

　　(4)主体工程及导流系统，通过工程防护措施，基本控制开挖作业面和弃土处置过程中的水土流失。

　　(5)施工道路修建扩建地段配合削坡、防护处理、增设排水沟、植树种草等措施以达到稳固边坡、防冲防塌、绿化道路的目的。

　　(6)施工企业及生活管理区既要做好施工阶段的临时性防护，还要注重施工结束后的迹地恢复、土地复垦等，通过绿化美化综合治理，将坝下游两岸的管理与生活区改造成风景区。

　　3．防治分区及措施总体布局

　　(1)水土流失防治分区
　　水土流失防治将分弃渣场、采料场、主体工程、施工道路、施工企业及施工管理等区域，分别进行重点防治规划，提出防治水土流失的具体对策与措施。

　　(2)水土保持措施总体布局
　　根据防治原则及分区特点，皂市水利枢纽工程水土流失防治以工程措施为先导，在渣场沟道建立防洪拦渣工程，使坡面和沟道弃渣，在“点”上集中拦蓄；在河道沿岸、公路两侧建立拦渣护坡、排洪渠，使河滩、道路两侧弃渣在“线上”集中控制，利用工程措施保证近期内建设弃渣不出沟、不下河。在新增水土流失得以集中拦蓄的前提下，通过“面”上的林草植被建设和土地复垦利用措施，保护新生地表，改善生态环境，实现水土流失防治由被动控制到开发治理的转变。 ■

(作者单位：长江水资源保护科学研究所)
责任编辑 王晓平