史小棟，尹 嫚，操昌碧(中國電建集團(tuán) 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130)

金沙江上游葉巴灘水電站特大型棄渣場堆置方案研究

史小棟，尹 嫚，操昌碧

(中國電建集團(tuán) 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130)

特大型棄渣場；堆置方案；葉巴灘水電站；金沙江上游

以降曲河特大型棄渣場為例，從防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系及風(fēng)險程度等方面對該渣場擬采取的三種堆置方案進(jìn)行分析比較，最終明確降曲河特大型棄渣場選用溝道型/庫底型棄渣場最為合適。溝道型/庫底型棄渣場不僅選址符合《水電建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)相關(guān)要求，而且防洪工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)最低、防治措施體系簡單、風(fēng)險程度最低。

葉巴灘水電站位于四川省甘孜州白玉縣、西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺縣和江達(dá)縣境內(nèi)，是金沙江上游干流河段上規(guī)劃的13個梯級水電站中的第7個梯級電站，工程等級為Ⅰ等大(一)型。水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高224 m，水庫正常蓄水位2 889 m，死水位2 855 m。水電工程棄渣場具有場址選擇困難、棄渣量較大、棄渣造成的水土流失危害嚴(yán)重等特點[1]。目前，由于對棄渣主要采取的處理措施為設(shè)置棄渣場集中堆放并加以防護(hù)，所以棄渣場的水土保持設(shè)計是水電工程水土保持設(shè)計的重中之重。水電站施工總布置規(guī)劃的單個棄渣場堆渣量往往達(dá)幾百萬方，堆渣高度達(dá)幾百米，加之受地形、地質(zhì)條件限制，在選擇渣場時往往涉及水庫淹沒、不良地質(zhì)災(zāi)害等不利條件，這更是給棄渣場的水土保持設(shè)計提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。以降曲河特大型棄渣場為例，從防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系及風(fēng)險程度等方面對該渣場擬采取的三種堆置方案進(jìn)行分析比較，明確最終的選擇結(jié)果，可為今后同類水電工程特大型棄渣場的規(guī)劃布置提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 棄渣場概況

降曲河棄渣場位于水電站壩址上游600 m處降曲河河道范圍內(nèi)，屬水庫淹沒區(qū)。棄渣場高程2 733～2 855 m，主要堆放大壩工程、導(dǎo)流工程、引水工程、壩區(qū)危巖體防護(hù)工程及部分道路工程開挖產(chǎn)生的棄渣，總堆渣量1 258萬m3，占地面積46.60 hm2，占地類型以林地、草地、水域為主。由于項目區(qū)附近谷坡陡峻，平緩階地匱乏，所以降曲河棄渣場不僅要解決工程棄渣問題，而且要提供大量的施工場地，以保證主體工程的順利施工。

2 棄渣場規(guī)模、堆置方案及類型

2.1 棄渣場規(guī)模

《水電建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5419—2009)(以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》)規(guī)定：堆渣總量大于300萬m3或堆渣體最大高度大于150 m，渣場規(guī)模為特大型棄渣場。降曲河棄渣場總堆渣量達(dá)1 258萬m3，為特大型棄渣場。

2.2 棄渣堆置方案及渣場類型

按照棄渣場地形條件、棄渣場與河(溝)相對位置、洪水處理方式等，可將棄渣場分為溝道型、臨河型、庫區(qū)型、坡地型和平地型等5種類型。根據(jù)洪水處理方式及堆渣方式，又可將溝道型棄渣場分為截洪式、滯洪式、填溝式3種[3]。按照棄渣堆置高度與水庫正常蓄水位、死水位的相對關(guān)系，又可將庫區(qū)型棄渣場細(xì)分為庫面型、庫中型和庫底型三類[1]。

現(xiàn)對降曲河棄渣場棄渣堆置方案逐一進(jìn)行比對分析，以確定最優(yōu)方案。

方案一：臨河型/庫面型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河右岸，渣腳處會受降曲河設(shè)計洪水影響(P=1%)，此時渣場為臨河型；運行期，棄渣場頂高程為2 910 m，高于本電站正常蓄水位2 889 m，此時渣場為庫面型。

方案二：溝道型/庫中型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內(nèi)，渣體將河道部分填埋，此時渣場為溝道型截洪式；運行期，棄渣場頂高程為2 875 m，高于水電站死水位、低于正常蓄水位，此時渣場為庫中型。

方案三：溝道型/庫底型棄渣場。施工期，將棄渣堆放于降曲河河道內(nèi)，渣體將河道部分填埋，此時渣場為溝道型截洪式；運行期，棄渣場頂高程為2 855 m，與電站死水位相同，此時渣場為庫底型。

降曲河棄渣場三種堆置方案詳見表1。

表1 降曲河棄渣場三種堆置方案

3 防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及防護(hù)措施體系

3.1 防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，特大型棄渣場防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為P=1%～2%。考慮到該渣場位于大壩上游，若失事則對主體工程施工和運行有重大影響，因此將棄渣場防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)取為P=1%(100年一遇)。水庫蓄水后，設(shè)置在水庫淹沒區(qū)范圍內(nèi)的永久棄渣場，防洪標(biāo)準(zhǔn)不超過P=5%(20年一遇)。

降曲河棄渣場三種堆置方案防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 降曲河棄渣場三種堆置方案防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

3.2 防護(hù)措施體系

3.2.1 臨河型/庫面型

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，須在棄渣場迎水側(cè)坡腳布設(shè)攔渣堤，正常蓄水位以下的迎水坡面采取斜坡防護(hù)措施，以上坡面及渣頂面采取植物措施進(jìn)行防護(hù)。

根據(jù)上述規(guī)定及水土保持相關(guān)要求，在渣腳處設(shè)置重力式漿砌石攔渣堤進(jìn)行攔擋，堤高3 m、頂寬1.2 m、基座厚1 m。為了防止庫區(qū)水位消落對渣體坡面造成沖刷，對坡面實施干砌石護(hù)坡，厚度為50 cm，護(hù)坡頂高程為水庫正常蓄水位加80 cm的安全超高[4]。為了防止渣場頂部坡面匯水沖刷渣體表面，在渣場頂面以上設(shè)置截(排)水措施，截(排)水措施防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%(10年一遇)24 h最大降雨量[4]。正常蓄水位以上坡面及渣頂面進(jìn)行綠化覆土并種植適生灌草進(jìn)行植被恢復(fù)。

3.2.2 溝道型/庫底型

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，棄渣場上游洪水通過設(shè)置的防洪排導(dǎo)工程排至下游，渣腳處通過設(shè)置攔渣堤進(jìn)行擋護(hù)。棄渣場設(shè)計的防洪排導(dǎo)工程由攔洪壩和泄洪隧洞工程組成。攔洪壩采用復(fù)合土工膜心墻堆石壩，壩頂寬10 m、長85 m，壩體迎水面及背水面坡比為1∶2，迎水面采取30 cm厚干砌石進(jìn)行防護(hù)。泄洪隧洞由進(jìn)口段、洞身段和泄槽段組成，長約2 700 m，按無壓流設(shè)計，斷面結(jié)構(gòu)型式為拱門型，進(jìn)水口及洞身段寬5.5 m、高4.5～8.5 m。在棄渣場渣腳處設(shè)置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫面型”相關(guān)設(shè)計內(nèi)容。

3.2.3 溝道型/庫中型

棄渣場上游防洪排導(dǎo)工程組成及設(shè)計同“3.2.2溝道型/庫底型”相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，但防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)由P=5%(20年一遇)提高到P=1%(100年一遇)，泄洪隧洞進(jìn)水口及洞身段寬度及高度均加大，斷面寬7.5 m、高8.5～10.5 m。在棄渣場渣腳處設(shè)置漿砌石攔渣堤，堤型及斷面尺寸同“3.2.1臨河型/庫面型”相關(guān)設(shè)計內(nèi)容。另外，為了防止庫區(qū)水位消落對渣體坡面和頂面造成沖刷，實施干砌石護(hù)坡，厚度為50 cm。

降曲河棄渣場三種堆置方案防治措施體系詳見表3。

表3 降曲河棄渣場三種堆置方案防治措施體系

4 風(fēng)險程度分析

降曲河棄渣場若為溝道型/庫底型棄渣場，為了排導(dǎo)渣場上游河水將實施防洪排導(dǎo)工程，另外還要在坡腳處設(shè)置攔渣工程進(jìn)行擋護(hù)。渣體全部位于死水位以下，對主體工程施工和運行基本無影響。

降曲河棄渣場若為溝道型/庫中型棄渣場，同樣需要建設(shè)防洪排導(dǎo)工程，相比溝道型/庫底型棄渣場，由于防洪排導(dǎo)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高，土石方開挖及防洪排導(dǎo)工程防護(hù)措施量將增加。同時，為了防止庫區(qū)水位消落對渣體坡面和頂面造成沖刷，需要實施斜坡防護(hù)工程進(jìn)行防護(hù)。

降曲河棄渣場若為臨河型/庫面型棄渣場，須實施攔渣工程、斜坡防護(hù)工程、截(排)水工程和植被建設(shè)工程，投資有所增加。運行期，棄渣場頂高程高于正常蓄水位，堆渣高度大于150 m，因為渣場下游為樞紐工程區(qū)，所以對主體工程施工和運行會有重大影響。

綜上所述，從風(fēng)險角度分析，溝道型/庫底型棄渣場為最優(yōu)推薦方案。

5 結(jié) 語

水電工程棄渣場是水土流失防治的重點和難點，棄渣堆置方案的不同將對防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和水土流失防護(hù)措施體系布設(shè)有著重要的影響[2]。以降曲河棄渣場為例，從防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、防治措施體系布設(shè)及風(fēng)險程度等方面對三種不同堆置方案進(jìn)行了分析對比，得出以下結(jié)論：降曲河棄渣場最合適渣場類型為溝道型/庫底型，這種類型的渣場不僅符合《技術(shù)規(guī)范》的要求，而且其防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)最低，防治措施體系較簡單，水土保持工程措施設(shè)計難度和投資均可有效降低。另外，形成的渣場頂面有利于整個工程的施工場地布置，也符合水土保持及工程建設(shè)相關(guān)要求；施工期間可通過設(shè)置簡單的防洪排導(dǎo)工程和攔渣工程來有效防治水土流失，運行期渣體全部位于死水位以下，水土流失較少，且對主體工程施工和運行基本無影響。

[1] 高寶林，周全，高武林.水電工程棄渣場水土保持措施設(shè)計探討[J].中國水土保持，2011(3)：36-38.

[2] 吳偉，杜運領(lǐng).水電工程復(fù)合型棄渣場水土保持設(shè)計探討[J].中國水土保持，2014(1)：40-42.

[3] 中華人民共和國水利部.水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范：SL 575—2012 [S].北京：水利部，2012:1-10.

[4] 操昌碧.水庫型棄渣場水土保持工程措施的設(shè)計[J].水電站設(shè)計，2009(3)：46-51.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

S157.2

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1000-0941(2017)01-0028-03

史小棟(1982—)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持研究工作。

2016-03-10