沙梁水電站主體工程建設對水土環(huán)境的影響評價分析

靳小強，黃永艷，牛 盟

(陜西瀚泰水利水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710006)

1 工程概況

沙梁水電站是金水河干流規(guī)劃的第二級水電站。其取水樞紐位于金水河及其一級支流西河匯合口下游約0.5 km的金水河干流上，發(fā)電廠房位于佛坪縣栗子壩鄉(xiāng)下游約7.5 km處的八畝田木材檢查站對岸的山坡腳下，距佛坪縣約37.5 km。取水樞紐與發(fā)電廠房之間有引水隧洞和壓力管道連接。沙梁水電站所在地屬于秦嶺及關山保護區(qū)和秦巴山區(qū)重點治理區(qū)、國家級漢江上游預防保護區(qū)。水土流失防治標準執(zhí)行等級為一級。

2 主體工程建設方案比選

2.1 壩址方案比選

兩壩址方案設計比選相關情況與指標詳見表1。由表1對比分析結果看，主體設計比選認為：兩壩址相距較近，均位于河道順直段，地形地質(zhì)條件較為相似。上壩址除了引水洞線較下壩址長190.0 m，具有以下優(yōu)點：(1)上壩址閘壩寬度、長度、以及泄洪沖沙建筑物閘孔尺寸相對較小，總體布置緊湊；(2)上壩址引水口引水角為50°，下壩址為58°，相較而言，上壩址引水條件稍優(yōu)于下壩址方案；(3)下壩址河段目前存在廢棄的低壩引水樞紐，工程實施存在拆除問題，且下壩址施工場地需修建長約200 m交通道路，工程實施難度相對較大；(4)上壩址工程投資少于下壩址。

綜合分析認為，上壩址引水洞線雖較下壩址長190.0 m，但屬地下工程不擾動地表植被；上壩址閘壩寬度、長度、以及泄洪沖沙建筑物閘孔尺寸相對較小，總體布置緊湊，占地面積將小于下壩址；并且，下壩址需要拆除現(xiàn)有的低壩引水樞紐，并且施工場地需修建長約200 m交通道路。由此看來，下壩址的開挖量較上壩址的大，擾動的地表面積會更多，造成的水土流失也會更多，因此，從水土保持角度，同意主體設計推薦的上壩址方案。

2.2 廠址方案比選評價

選取兩個廠址進行比較，即上廠址、下廠址。兩廠址方案設計比選相關情況與指標詳見表2。由表2對比分析主體設計可知，在兩方案布置型式基本相同的條件下，通過地形地質(zhì)條件、廠區(qū)布置、山坡處理、施工條件、發(fā)電水頭等方面進行比較分析，兩方案基本一致，下廠址主副廠房、廠區(qū)及開關站建筑工程投資為840.59萬元，上廠址主副廠房、廠區(qū)及開關站建筑工程投資為901.42萬元，上廠址比下廠址投資多60.83萬元。同時，下廠址的引水洞長于上廠址，但下廠址的壓力管道比上廠址的短，并且，土石方開挖量和廠房的占地面積都比上廠址的小。從整體看，下廠址對地表的擾動將會小于上廠址，可能造成的水土流失量也會較少。綜合比較，下廠址較優(yōu)。

2.3 方案比選水保持制約因素分析

2.3.1 工程選址制約性因素分析

(1)工程選址位于佛坪縣境內(nèi)的金水河流域中游，河流陡峻，區(qū)內(nèi)以變質(zhì)巖分布為主，構成了本區(qū)域崇山峻嶺為主要特征的中低山地地貌景觀。取水樞紐水庫區(qū)周邊山體雄厚，其淹沒區(qū)及臨近地段基巖較完整，庫盆封閉條件較好，不會產(chǎn)生永久滲漏，水庫蓄水后，不會出現(xiàn)較大規(guī)模的塌岸、滑坡等不利于水庫正常運行的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。相應的地震基本烈度為Ⅵ度。(2)工程選址不在生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。(3)工程樞紐布局緊湊合理，合理控制了用地范圍。(4)工程范圍不涉及國家、地方自然保護區(qū)及水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡布置點。綜合所述，選址并無制約性因素。

2.3.2 棄渣場選址制約性因素

(1)棄渣場距離村莊居民點較遠，不會影響周邊公共設施、工業(yè)企業(yè)、居民點等的安全。棄渣后將實施覆土復墾，能夠恢復原有耕地面積。(2)由于工程區(qū)內(nèi)溝道狹窄陡峻，設計選擇的三處棄渣場均位于金水河彎道凸岸的灘地上，若不采取好攔擋措施，容易產(chǎn)生水土流失，對行洪產(chǎn)生影響。

2.3.3 取料場選址制約性因素

(1)本次主體設計選取了兩個砼骨料場，均設在金水河河灘地上，砼骨料沒有在人民政府劃定的崩塌和滑坡危險區(qū)、泥石流易發(fā)區(qū)內(nèi)，無制約性因素。(2)主體選取的一個土料場布設在樞紐工區(qū)的棄渣場內(nèi)，不增加開挖面積，也無制約性因素。

2.3.4 施工組織設計制約性因素

(1)由于地形限制，本工程施工臨時生產(chǎn)區(qū)和施工道路占用了部分灌木林地和耕地，本方案設計施工結束后進行原地貌恢復。(2)根據(jù)主體設計的土石方平衡表，本工程土石方開挖量9.35萬 m3，填方2.32萬 m3，借方1.55萬 m3，棄方8.58萬 m3，棄方相對而言較大。(3)主體工程設計要求了將開挖的土石渣導出后及時運至棄渣場，以防止棄渣造成危害。(4)對于施工開挖、填筑、堆置等裸露面，主設未設計臨時攔擋、排水、苫蓋等措施，本次水保方案將對臨時防護措施進行補充設計。(5)主體工程設計中僅提出料場位置及用料類型，沒有料場的水土保持設計及要求，本方案對料場提出合理開采及防治措施及要求，有效控制料場水土流失。(6)本方案要求主設合理安排施工進度與時序，盡量縮小裸露面積和減少裸露時間，減少施工過程中可能產(chǎn)生的水土流失。

綜上所述，雖然沙梁水電站工程在建設過程中會產(chǎn)生水土流失，但只要通過采用相應的防護措施，將可遏制水土流失，不會產(chǎn)生較大的水土流失危害，故不存在水土保持方面制約性因素。

表1 兩壩址情況比較表

3 主體工程建設對水土環(huán)境影響評價

3.1 主體工程占地評價

本項目建設區(qū)總征占地面積為9.61 hm2，其中永久性占地3.42 hm2(包括1.63 hm2的淹沒占地)，臨時性占地6.19 hm2。對應各分區(qū)，主體工程永久占地3.42 hm2；其余棄渣場占地3.60 hm2，取料場占地0.38 hm2，施工生產(chǎn)場地0.20 hm2，臨時道路2 hm2，10 kV供電線路及臨時變電站0.01 hm2，均為臨時性占地。從占地類型上看，灌木林地3.10 hm2、河灘地3.25 hm2和耕地3.25 hm2。

從主體工程占地類型、占地面積、占地性質(zhì)分析得出，在主體工程場地位置選擇上，以盡量不去擾動耕地面積為基本原則；在主體工程場地占地面積上以優(yōu)化設計方案，充分利用外部條件，簡化設計思路，最小占地為原則；在主體工程占地性質(zhì)上，施工期間除主體工程永久占地外，盡量減少臨時占地為原則。

通過遵循以上原則，本方案認為主體工程在占地類型、面積和占地性質(zhì)上具有可行性，有利于控制施工建設過程中的水土流失。

表2 兩廠址情況比較表

3.2 土石方平衡評價

本工程土石方開挖9.35萬 m3，借方1.55萬 m3，回填2.32萬 m3，調(diào)運利用后廢棄方8.58萬 m3。

3.3 渣場布置的評價

主體工程在充分考慮回填利用后，仍有8.58萬 m3的棄渣，除了1.14萬 m3，填入砂礫料場的挖坑內(nèi)，其余均棄入渣場內(nèi)。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，項目區(qū)山高坡陡、溝道狹窄陡峻、平緩地帶少、確無滿足堆渣條件的溝道。經(jīng)反復比選，最終采納了主體工程設計的意見，三個渣場都布置于沿金水河較開闊的彎道凸岸河灘地及岸邊上。

按照彎道水流橫向螺旋狀前進的運行規(guī)律，彎道凹岸屬水流沖刷淘深側，彎道凸岸屬水流淤積區(qū)，因此在河流彎道處，一般均是凹岸為主流深槽，而凸岸均為較開闊的淤積砂卵石灘地。本方案設計的彎道灘地棄渣場在平面布置上，首先要求留足行洪河道寬度(大于附近的金水河直段河寬)，以使彎道處的洪水水位不能大幅度地壅高，否則會淹沒布置在對面凹岸上的電站廠房、或減少發(fā)電有效水頭、影響電站出力，主體工程會首先不允許的。而后做流線型曲線占用剩余的部分河灘地和岸坡耕地布置棄渣場。在與河道水流垂直方向的橫斷面上，把棄渣按照水下、水上穩(wěn)定邊坡堆成臺階狀，在棄渣場臨河側修建漿砌石(校核洪水位以下部分)、干砌石(校核洪水位以上部分)護坡及干砌石梯田田坎進行攔擋和防止洪水、雨水沖刷，渣體階梯平臺在施工期用作臨時施工場地，堆渣完畢后在渣面回覆原有表土，全面整地，撒播草木犀保土熟化、形成梯田，要求整理形成的梯田面積不小于原有耕地面積，最終交由當?shù)剞r(nóng)民復墾。因此，河流彎道凸岸棄渣場不會影響河道行洪，也不會永久性侵占山區(qū)寶貴的耕地資源，不會造成更多的水土流失，雖屬無奈之舉但這種渣場布置因地制宜、仍是合理的。

3.4 取料場布置的分析評價

本階段地勘對工程區(qū)附近進行勘探，初選了5個砼骨料料場。各料場分別位于西河、金水河河床及漫灘上，物質(zhì)組成為砂及砂礫石，其質(zhì)量基本能滿足要求，儲量大于設計用量，且開采運輸條件較好。經(jīng)比較，本階段選用4號料場(位于壩址下游約1.5km呂關河口附近的金水河河道內(nèi)，)和5號料場(位于沙梁電站廠址上游1.0 km金水河河道內(nèi))作為本沙梁電站工程的推薦砼骨料料場。河灘取料并不影響河道行洪和沖淤平衡，因此，該兩個料場布置是合理的。

本工程的塊石來自于工程的挖方棄渣，不再另設塊石料場。本工程修建圍堰所需的少量土料開采于樞紐工區(qū)棄渣場內(nèi)，土料開采完后用棄渣填平，再進行土地整治。從水保得角度看，避免了再開挖，減少了擾動地表的面積，有利避免了更多水土流失的產(chǎn)生，布置是合理的。

3.5 主體工程施工組織設計評價

3.5.1 施工建筑材料的來源

主體工程布置了2個砼骨料料場，其質(zhì)量基本能滿足要求，儲量大于設計用量，且開采運輸條件較好，塊石料利用本工程的挖方量，土料開采于樞紐工區(qū)的棄渣場，從而減少了對地表的擾動。

3.5.2 施工交通

場外交通：西漢高速公路和108國道從佛坪縣境內(nèi)通過，從工程區(qū)向南12 km經(jīng)砼路面的鄉(xiāng)村公路在洋縣秧田鄉(xiāng)即可與108國道接通，秧田鄉(xiāng)向東至佛坪縣城為108國道，距離31 km；向南經(jīng)108國道可于金水鎮(zhèn)上西漢高速公路，距離24 km。對外交通條件非常優(yōu)越。

為了驗證ISAGA的準確性，選取5個標準化的高位目標最小優(yōu)化測試問題函數(shù)gt1～gt5，函數(shù)約束條件中包括等式約束、不等式約束及混合式約束，其中gt1，gt2，gt3為Nonlinear類型、gt4為Linear類型、gt5為Quadratic類型，5個測試問題函數(shù)決策變量分別為13，5，7，8，10個[24]，因此具有較好的代表性。所有算法參數(shù)基本設置同優(yōu)化性能比較測試，而后進行對比計算，每個問題均在相同的條件下計算20次，如表2所示，其中真實解取自相關參考文獻。

場內(nèi)交通：本工程攔河低壩和電站廠區(qū)均沿金水河布置，沿金水河左岸有岳壩至秧田鄉(xiāng)鄉(xiāng)村公路通過，交通條件較好。場內(nèi)交通主要以滿足施工要求進行布置，需修建左岸鄉(xiāng)村公路至壩址、電站廠址及各施工支洞進口的臨時施工道路，作為施工期的交通運輸，采用泥結碎石路面；同時修建臨時施工便橋3座。

由此看來，施工過程中無論是場外交通還是場內(nèi)交通，條件都是非常方便的。

3.5.3 施工規(guī)劃

主體工程根據(jù)場區(qū)布置原則、場區(qū)布置條件、工程特征、施工工藝要求及各建筑物的相對位置，將施工輔助企業(yè)和臨時生活設施分三個區(qū)布置，即樞紐工區(qū)、1號施工支洞工區(qū)及電站工區(qū)。1號施工支洞工區(qū)布設在1號支洞對岸公路的左邊，樞紐施工區(qū)和電站施工區(qū)分別布設在樞紐工區(qū)棄渣場和電站工區(qū)棄渣場之內(nèi)，利用還未堆渣的渣場占地或渣面進行施工生產(chǎn)，減少了施工臨時占地。

3.5.4 風水電及通訊

施工供風采用在各工作面單獨設置空壓機站的供應方式。生活及施工生產(chǎn)用水可就近抽取金水河河水。施工用電可從栗子壩鄉(xiāng)架設10 kV施工專線引至壩區(qū)、各施工支洞和電站廠區(qū)，各施工工區(qū)建設一座簡易10 kV變電站，供洞內(nèi)洞外施工用電。這些方案是可行的，滿足施工和生活要求。

3.5.5 施工進度安排

場內(nèi)臨建設施等工程施工1個月，安排在第一年的9月。第一年10月開始填筑一期圍堰，月底圍堰截流，形成基坑，束窄后左岸河床過流。“三通一平”施工準備工作中有一定的動土方量，而該階段處于非汛期，不會造成較大水土流失，施工準備期安排是合理的；第一年的11月開始主體施工。該階段是造成水土流失的主要階段，開挖、填筑、棄渣場棄渣等都易產(chǎn)生水土流失，主體工程施工．應合理安排施工季節(jié)。下階段設計中應該完善細化各時期的施工組織設計。

3.6 主體施工工藝評價

3.6.1 攔河壩施工工藝

攔河閘壩采用分期圍堰法在枯水期施工，已經(jīng)將工程擾動范圍降低到最低程度。施工過程，導流圍堰的堆筑與拆除，都將會擾動一定面積的地表植被，易造成新的水土流失。

3.6.2 引水系統(tǒng)施工工藝

引水隧洞：隧洞沿線圍巖類別以Ⅱ、Ⅲ類為主，施工采用先進的新奧法開挖與砌護，采用全斷面光面爆破法施工-支洞出渣、10 t自卸汽車轉運至棄渣場。該施工工藝可行，但隧道出渣、洞口開挖均易產(chǎn)生新的水土流失。

調(diào)壓井：鉆機挖吊物孔-手風鉆擴大開挖-人工扒渣-頂部立模現(xiàn)澆混凝土-井桶混凝土采用滑模由下而上施工。該施工工藝可行，但調(diào)壓井土方開挖易產(chǎn)生新的水土流失。

壓力管道：全斷面開挖-手風鉆鉆孔光面爆破-5 t自卸汽車運渣-斜井開挖，手風鉆擴大開挖-人工扒渣-壓力管道安裝-混凝土砌筑。該施工工藝可行，但斷面開挖易產(chǎn)生新的水土流失。

3.6.3 電站廠房施工工藝

土石方開挖采用手風鉆鉆孔-潛孔爆破自上而下分層進行開挖-10 t自卸汽車運渣-廠房砼澆筑。該施工工藝可行，但廠房區(qū)的土石方開挖易產(chǎn)生新的水土流失。

4 結語

總之，通過對水電站工程施工中對主體工程建設對水土保持影響的程度來看，電站主體工程選址合理，施工組織設計安排合理，堅持充分利用荒坡地，少占或不占用耕地布置生產(chǎn)、生活設施，大力壓縮臨建規(guī)模，可以有效減少工程建設擾動面積，降低棄土石方量，減少水土流失量。該工程建設可能造成的水土流失危害主要是對周邊生態(tài)環(huán)境及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的影響，只要認真落實及完善的各項防護措施，在施工過程中加強臨時防護措施、水土流失危害基本可以消除，從水土保持角度評價，并無水土保持制約性因素，該工程的建設是可行的。