沙梁水电站主体工程建设对水土环境的影响评价分析

靳小强，黄永艳，牛 盟

(陕西瀚泰水利水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710006)

沙梁水电站是金水河干流规划的第二级水电站。其取水枢纽位于金水河及其一级支流西河汇合口下游约0.5 km的金水河干流上，发电厂房位于佛坪县栗子坝乡下游约7.5 km处的八亩田木材检查站对岸的山坡脚下，距佛坪县约37.5 km。取水枢纽与发电厂房之间有引水隧洞和压力管道连接。沙梁水电站所在地属于秦岭及关山保护区和秦巴山区重点治理区、国家级汉江上游预防保护区。水土流失防治标准执行等级为一级。

2.1 坝址方案比选

两坝址方案设计比选相关情况与指标详见表1。由表1对比分析结果看，主体设计比选认为：两坝址相距较近，均位于河道顺直段，地形地质条件较为相似。上坝址除了引水洞线较下坝址长190.0 m，具有以下优点：(1)上坝址闸坝宽度、长度、以及泄洪冲沙建筑物闸孔尺寸相对较小，总体布置紧凑；
(2)上坝址引水口引水角为50°，下坝址为58°，相较而言，上坝址引水条件稍优于下坝址方案；
(3)下坝址河段目前存在废弃的低坝引水枢纽，工程实施存在拆除问题，且下坝址施工场地需修建长约200 m交通道路，工程实施难度相对较大；
(4)上坝址工程投资少于下坝址。

综合分析认为，上坝址引水洞线虽较下坝址长190.0 m，但属地下工程不扰动地表植被；
上坝址闸坝宽度、长度、以及泄洪冲沙建筑物闸孔尺寸相对较小，总体布置紧凑，占地面积将小于下坝址；
并且，下坝址需要拆除现有的低坝引水枢纽，并且施工场地需修建长约200 m交通道路。由此看来，下坝址的开挖量较上坝址的大，扰动的地表面积会更多，造成的水土流失也会更多，因此，从水土保持角度，同意主体设计推荐的上坝址方案。

2.2 厂址方案比选评价

选取两个厂址进行比较，即上厂址、下厂址。两厂址方案设计比选相关情况与指标详见表2。由表2对比分析主体设计可知，在两方案布置型式基本相同的条件下，通过地形地质条件、厂区布置、山坡处理、施工条件、发电水头等方面进行比较分析，两方案基本一致，下厂址主副厂房、厂区及开关站建筑工程投资为840.59万元，上厂址主副厂房、厂区及开关站建筑工程投资为901.42万元，上厂址比下厂址投资多60.83万元。同时，下厂址的引水洞长于上厂址，但下厂址的压力管道比上厂址的短，并且，土石方开挖量和厂房的占地面积都比上厂址的小。从整体看，下厂址对地表的扰动将会小于上厂址，可能造成的水土流失量也会较少。综合比较，下厂址较优。

2.3 方案比选水保持制约因素分析

2.3.1 工程选址制约性因素分析

(1)工程选址位于佛坪县境内的金水河流域中游，河流陡峻，区内以变质岩分布为主，构成了本区域崇山峻岭为主要特征的中低山地地貌景观。取水枢纽水库区周边山体雄厚，其淹没区及临近地段基岩较完整，库盆封闭条件较好，不会产生永久渗漏，水库蓄水后，不会出现较大规模的塌岸、滑坡等不利于水库正常运行的不良工程地质现象。相应的地震基本烈度为Ⅵ度。(2)工程选址不在生态环境脆弱区。(3)工程枢纽布局紧凑合理，合理控制了用地范围。(4)工程范围不涉及国家、地方自然保护区及水土保持监测网络布置点。综合所述，选址并无制约性因素。

2.3.2 弃渣场选址制约性因素

(1)弃渣场距离村庄居民点较远，不会影响周边公共设施、工业企业、居民点等的安全。弃渣后将实施覆土复垦，能够恢复原有耕地面积。(2)由于工程区内沟道狭窄陡峻，设计选择的三处弃渣场均位于金水河弯道凸岸的滩地上，若不采取好拦挡措施，容易产生水土流失，对行洪产生影响。

2.3.3 取料场选址制约性因素

(1)本次主体设计选取了两个砼骨料场，均设在金水河河滩地上，砼骨料没有在人民政府划定的崩塌和滑坡危险区、泥石流易发区内，无制约性因素。(2)主体选取的一个土料场布设在枢纽工区的弃渣场内，不增加开挖面积，也无制约性因素。

2.3.4 施工组织设计制约性因素

(1)由于地形限制，本工程施工临时生产区和施工道路占用了部分灌木林地和耕地，本方案设计施工结束后进行原地貌恢复。(2)根据主体设计的土石方平衡表，本工程土石方开挖量9.35万 m3，填方2.32万 m3，借方1.55万 m3，弃方8.58万 m3，弃方相对而言较大。(3)主体工程设计要求了将开挖的土石渣导出后及时运至弃渣场，以防止弃渣造成危害。(4)对于施工开挖、填筑、堆置等裸露面，主设未设计临时拦挡、排水、苫盖等措施，本次水保方案将对临时防护措施进行补充设计。(5)主体工程设计中仅提出料场位置及用料类型，没有料场的水土保持设计及要求，本方案对料场提出合理开采及防治措施及要求，有效控制料场水土流失。(6)本方案要求主设合理安排施工进度与时序，尽量缩小裸露面积和减少裸露时间，减少施工过程中可能产生的水土流失。

综上所述，虽然沙梁水电站工程在建设过程中会产生水土流失，但只要通过采用相应的防护措施，将可遏制水土流失，不会产生较大的水土流失危害，故不存在水土保持方面制约性因素。

表1 两坝址情况比较表

3.1 主体工程占地评价

本项目建设区总征占地面积为9.61 hm2，其中永久性占地3.42 hm2(包括1.63 hm2的淹没占地)，临时性占地6.19 hm2。对应各分区，主体工程永久占地3.42 hm2；
其余弃渣场占地3.60 hm2，取料场占地0.38 hm2，施工生产场地0.20 hm2，临时道路2 hm2，10 kV供电线路及临时变电站0.01 hm2，均为临时性占地。从占地类型上看，灌木林地3.10 hm2、河滩地3.25 hm2和耕地3.25 hm2。

从主体工程占地类型、占地面积、占地性质分析得出，在主体工程场地位置选择上，以尽量不去扰动耕地面积为基本原则；
在主体工程场地占地面积上以优化设计方案，充分利用外部条件，简化设计思路，最小占地为原则；
在主体工程占地性质上，施工期间除主体工程永久占地外，尽量减少临时占地为原则。

通过遵循以上原则，本方案认为主体工程在占地类型、面积和占地性质上具有可行性，有利于控制施工建设过程中的水土流失。

表2 两厂址情况比较表

3.2 土石方平衡评价

本工程土石方开挖9.35万 m3，借方1.55万 m3，回填2.32万 m3，调运利用后废弃方8.58万 m3。

3.3 渣场布置的评价

主体工程在充分考虑回填利用后，仍有8.58万 m3的弃渣，除了1.14万 m3，填入砂砾料场的挖坑内，其余均弃入渣场内。经现场踏勘，项目区山高坡陡、沟道狭窄陡峻、平缓地带少、确无满足堆渣条件的沟道。经反复比选，最终采纳了主体工程设计的意见，三个渣场都布置于沿金水河较开阔的弯道凸岸河滩地及岸边上。

按照弯道水流横向螺旋状前进的运行规律，弯道凹岸属水流冲刷淘深侧，弯道凸岸属水流淤积区，因此在河流弯道处，一般均是凹岸为主流深槽，而凸岸均为较开阔的淤积砂卵石滩地。本方案设计的弯道滩地弃渣场在平面布置上，首先要求留足行洪河道宽度(大于附近的金水河直段河宽)，以使弯道处的洪水水位不能大幅度地壅高，否则会淹没布置在对面凹岸上的电站厂房、或减少发电有效水头、影响电站出力，主体工程会首先不允许的。而后做流线型曲线占用剩余的部分河滩地和岸坡耕地布置弃渣场。在与河道水流垂直方向的横断面上，把弃渣按照水下、水上稳定边坡堆成台阶状，在弃渣场临河侧修建浆砌石(校核洪水位以下部分)、干砌石(校核洪水位以上部分)护坡及干砌石梯田田坎进行拦挡和防止洪水、雨水冲刷，渣体阶梯平台在施工期用作临时施工场地，堆渣完毕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积不小于原有耕地面积，最终交由当地农民复垦。因此，河流弯道凸岸弃渣场不会影响河道行洪，也不会永久性侵占山区宝贵的耕地资源，不会造成更多的水土流失，虽属无奈之举但这种渣场布置因地制宜、仍是合理的。

3.4 取料场布置的分析评价

本阶段地勘对工程区附近进行勘探，初选了5个砼骨料料场。各料场分别位于西河、金水河河床及漫滩上，物质组成为砂及砂砾石，其质量基本能满足要求，储量大于设计用量，且开采运输条件较好。经比较，本阶段选用4号料场(位于坝址下游约1.5km吕关河口附近的金水河河道内，)和5号料场(位于沙梁电站厂址上游1.0 km金水河河道内)作为本沙梁电站工程的推荐砼骨料料场。河滩取料并不影响河道行洪和冲淤平衡，因此，该两个料场布置是合理的。

本工程的块石来自于工程的挖方弃渣，不再另设块石料场。本工程修建围堰所需的少量土料开采于枢纽工区弃渣场内，土料开采完后用弃渣填平，再进行土地整治。从水保得角度看，避免了再开挖，减少了扰动地表的面积，有利避免了更多水土流失的产生，布置是合理的。

3.5 主体工程施工组织设计评价

3.5.1 施工建筑材料的来源

主体工程布置了2个砼骨料料场，其质量基本能满足要求，储量大于设计用量，且开采运输条件较好，块石料利用本工程的挖方量，土料开采于枢纽工区的弃渣场，从而减少了对地表的扰动。

3.5.2 施工交通

场外交通：西汉高速公路和108国道从佛坪县境内通过，从工程区向南12 km经砼路面的乡村公路在洋县秧田乡即可与108国道接通，秧田乡向东至佛坪县城为108国道，距离31 km；
向南经108国道可于金水镇上西汉高速公路，距离24 km。对外交通条件非常优越。

为了验证ISAGA的准确性，选取5个标准化的高位目标最小优化测试问题函数gt1～gt5，函数约束条件中包括等式约束、不等式约束及混合式约束，其中gt1，gt2，gt3为Nonlinear类型、gt4为Linear类型、gt5为Quadratic类型，5个测试问题函数决策变量分别为13，5，7，8，10个[24]，因此具有较好的代表性。所有算法参数基本设置同优化性能比较测试，而后进行对比计算，每个问题均在相同的条件下计算20次，如表2所示，其中真实解取自相关参考文献。

场内交通：本工程拦河低坝和电站厂区均沿金水河布置，沿金水河左岸有岳坝至秧田乡乡村公路通过，交通条件较好。场内交通主要以满足施工要求进行布置，需修建左岸乡村公路至坝址、电站厂址及各施工支洞进口的临时施工道路，作为施工期的交通运输，采用泥结碎石路面；
同时修建临时施工便桥3座。

由此看来，施工过程中无论是场外交通还是场内交通，条件都是非常方便的。

3.5.3 施工规划

主体工程根据场区布置原则、场区布置条件、工程特征、施工工艺要求及各建筑物的相对位置，将施工辅助企业和临时生活设施分三个区布置，即枢纽工区、1号施工支洞工区及电站工区。1号施工支洞工区布设在1号支洞对岸公路的左边，枢纽施工区和电站施工区分别布设在枢纽工区弃渣场和电站工区弃渣场之内，利用还未堆渣的渣场占地或渣面进行施工生产，减少了施工临时占地。

3.5.4 风水电及通讯

施工供风采用在各工作面单独设置空压机站的供应方式。生活及施工生产用水可就近抽取金水河河水。施工用电可从栗子坝乡架设10 kV施工专线引至坝区、各施工支洞和电站厂区，各施工工区建设一座简易10 kV变电站，供洞内洞外施工用电。这些方案是可行的，满足施工和生活要求。

3.5.5 施工进度安排

场内临建设施等工程施工1个月，安排在第一年的9月。第一年10月开始填筑一期围堰，月底围堰截流，形成基坑，束窄后左岸河床过流。“三通一平”施工准备工作中有一定的动土方量，而该阶段处于非汛期，不会造成较大水土流失，施工准备期安排是合理的；
第一年的11月开始主体施工。该阶段是造成水土流失的主要阶段，开挖、填筑、弃渣场弃渣等都易产生水土流失，主体工程施工．应合理安排施工季节。下阶段设计中应该完善细化各时期的施工组织设计。

3.6 主体施工工艺评价

3.6.1 拦河坝施工工艺

拦河闸坝采用分期围堰法在枯水期施工，已经将工程扰动范围降低到最低程度。施工过程，导流围堰的堆筑与拆除，都将会扰动一定面积的地表植被，易造成新的水土流失。

3.6.2 引水系统施工工艺

引水隧洞：隧洞沿线围岩类别以Ⅱ、Ⅲ类为主，施工采用先进的新奥法开挖与砌护，采用全断面光面爆破法施工-支洞出渣、10 t自卸汽车转运至弃渣场。该施工工艺可行，但隧道出渣、洞口开挖均易产生新的水土流失。

调压井：钻机挖吊物孔-手风钻扩大开挖-人工扒渣-顶部立模现浇混凝土-井桶混凝土采用滑模由下而上施工。该施工工艺可行，但调压井土方开挖易产生新的水土流失。

压力管道：全断面开挖-手风钻钻孔光面爆破-5 t自卸汽车运渣-斜井开挖，手风钻扩大开挖-人工扒渣-压力管道安装-混凝土砌筑。该施工工艺可行，但断面开挖易产生新的水土流失。

3.6.3 电站厂房施工工艺

土石方开挖采用手风钻钻孔-潜孔爆破自上而下分层进行开挖-10 t自卸汽车运渣-厂房砼浇筑。该施工工艺可行，但厂房区的土石方开挖易产生新的水土流失。

总之，通过对水电站工程施工中对主体工程建设对水土保持影响的程度来看，电站主体工程选址合理，施工组织设计安排合理，坚持充分利用荒坡地，少占或不占用耕地布置生产、生活设施，大力压缩临建规模，可以有效减少工程建设扰动面积，降低弃土石方量，减少水土流失量。该工程建设可能造成的水土流失危害主要是对周边生态环境及工农业生产环境的影响，只要认真落实及完善的各项防护措施，在施工过程中加强临时防护措施、水土流失危害基本可以消除，从水土保持角度评价，并无水土保持制约性因素，该工程的建设是可行的。