水环境治理与生态保护：工程扰动对水土流失的影响及预防措施

水利水电工程建设中的水土保持主要是在工程措施和植物措施两方面把水土保持和工程建设充分考虑进来，处理好局部治理和全局治理、单项治理措施和综合治理措施的关系，相互协调，使工程施工及运行过程中造成的水土流失控制到最低限度，既保证短期内减少流域土壤侵蚀和入库泥沙量，又从根本上改善流域水文环境，实现水库流域生态系统可持续发展。

工程建设中水土流失主要来自护岸工程施工、清基、削坡产生的弃土、弃碴，以及施工场地平整，施工道路修建及施工临时占地等。同时，工程扰动或破坏原地貌会新增水土流失，主要是护岸工程区、施工附企业及管理区、施工道路、弃土弃碴场和占地拆迁安置区等区域。

（一）水利水电工程施工区水土流失形成的原因

地表形态发生变化，原地形、地貌由于开挖、扰动、堆弃等形成新的形态，使水土流失的影响因子——坡度、坡长变化极大，许多边坡处于不稳定状态，加剧了水土流失；地表组成物质发生变化，经过扰动的原地表土壤变成了由土壤、岩石等组成的松散堆积物，抗侵蚀能力下降，适宜种植的水土保持林、草品种已发生改变；地表植被受到破坏，工区原有的水土保持功能降低；降雨、径流过程发生变化，洪水过程往往陡涨陡落，水土流失程度加剧。一些项目对地下水也造成较大影响，使地下水水位下降，表层土壤干燥，地表植被退化，水土流失加重。

（二）工区水土保持

按照《开发建设项目水土保持方案技术规范》的规定，工程建设水土流失防治责任范围包括项目建设区和直接影响区。项目建设区包括护岸工程区（包括护坡工程区和护脚工程区）、施工附企业及管理区、施工道路、弃殖场等，直接影响区包括临时码头施工、道路影响区及其他影响区。

工区水土流失防治涉及工区建设的整体布局、生产工艺、建设和施工方式。其恢复治理又涉及地质、土壤、环境保护、生态、土地复垦、土地整治等领域。防治措施主要有护坡工程、拦碴工程、土地整治工程、绿化工程等。

水土保持需遵照《水土保持法》及相关法律、法规的要求，贯彻“预防为主、防治并重、因需制宜、因害设防、水土保持与生产建设安全相结合”的原则。

在工程建设和施工中尽量减少对植被的破坏，如建设项目的征地、取土、采石、弃碴等应尽可能少占地，减小对原有植被的影响；剥离的表土，废弃的砂、石、土等必须堆放在规定的专门存放地，并采取拦挡措施，不得向江河、湖泊、水库和专门存放地以外的沟渠倾倒；建设场地的边坡必须修建护坡或其他防护工程，如公路的高、陡边坡的防护等；开挖面、剥离面必须采取措施恢复表土层和植被，防止水土流失，尽快恢复土地的使用价值，恢复或改善生态环境。这类项目在开工建设前应制定水土保持方案，经相关水行政主管部门批准后实施，以有效控制和治理工区的水土流失。

（三）弃碴场水土保持

弃碴水土流失主要发生在坡面上，经常发生的水土流失形式有沟蚀、滑坡和坍塌。影响弃碴流失的因素较多，主要与弃碴堆放的地理位置、地形条件、汇流区径流的动力条件、弃碴的粒径组成等物理特征以及防治措施状况等因素有关。弃碴场水土流失防治措施主要有：

1.堆碴及护坡措施

弃碴堆放采取“边拦边弃”。“回填压实”的方式，弃碴场堆確坡面坡比控制在1∶1.5以内，坡脚采取干砌石固脚，坡面采取干砌石护坡（护坡厚度为0.2m）；在地形坡度较大的弃碴场，应修筑拦碴坝，以防止弃碴场底部水土流失；弃碴堆放至设计地面高程后，堆碴面结合堤防防浪林建设采用乔、草相结合的方式，进行迹地恢复，植被恢复选择乡土树种。

2.排水措施

为防止顶雨直接冲刷弃碴坡面，坡面设坡度向下坡导流。为汇集山涧水，弃碴场设置排水沟、急流槽及消力池，将流水引入坡底排水沟中。弃碴场横坡上设梯形边沟，将山坡水截入沟中。急流槽砌筑在弃碴场坡面上，按原阶梯状用浆砌片石砌筑槽底部，并利用其阶梯状坡面消能。

3.弃碴场改造

在弃碴堆放至设计地面高程后，为充分利用土地资源，恢复和改善土地生产力，应对其进行整治利用。整治后的土地可以通过种植树木或播草籽，改良土壤。复垦后可以作为农业用地、林业用地和牧业用地。根据水土保持土地整治措施要求，农业用地一般覆土80～100cm、林业用地覆土50～80cm、牧业用地覆土30～50cm。

（四）道路水土保持

水利水电工程涉及的道路建设水土流失主要发生在施工建设过程中，如果不采取措施加以控制，水土流失往往非常严重，甚至引发滑坡、泥石流，造成灾难性后果。

1.道路建设产生水土流失的原因

开挖和排弃废弃物占压和破坏林草植被，使地表失去原有保护，并形成很多松散的裸露地面，在降水、大风等作用下极易产生水土流失；道路建设穿山过岭，破坏了原始的地形、地貌，形成许多不稳定、易产生水土流失的地段和边坡；在道路建设周边地区，如道路排水区、施工临时占地区等，因建设活动加重水土流失。

针对工程项目区可能发生的水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀等危害，采取不同的防止措施，特别是在高山峻岭和风沙地区修建道路时，更应充分注意水土保持工作。

2.道路水土保持的措施

（1）路基路面排水

路基应设置完善的排水设施，以排除路基、路面范围内的地表水和地下水，保证路基和路面的稳定，防止路面积水影响行车安全。路基地表排水可以采用边沟、截水沟、排水沟、跌水及急流槽、拦水带、蒸发池等设施。

挖方路段及高度小于边沟深度的填方路段应设置边沟。边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1∶1.0～1∶1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。为汇集并排除路基挖方边坡上侧的地表径流，应设置截水沟。挖方路基的截水沟应设置在坡顶5m以外。

填方路基上侧的截水沟距填方坡脚的距离不应小于2m。截水沟横断面可以采用梯形边坡视土质而定，一般采用1∶1.0～1∶1.5，深度及底宽不宜小于0.5m，沟底纵坡不应小于0.5%。

将边沟、截水沟、边坡和路基附近积水，引排至桥涵和路基以外时，应采用排水沟。排水沟横断面一般为梯形，边坡可以采用1∶1.0～1∶1.5，横断面尺寸根据设计流量确定，深度和底宽不宜小于0.5m，沟底纵坡宜大于0.5%，在特殊情况下可以采用0.3%。水流通过陡坡地段时可以设置跌水和急流槽。跌水和急流槽应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。各部位尺寸应根据水文、地形、地质及当地气候条件确定。

当路基范围内露出地下水或地下水位较高，影响路基、路面强度或边坡稳定时，应设置暗沟（管）、渗沟、检查井等地下排水设施。高速公路或一级公路应设置路面排水设施。路面排水设施由路肩和中央分隔带排水设施组成。

（2）路基防护

路基防护工程是保证路基稳定，防止水土流失，改善环境景观和保护生态平衡的重要设施。边坡防护工程应在稳定的边坡上设置，在适宜于植物生长的土质边坡上，应优先采用种草、铺草皮、植树等植物防护措施；岩体风化严重、节理发育、软质岩石等的挖方边坡以及受水侵蚀、植物不生长的填方边坡可以采用护面墙、砌石（混凝土块）等工程防护措施；沿河路基，在受水浸淹和冲刷的路段，可以采用挡土墙、砌石护坡、石笼、抛石等直接防护措施；对高速公路、一级公路的路基边坡，应根据不同地质情况及边坡高度，分别采取植物、框格、护坡等防护；对石质挖方边坡可以采用护坡、护面墙及错喷混凝土等防护形式。各种防护措施可以配合使用，并注意相互衔接。

（3）道路绿化工程

道路绿化工程主要是指道路防护林。道路防护林通过庞大的根系网络固持土壤，防止路基由于雨水的冲刷而被破坏，或因湿软而塌陷下沉，同时还可以防止路旁的边坡崩塌、落石、泻溜等破坏路面，影响交通；林带的茂密树冠可以为路面遮荫，避免温度的急剧变化，从而保护沥青路面，延长沥青路面的使用时间；林带的防风作用可以减少路面的积沙、积雪对交通的阻碍，维持交通畅通，减少护路费用，提升行车安全；道路防护林对道路及周围环境的调节，可以防止烈日暴晒，寒风袭击，提升人们旅行的舒适度；同时道路防护林又是一项重要的林产品资源，可以获得木材、薪柴、饲料、肥料等。水利水电工程道路防护林包含水利水电工程建设所涉及到的公路防护林和乡村道路防护林。

在公路、乡村道路等道路两侧营造人工林带，其目的是防止道路及周围的水土流失，防风固沙，巩固路基，保护路面，维护交通环境，延长道路使用期限，美化道路景色，减少司机驾驶疲劳，提升行车安全。道路防护林由一行到多行树木组成，配置形式多样，结构各异。

公路防护林配置的最简单形式是在道路两侧各栽植一行至两行乔木或灌木，较复杂的配置是乔灌混交、针阔混交的多行树木组成的林带。在重要的大型公路、高速公路两侧，一般都设置有较宽的绿化带，与路边的防护林带一起形成道路防护林。在分上、下行车道的公路上，在分车带一般用灌木、攀缘植物或草皮进行绿化；在小型公路上，一般只设置单行防护林带：在填方的路基坡面上，一般栽植较密集的灌木或草皮进行护坡；在交叉路口、急弯处不宜栽植高大乔木，可以用花草、低矮灌木代替。

在乡镇道路和田间道路上，由于路面比较窄，一般将树木栽植在路肩下的沟（堑）坡上或沟外侧的地埂上，一般栽植一行至两行树木。

施工完毕后进行平场、植被恢复，即对废弃的临时道路采取清理场地，平整土地，植被恢复措施；对加固拟保留的原土堤道路，施工结束后布置行道树进行植被恢复。

（五）施工附企业及管理区水土保持(www.xing528.com)

施工附企业及管理区由于施工人员活动频繁、机械进出较多，基本丧失了耕作性能。因此根据全面防护的要求，在施工前，应将原有的地表有肥力土壤推至一旁堆放，待施工完毕后，再将这些熟土推至施工区和施工生活区以便恢复原有表层，以利于今后耕作，并同时结合堤防防浪林建设进行植被恢复。

（六）直接影响区水土保持

直接影响区主要是指局部工程影响段，包括施工临时道路两侧一定范围及施工区周围影响区域。其中施工临时道路两侧主要考虑施工运输过程中弃碴的撒落；在弃碴场外圈未征用的范围内运输过程中也难免有撒落现象发生，对这些影响重点地段要做好施工期间的环境保护和水土保持管理，做到文明施工。

（七）库区滑坡防治

1.库区滑坡分类

在库区流域开展的水土流失预防和治理，其目的是保证水库设计寿命，防止水库泥沙淤积，改善和调节水库来水的季节动态和入库水质，提高水库电站的水能利用效率。库区水土保持应根据水库的利用功能，开展有针对性的水土流失综合治理。在饮用水源水库库区进行的水土保持，要十分注意水质的保护；对以灌溉和防洪为主要功能的水库以及以防洪与发电为主要功能的水库，防止水库泥沙淤积是水土流失治理的主要目标。库岸周边水土流失的治理是库区水土保持的重要项目。库岸周边由于受到水库水位变化的影响，有可能导致库岸土体失稳、坍塌，土石体堆积在库区。

滑坡广义指斜坡上的部分岩（土）体脱离母体，以各种方式顺坡向下运动的现象；狭义指斜坡上的部分岩（土）体在重力作用下，沿一定的软弱面（带）产生剪切破坏，整体向下滑移的现象。运动的岩（土）体被称为变位体或滑移体，未移动的下伏岩（土）体被称为滑床。

2.库区滑坡治理措施

（1）排水工程

排水工程可以减轻地表水和地下水对坡体稳定性的不利影响，排水工程包括地表水排水工程和地下水排水工程。

地表水排水工程：地表水排水工程既可以拦截病害斜坡以外的地表水，又可以防止病害斜坡内的地表水大量渗入，将其尽快排走。地表水排水工程分为防渗工程和水沟工程两种。防渗工程包括平夯实和铺盖阻水，可以防止雨水、泉水和池水的渗透。水沟工程包括截水沟和排水沟，截水沟布置在病害斜坡范围外，拦截、旁引地表径流，防止地表水向病害斜坡汇集；排水沟布置在病害斜坡上，一般呈树枝状，充分利用自然沟谷。在斜坡的湿地和泉水出露处，可以设置明沟或渗沟等引水工程将水排走。水沟工程可以采用砌石、沥青铺面、半圆形钢筋混凝土槽、半圆形波纹管等形式。

地下水排水工程：地下水是产生滑坡的主要原因之一，地下水位与滑坡的移动量之间具有高度的相关性，该特性也在许多实践中被证实。地下水排水工程可以排除和截断渗透水，包括暗渠工程、凿孔排水工程、隧洞排水工程、集水井工程、地下水截断工程（渗沟、明沟、暗沟、排水孔、排水洞、截水墙等）。

（2）打桩工程

防止滑坡工程之一的打桩工程就是将桩柱穿过滑坡体将其固定在滑床上的工程。因其涉及的土方量小，又省工省料，施工方便，所以应用十分广泛。根据滑坡体厚度、推力大小以及防水要求和施工条件等，选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋混凝土桩等。桩的材料、规格、布置必须满足抗剪断、抗弯、抗倾斜、阻止土体从桩间或桩顶滑出的要求。

（3）防沙坝工程

在溪岸、山脚与山腹发生的滑坡，在滑坡地的临近下游筑坝阻滑，也就是在坝的上游堆沙，使其发挥推动堆土的效果，抑制在滑坡末端部分的崩溃或流动，防沙坝工程是有效的工程方法之一。但坝的位置，原则上应能设在不受滑坡影响的稳定场所，不得不建筑在滑坡地内时，有必要采用框坝或钢制自由框等。

根据坝的平面形状，防沙坝工程有直线坝、拱坝、混合坝之分；按建筑材料划分有混凝土坝、卵石混凝土坝、堆石坝、混凝土框坝、钢坝、木坝、石笼坝等。

（4）挡土墙工程

挡土墙工程可以用来防止崩塌、小规模滑坡及大规模滑坡前缘的再次滑动，挡土墙的构造有重力式、半重力式、倒T形或L形、扶壁式、支垛式、棚架扶壁式和框架式等。对于坡脚较坚固、允许承载力较大的滑坡与崩塌体采用重力式挡土墙效果较好，这类挡土墙又可以分为片石垛、浆砌石挡墙、混凝土挡墙和空心挡墙等。当滑动面出露在斜坡上较高位置，坡脚基底较坚固时，一般采用空心挡墙（明洞）。当滑坡体较薄且具有多个滑动面时，则可以采用分级支挡的办法。其他几种类型的挡土墙一般采用钢筋混凝土修筑。在滑坡地区，地盘的变动巨大，并且涌水也多，所以一般使用即使稍有变形也保持有良好的排水机能的框架工程。框架工程，使用木材、混凝土、角材等制作框架，在其中装入粗石。

按照《建筑边坡工程技术规范》的规定：一般对岩质边坡和挖方形成的土质边坡宜采用仰斜式挡土墙，高度较大的土质边坡也宜采用仰斜式挡土墙。

（5）滑动带加固工程

采用机械的或物理化学的方法，提高滑动带强度，防止软弱夹层进一步恶化，其中包括普通淮浆法、化学灌浆法、石灰加固法和焙烧法等。

（八）库区水土保持

1.库区水土保持的主要措施

库区流域水土保持林草措施主要是营建水源保护林体系。在对水源保护区生态经济分区、水源保护林分类和水源保护林环境容量进行分析的基础上，根据流域地质、地貌、土壤、气候条件配置高效稳定的水源保护林体系，充分发挥森林植被的水文调节、侵蚀控制和水质改善功能。

库区水土保持农业技术措施包括等高耕作、免耕法、间作套种等，辅以合理施肥和采用生物农药等管理措施，减少养分流失量及有机农药污染，保护水质。此外，建立植物过滤带来吸收、净化地表径流中的氮、磷及有机农药污染，可以起到良好的水质净化作用。植物过滤带带宽一般为8～15m，植物种类随不同地理气候区和当地条件而异。

库区流域土保持工程措施包括坡面治理工程、沟道治理工程以及库岸防护工程等。坡面治理工程通过改造坡耕地、改变小地形的方法防止坡地水土流失，使降雨或融雪径流就地入渗，同时将未能拦截的径流引入小型蓄水贮水工程。在易发生重力侵蚀的坡面上，修筑排水工程或支撑建筑物，防止滑坡、崩塌等灾害。沟道治理工程（例如沟头防护工程、拦沙坝、谷坊、淤地坝以及沟道护岸工程等）可以防止沟头前进、沟床下切、沟岸扩张，减缓沟床纵坡、调节洪峰流量，并将山洪或泥石流的固体物质分段沉降，避免进入水库。库岸防护工程包括护岸与护基（或护脚）两种。

2.植被措施

库区库岸防护林由靠近水边的防浪林、在防浪林上侧的防风林和在最外侧的防蚀林等三部分组成。

（1）库区库岸防护林的作用

库区库岸防护林对于固持库岸，防止库岸崩塌，减少水库库岸周围进入水库的泥沙，美化水库库区环境，特别是降低干旱地区水库的蒸发均有重要的作用。在库岸周围种植茂密的灌木，使波浪通过树干、树叶间受到阻力和摩擦，具有显著降低浪高与风浪冲击力的效果。

（2）库区库岸防护林的营造技术

防浪林是配置在靠水边一侧以防止风浪冲淘岸基为目的的灌木林带，一般沿林带的起点栽植几行到几十行灌木，在迎风面要加大宽度，选择耐水湿、根系发达、枝条柔软、枝叶茂密的树种，尽量加大栽植密度，使坡面得到充分的覆盖；同时在防浪林以下种植一些水生植物，以抵抗水位下降时波涛对库岸的冲击。防风林是配置在库岸以降低库面风速为主要目的的林带，一般沿库岸配置乔、灌相结合的防风林带，林带以稀疏结构为宜，由10～20行树组成，要选择耐水湿、枝叶发达的树种。防蚀林是指配置在库岸周围阻止泥沙直接进入水库的防护林带，林带的宽度一般在20m以上，以耐旱灌木为主，紧密型结构，在当地允许的条件下尽量加大密度，以得到有效的固体径流过滤效果。

库岸防护林的配置起点取决于防洪高水位、正常蓄水位、最低水位等不同设计水位出现的频率和持续的时间；当防洪高水位出现的频率比较少，持续时间短，不至于影响到耐水湿乔木的生长时，可以以正常蓄水位的壅水位作为防护林配置的起点；如果气候干旱、水位经常维持在正常蓄水位以下时，可以从正常蓄水位以下作为防护林的配置起点。

3.护岸工程措施

护岸工程采取修建基脚、枯水平台、埋设倒滤沟、浆砌石排水沟、浆砌石截流沟、砌石（混凝土预制块）护坡等措施。护坡工程主要是对不稳定斜坡、岩体、土体所采取的防护性工程措施，主要包括挡土墙、砌石、抛石、喷浆、格状框条、混凝土及锚固等多种护坡形式。在实际工程中，一般采用综合护坡工程，以期达到最佳效果。护坡工程在满足防护要求的前提下，也要尽量满足植被恢复和重建的条件，以达到工程护坡与植被护坡的有效结合。