福建海岸風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)研究

肖永強(qiáng)，齊 實

(1.福建省華廈建筑設(shè)計院，福建福州 350004;2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能已經(jīng)成為世界上開發(fā)利用最快的可再生能源之一［1］。我國風(fēng)能資源豐富，大力發(fā)展風(fēng)電是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)減排目標(biāo)的重要能源發(fā)展戰(zhàn)略。“十一五”期間，我國風(fēng)電裝機(jī)容量連年翻倍增長，2010年新增風(fēng)電裝機(jī)容量約1 600萬kW，接近全球當(dāng)年新增風(fēng)電裝機(jī)容量的一半［2］。

風(fēng)電項目在建設(shè)過程中，將進(jìn)行基礎(chǔ)開挖、道路修建、輸電線路敷設(shè)等施工活動，破壞地表，容易造成水土流失。準(zhǔn)確評價風(fēng)電項目水土流失影響及其損失和收益是在審查水土保持方案時的一個重要工作內(nèi)容，而水土流失影響指數(shù)是其中的一個主要指標(biāo)［3］。水土流失影響指數(shù)(SWII)是將開發(fā)建設(shè)項目水土保持損益分析中的關(guān)鍵影響因子進(jìn)行加權(quán)求和，得到用于反映建設(shè)項目水土流失影響程度大小的綜合指標(biāo)［3－5］。姜德文(2008)按照水土流失影響指數(shù)評價方法，通過統(tǒng)計分析得出了公路、鐵路、輸油輸氣管線等12個行業(yè)的水土流失影響指數(shù)的參考指標(biāo)，并對公路項目的水土流失影響進(jìn)行了評價分析［4］;何吉成等(2010)也計算了客運(yùn)專線的水土流失影響指數(shù)［6－7］，其他研究者也在有關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了水土流失影響指數(shù)的計算［8］。

近年來，我國風(fēng)電資源開發(fā)發(fā)展較快，而此類項目還沒有可供使用的水土流失影響指數(shù)參數(shù)值。研究一套適合于風(fēng)電項目的參數(shù)值，對于量化評估風(fēng)電項目的水土保持損益有著重要意義。按照風(fēng)電場的分布區(qū)域，可將風(fēng)電場劃分為內(nèi)陸風(fēng)電場、海岸風(fēng)電場和近海風(fēng)電場三類，其侵蝕機(jī)理各不相同，內(nèi)陸風(fēng)電場以風(fēng)力侵蝕為主，海岸風(fēng)電場以風(fēng)力與水力混合侵蝕為主，近海風(fēng)電場以潮汐侵蝕為主。筆者以13個具有明顯差異的福建省海岸風(fēng)電場項目為研究對象，按照水土流失影響指數(shù)評價方法，對海岸風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出一套適合于分析海岸風(fēng)電場項目水土流失影響的參數(shù)，并對水土流失影響指數(shù)研究提出一些探討意見，以期為該指數(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

1 計算方法、數(shù)據(jù)獲取與處理

1.1 水土流失影響指數(shù)計算方法

水土流失影響指數(shù)(SWII)計算方法參考姜德文的研究結(jié)果，即將該研究成果選定的七項關(guān)鍵影響因子進(jìn)行加權(quán)求和［3－5］。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

本次研究共選取了13個海岸風(fēng)電場，均坐落于臺灣海峽東海岸。從規(guī)模上看，除葡田石城二期包括42臺裝機(jī)容量0.85 MW的風(fēng)電機(jī)組和7臺裝機(jī)容量2.0 MW機(jī)組外，其余項目單臺裝機(jī)容量均為2.0 MW，所有項目均采用目前技術(shù)上可行的一般施工工藝。各項目基本情況見表1。

表1 各項目基本情況

根據(jù)水土流失影響指數(shù)的計算方法，實際統(tǒng)計出的7個影響指標(biāo)原始值見表2。

2 風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)計算和分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

考慮到風(fēng)電場不同建設(shè)規(guī)模可能造成的影響并不相同，以單位產(chǎn)能對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行折算和修正，修正后各因子的極值見表3。

表2 影響因子原始值

表3 修正后各影響因子的極值

2.2 風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)計算

影響因子標(biāo)準(zhǔn)化采用級差標(biāo)準(zhǔn)化［5］，即將各水土流失影響因子去量綱，化為“0～1”之間的數(shù)值。

將去量綱的水土流失影響因子加權(quán)求和得到水土流失影響指數(shù)［3］。經(jīng)計算，得出風(fēng)電項目各因子歸一化標(biāo)準(zhǔn)值及水土流失影響指數(shù)，其中影響指數(shù)的平均值、最大值、最小值分別是0.362、0.905、0.176。各項目水土流失影響指數(shù)(SWII)見表 4。

表4 水土流失影響指數(shù)

2.3 地形因素對風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)的影響

從風(fēng)電場水土流失分析來看，建設(shè)期的水土流失主要發(fā)生在道路和塔基建設(shè)等開挖過程中，而開挖過程受原有地形條件和交通條件制約。從不同地形風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)來看(表5)，由大到小依次為山地、丘陵和灘涂，與可能產(chǎn)生的水土流失影響情況基本符合。

表5 不同地形條件風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)

山地風(fēng)電場一般交通不便，需新、改、擴(kuò)道路工程量大，其工程占地和水土流失總量比較大，如石城二期位于莆田秀嶼區(qū)埭頭鎮(zhèn)的大蚶山，地形落差最大，故單位產(chǎn)能產(chǎn)生的水土流失影響最為嚴(yán)重。

丘陵地區(qū)風(fēng)電場一般可利用部分鄉(xiāng)村道路，改、擴(kuò)建道路工程相對較少，產(chǎn)生的水土流失影響一般。如高山風(fēng)電一、二期工程位于福清高山鎮(zhèn)北側(cè)，均沿鄉(xiāng)村公路布設(shè)，利用現(xiàn)有道路即可，大大節(jié)省了道路建設(shè)用地，減少了土石工程量，故水土流失影響較輕微。

灘涂地區(qū)風(fēng)電場分布在鹽田、養(yǎng)殖水面以及農(nóng)田的周邊，道路較完善，經(jīng)過適當(dāng)改造即可達(dá)到施工要求，故水土流失影響較輕。如平潭長江澳二期工程位于平潭島東北部濱海沙灘上，周邊有旅游區(qū)分布，現(xiàn)有交通便利，且裝機(jī)容量最大，單位產(chǎn)能產(chǎn)生的水土流失影響最輕。

2.4 不同地形風(fēng)電場水土流失影響分析與方案評價

從水土流失影響指數(shù)來看，部分風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)大于平均值(0.362)，在進(jìn)行評價時，既要考慮行業(yè)平均值，還要參照地形平均值，根據(jù)具體情況對其水土保持方案進(jìn)行修正。

2.4.1 山 區(qū)

從石城二期風(fēng)電項目來看，其水土流失影響指數(shù)為0.905，遠(yuǎn)高于樣本平均值(0.362)，為行業(yè)最大值。水土流失影響因素分析見表6。

本項目水土流失影響較為嚴(yán)重，其他可調(diào)控的措施主要有：①改進(jìn)運(yùn)輸工藝，減少超長件(風(fēng)機(jī)葉片)、超重件(機(jī)身)的道路運(yùn)輸，可考慮空中運(yùn)輸，從而減少新、改、擴(kuò)道路數(shù)量，降低水土流失量。②石城二期選擇的單機(jī)容量(0.85 MW)比國內(nèi)常用的機(jī)組容量(2.0 MW)小，應(yīng)選擇單機(jī)容量較大機(jī)組，進(jìn)而提高風(fēng)電場規(guī)模。從實際情況和可行性來看，考慮到當(dāng)前工藝水平，建議采用措施二。

表6 石城二期風(fēng)電項目水土流失影響要素分析

2.4.2 丘陵區(qū)

以石井二期風(fēng)電項目為例，其水土流失影響指數(shù)為0.388，接近統(tǒng)計樣本平均值(0.362)，高于丘陵類型區(qū)平均值(0.334)。水土流失影響要素分析見表7。

表7 石井二期風(fēng)電項目水土流失影響要素分析

石井二期風(fēng)電的水土流失影響指數(shù)較大的原因在于施工道路兩側(cè)為農(nóng)田，未采取植被恢復(fù)措施，故未恢復(fù)面積率最高。此外，其裝機(jī)容量最小，規(guī)劃施工時間與其他項目相同，但單位裝機(jī)容量造成水土流失時間最長，表明集約化程度不高，可通過縮短規(guī)劃施工期時間，從而降低水土流失影響。

2.4.3 灘涂區(qū)

以莆田后海風(fēng)電項目為例，其水土流失影響指數(shù)為0.337，低于統(tǒng)計樣本平均值(0.362)，但高于灘涂類型區(qū)平均值(0.248)。水土流失影響要素分析見表8。

從總體來看，后海風(fēng)電水土流失影響較輕，其水土流失影響指數(shù)大于灘涂平均值的主要原因是未恢復(fù)面積比例(Y7)較高，這主要是因為必須的施工及巡視道路占地未能恢復(fù)，因此應(yīng)在施工后及時恢復(fù)。

表8 后海風(fēng)電項目水土流失影響要素分析

3 結(jié)語

以福建13座海岸風(fēng)電場項目為例，考慮項目建設(shè)規(guī)模對水土流失影響指數(shù)的影響，以單位產(chǎn)能修正得出的海岸風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)及影響指數(shù)關(guān)鍵因子極值，能夠體現(xiàn)集約化、規(guī)模化的效益。同時，也為其他行業(yè)水土流失影響指數(shù)研究提供了參考。地形因素對海岸風(fēng)電場水土流失影響指數(shù)影響較大，建議在今后的評價中，進(jìn)一步考慮地形因子的作用。

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