臺山紫羅山風電場工程水土流失特征及水土保持設計

【摘要】風力發電作為一種清潔、可再生能源，正在我國被大力推廣。廣東省在1989年即進行風能資源普查，陸上風電可裝機容量約1700萬千瓦；到2015年風電裝機容量達到350萬千瓦，仍有大量風電工程需要投入建設。風電場大力發展的同時，其建設過程中也不可避免的擾動土地、破壞植被，造成嚴重的水土流失。本文以臺山紫羅山風電場為例，針對施工擾動及水土流失特征進行水土保持措施設計，希望對同類工程的水土流失防治起到一定的幫助。

【關鍵詞】風電場工程；水土流失；水土保持；特征；設計

1、項目及項目區自然概況

1.1 項目概況

項目位于廣東省臺山市北陡鎮中部的紫羅山～南山頭一帶，地處北緯21°48′01″～21°52′10″、東經112°21′5″～112°24′44″之間。場址范圍東西長5.5km，南北寬3.0km；總裝機容量49.5MW，安裝33臺單機容量為1500kW的風力發電機組。風電場采用二級升壓方式，場內集電線路采用35kV架空線接至110kV升壓站，之后以1回110kV架空線路接入110kV獅山變電站（輸電線路另外立項建設）。風電場年上網電量為108046萬kW·h，全年滿發小時數為2182.7h。按照項目組成可分為風電機組工程、道路工程、集電線路、升壓站、施工臨建區以及棄土場共6部分。

1.2 項目區自然概況

項目區由中山地貌、河谷及濱海平原地貌組成，地勢西高東低；氣候屬亞熱帶季風海洋性氣候，年平均氣溫為21.8℃，年平均降雨量為1936mm，4～9月為雨季。土壤以紅壤、赤紅壤為主；地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，植被覆蓋率在70%以上。測風塔70m測層以S～SSW及E主導風能風向，其次為E及N方向。項目區植被良好，水土流失類型屬南方紅壤丘陵區水力侵蝕范疇，以面蝕為主，在部分低山矮丘上兼有溝蝕，自然侵蝕強度輕微，水土流失容許值500t/km2.a。

2、分區水土流失特征分析

2.1 水力侵蝕特征分析

（1）風電機組工程：機組位于山頂或山脊，挖方邊坡上游匯水面積較少，侵蝕外營力為降雨。在挖方邊坡的中上部以雨滴擊濺侵蝕為主；下部隨著坡面產流的增加，出現面蝕和細溝侵蝕，侵蝕強度主要在中度～強烈。平臺填方邊坡易受到來自挖方邊坡、平臺的水流沖刷以及雨滴的擊濺，逐步由細溝侵蝕演變為淺溝侵蝕，嚴重者導致邊坡坍塌，侵蝕強度往往達到強烈。

（2）道路工程：路基挖方就地堆放，少部分全挖路段則就近選擇山溝堆放棄土。挖方邊坡平整、密實，具備較強抗蝕性，但同時徑流系數大、產流快，主要受坡頂外圍地表水沖刷產生細溝侵蝕。填方邊坡結構較松散，產生雨滴擊濺侵蝕、面蝕以及細溝侵蝕；局部邊坡易于受到路基上方山坡匯水以及沿道路匯集的大股水流沖刷而產生淺溝侵蝕，侵蝕強度在強烈以上。

（3）集電線路：對地表的擾動主要表現在塔基基礎開挖。土方堆放高度在1m內，結構松散，以雨滴擊濺侵蝕和細溝侵蝕為主，侵蝕強度主要在中度。

（4）110kV升壓站：升壓站地勢較為平坦，場地平整期間移挖做填，邊坡成型后噴播植草恢復植被；站內空地亦能及時鋪草皮綠化，區內空地裸露時間短，土壤侵蝕強度可控制在中度。

（5）施工臨建工程：該區地勢平坦，簡單的場地平整即可，水土流失輕微。

（6）棄土場：棄土場三面環山，坡面匯水為土壤侵蝕的主要外營力，水流沖刷處可產生較大沖溝，其它區域以面蝕和細溝侵蝕為主，侵蝕強度可達強烈以上。

2.2 風力侵蝕特征分析

場址近地面風速為4.0m/s。每個機組都垂直于盛行風向。干燥的冬季，裸露的松散面極易遭受風力侵蝕。根據張志芬等人采用標樁法對內蒙古通遼珠日河風電場的風力侵蝕監測，土料堆放區風力侵蝕模數為7327t/km2.a，基礎施工周邊為6720 t/km2.a，路基兩側6393 t/km2.a，項目周邊空地1540 t/km2.a，施工擾動區域侵蝕強度均達到強烈。擾動區域侵蝕強度較背景值增加4～5倍。內蒙古通遼市年平均氣溫0-6℃，降水量350-400mm，風速3-4.4m/s，屬半干旱區。強勁的風力、干旱的氣候是造成珠日河風電場強烈風力侵蝕的主要原因。本次研究的臺山紫羅山風電場地處濕潤區，年平均氣溫21.8℃，降雨量為1936mm，降雨對風力侵蝕的氣候因子指數具有較大的反相關性，對風力侵蝕強度具有較大的影響，但也限于春、夏、秋降雨多的季節，在氣候相對干燥的冬季風力侵蝕強度也將達到中度，不容忽視擾動區干燥、松散的裸露地表的風力侵蝕。

3、水土流失防治措施設計

3.1 管理措施

（1）建設單位加強管理，督促施工單位嚴格按照水土保持方案實施各項水土保持措施，確保水土保持措施與主體工程同時建設、同時驗收。

（2）施工單位作為水土流失防治的主體，其參與程度決定了防治水土流失的成敗：主要表現在指定專人負責水土保持工作、建立施工臺賬以及加強宣傳教育等3方面。專人負責可以快速對接監督監測以及落實防治措施和整改意見；建立施工臺賬，既利于施工單位自身控制施工范圍、明確防治責任，也便于后續水土保持專項驗收；加強宣傳教育則可以提高施工人員的水土保持意識，起到預防和保護水土保持設施的作用。

（3）水土保持監測單位需定期進場開展監測工作，重點監測施工期擾動面積、水土保持設施是否及時實施、施工期水土流失危害等。針對施工期發生的諸如擾動面積隨意擴大、棄土場位置變更或增加、水土保持措施延后實施或落實不到位等問題須及時向建設單位及水行政主管部門反應，便于盡早糾正施工單位的不當行為，有利于水土流失的防治。

3.2 風電機組工程區

風電機組工程區水土流失防治的重點為平臺填筑邊坡和山體開挖邊坡的植被恢復。

（1）工程措施：針對山坡陡峻的區域，在坡腳位置修建漿砌石矮腳墻，坡面采用漿砌石框架植草護坡。山體開挖前，匯水面積較大的區域設置截水溝，減弱侵蝕營力；截水溝需連接至平臺排水溝，不得隨意截止于下游山坡。施工平臺盡量保持內傾2%，便于控制平臺匯水，配合平臺內的排水溝快速排除雨水，避免沖刷填方邊坡。排水溝末端設置沉沙池，之后接至道路邊溝。

（2）植物措施：邊坡成型后及時恢復植被。挖方邊坡可采用漿砌石框架植草或三維網植草；填方邊坡可采用植草或噴播植草，并按照株行距3m×3m栽植兼顧景觀效果的灌木，如野牡丹、勒杜鵑等。待風機安裝完畢進行全面整地，撒播草灌或鋪草皮恢復植被；草灌種子比例為2：1。

（3）臨時措施：平臺挖填前剝離肥沃的表層土壤，作為后期平臺綠化覆土。表土臨時堆放在平臺一角，采用彩條布或苫布覆蓋，防止雨水沖刷和風蝕。平臺填筑前，在下游坡腳處設置編織袋土擋墻，防止山體挖填期間土方滾落擴大擾動范圍。采用噴播植草的坡面或無法及時恢復植被的坡面應覆蓋無紡布，可以起到坡面保濕利于植物成活以及防止風蝕。

3.3 道路工程

道路主要為盤山路，容易匯集山坡雨水，防治重點為雨水疏導、路基邊坡的植被恢復。

（1）工程措施：針對匯水面積較大的區域，在挖方邊坡外緣設置截水溝；道路保持內傾，內側設置邊溝，漿砌石襯砌；施工期含沙量大，可每隔200m設置沉沙池。道路邊溝可就近接入天然水系，不得隨意截止于山溝或山坡。工程后期，路面采用混凝土硬化作為檢修道路。

（2）植物措施：路基分段施工，開挖前剝離的表土可以直接平鋪于已填筑好的路堤邊坡，改善立地條件。路基成型后及時對邊坡進行植被恢復。挖方邊坡土質堅硬、坡陡，可采用噴播植草快速恢復植被；填方邊坡較為松散，立地條件較好，可采用植草+灌木恢復植被；路肩按株距3m栽植行道樹，樹種可選用當地適生的大葉相思、鳳凰木、桉樹等。

3.4 集電線路工程

集電線路采用架空方式，零星點狀擾動地面，程度較輕。防治重點為塔基余土的植被恢復。

（1）植物措施：鐵塔架設完畢，及時對堆土區進行整地，撒播草灌恢復植被。

（2）臨時措施：塔基基礎開挖的土方就近拋于基坑四周，形成高約1.5m的土堆，在汛期可對堆土進行苫蓋，防止雨水沖刷流失。

3.5 110kV升壓站

（1）工程措施：挖方坡頂設截水溝，接至站外排水溝。站內沿道路布置排水暗管。站址南側填土坡腳布置站外排水溝，連接山體截水溝和站內排水暗管，最終接至天然水溝前設沉沙池。

（2）植物措施：挖方和填方邊坡采取噴播植草防護，站內空地鋪草皮綠化。

3.6 施工臨建區

（1）植物措施：場地平整后沿四周栽植1～2排速生喬木，當年可長成綠籬，起到降風抑塵以及遮蔽的作用。工程后期清理建筑渣土，土地整治后采取喬木+草灌恢復植被。

（2）臨時措施：場平后在場內布置環形排水溝，末端設沉沙池，最終接入附近天然水溝。

3.7 棄土場

（1）工程措施：遵循“先攔后棄”的原則，堆土前在出口設置漿砌石擋土墻；其次在周邊開挖截水溝，攔截外圍地表水，減弱侵蝕外營力；截水溝出口設置沉沙池，最終接入天然水溝。

（2）植物措施：對堆土面進行土地整治，保持內傾5%的坡度，防止雨水沖刷松散的堆土邊坡以及增加雨水入滲。整地后采取喬木+草灌恢復植被，撒播草灌后覆蓋無紡布；喬木選用當地適生的鄉土樹種，株行距為2.5m×2.5m。堆土邊坡采用挖穴客土的方式栽植1～2年生帶土球樹種；按株距0.5m、行距1m栽植草本，可選用香根草。

4、結語

風電機組呈點狀零散分布于山頂和山脊，機組施工平臺開挖及填筑對地表擾動劇烈，施工期伴隨水力和風力侵蝕；道路呈線型分布于山坡和山脊，路基開挖及填筑產生大量挖方和填方邊坡，極易受上游山坡匯水沖刷而造成嚴重水土流失。本文在分析各施工工區的水土流失特征基礎上，針對侵蝕外營力設計截水溝及排水溝，攔截、疏導地面雨水，極大的減弱侵蝕強度；針對施工產生的裸露跡地，采取喬木+草灌結合方式恢復植被，從根本上防治水土流失水土流失。希望能對同類型風電場工程的水土流失防治起到一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 張志芬，娜仁圖雅. 標樁法在開發建設項目風力侵蝕監測中的應用——以華能通遼珠日河風電場工程為例[J]. 內蒙古水利，2009，（6）：96.

[2] 王志剛，羅萍. 廣東省河口至平臺（粵桂界）高速公路水土流失特征與防治措施[J]. 亞熱帶水土保持，2015，27（2）：50.

作者簡介：羅萍（1985-），女，江西贛州人，水土保持工程師，學士學位。主要從事開發建設項目水土保持規劃設計工作。