遼西低山丘陵區光伏發電項目水土保持監測方法

摘 要：為了探究水土保持監測方法在遼西低山丘陵區光伏發電項目的適用情況，以該地項目為例，對比分析無人機遙感監測法、測釬法以及調查巡查監測法在光伏發電項目水土保持監測中的適用性，為水土保持監測項目開展提供技術支持。

關鍵詞：水土保持監測；水土流失；光伏發電；無人機遙感監測

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329024

光伏發電是國家重要的戰略性新興產業，對優化能源結構、改善生態環境等都具有重要意義。遼寧省是光伏發電項目建設的大省，截至2017年上半年，全省光伏發電工程新增投產裝機76萬KW，全國排名升至18位。遼寧省西部（簡稱遼西，包括朝陽市、錦州市、葫蘆島市和義縣等地區）做為遼寧省光伏發電的主要地區，有著豐富的太陽能資源。遼西地貌屬低山丘陵區，從水土保持角度光伏電場的建設有著擾動土地面積大、場內道路長、地形起伏較大等特點，工程建設過程中，地面設施的興建、開挖、填筑以及臨時堆土等活動不同程度、不同形式的擾動了原地貌形態，損壞了地表植被和土體結構，不可避免的產生水土流失。水土保持監測是為了保證水土保持防治方案的落實，使新增水土流失得到有效控制，逐步恢復和改善生態環境。通過水土保持監測可以對水保方案進行動態優化設計，最大限度提高生態效益提供基礎數據，此外監測成果也是工程驗收的重要依據。本文以《華能朝陽黑牛營子17MWp光伏發電工程》為例，介紹遼西低山丘陵區水土保持監測工作的一些方法，為相關單位提供可借鑒的經驗。

1 項目及項目區域概況

1.1 項目概況

華能朝陽黑牛營子 17MWp 光伏發電工程位于遼寧省西部朝陽市朝陽縣黑牛營子鄉。場址中心坐標：E 12013'11.82''，N 416'1.24''，海拔高度在 290～400m 之間。場區地勢北高南低，地勢起伏較大。建設任務包括：17MW 光伏陣列場地、集電線路（3 回 35kV 集電線路，長度 12km）、新建 1 座 66kV 升壓站、場內道路（長度 5.74km）等。項目總占地面積 29.40hm2，永久占地 27.86hm2（其中永久征地 0.75hm2，租賃用地 27.11hm2），臨時占地 1.54hm2（全部為租賃用地）。工程總挖方 1.73 萬 m3，總填方 1.73 萬 m3（含表土 0.03 萬m3），無棄方。工程總投資為15046.25 萬元，其中土建投資 1586 萬元。建設工期為 2017年 3 — 6 月，施工總工期 4 個月。場區所占區域沒有居民點。根據項目的特點，將項目區分為光伏電場區、集電線路區、升壓站區、道路及施工生產生活區 5個防治分區。

1.2 項目區概況

項目區地處遼西低山丘陵區，海拔一般在290～400m之間。項目區屬溫帶大陸性季風氣候區，四季分明、光照充足，降水年內分配極不均勻，7—8月降水量占全年降水總量的80%以上，春季干旱，雨熱同期，日照充足，溫差較大，年極端最低氣溫-29.5℃，年極端最高氣溫+43.3℃，年平均氣溫8.4℃，≥10℃積溫3532℃，年均日照時數2677.8h，無霜期158d，大風日數34d，平均風速2.1m/s，冬季以西北風為主，夏季以東南風為主。年平均降水量為480.6mm，年平均徑流深為145mm，降水量年季間變化大，年內分配不均勻，多集中在7—9月，年最大降水量886mm，年最小降水量210mm，10a一遇6h最大降水量為80.3mm，10a一遇24h最大降水量121mm，多年平均蒸發量為1842mm，相對濕度48%，最大凍土深度1.30m。主要土壤為褐土。項目區由于人為活動頻繁，始生植物遭受嚴重破壞，現狀植被主要為天然次生林和人工林，林草覆蓋率28%。項目區水土流失類型為水力侵蝕，侵蝕強度為中度，土壤容許流失量為200t/（km2·a）。

2 監測內容與方法

2.1 監測布局

根據工程總體布局、水土流失預測結果和工程防治分區特點，確定監測區域為本工程的水土流失防治責任范圍。根據工程防治分區特點，水土保持監測分區分為：主體工程建設區、場內道路區和施工生產生活區3個監測分區。結合項目區的水土流失類型、強度等，并根據各區的具體施工工藝情況，確定水土保持重點監測區域為主體工程建設區。本著監測點位布設既能全面反映水土流失狀況和防治效果，同時監測點位具有代表性的原則，確定水土流失監測點位。監測點具體布設情況如下。

項目在主體工程區布置3個監測點位，場內道路布設2個監測點，施工生產生活區1個監測點，共布設6個監測點位，進行定點監測。

2.2 監測內容

水土保持監測內容應當對監測區域全覆蓋的全程動態監測。開發建設項目水土保持監測需要控制的因素較多，大體可分為水土流失因子（自然和人文）、水土流失危害（生態、經濟和社會）、水土保持措施（數量和施工進度）和水土保持成果[1-4]。本節從施工不同階段表述各監測因素在各施工階段的監測內容。

2.2.1 施工準備期監測

施工準備期掌握工程施工前原地貌土壤侵蝕狀況本底值，主要監測內容包括監測防治責任范圍內的地形地貌、地面組成物質、水文氣象、土壤植被、土地利用現狀、水土流失狀況等基本信息。

2.2.2 工程建設期監測

工程建設期的監測內容有如下幾點。

擾動土地情況：項目建設區面積、項目建設影響面積、損壞水土保持設施面積等。

取（土、石）料、棄（土、石）渣情況。

水土流失情況。

主要是光伏電場區、升壓站區等重點區域的水土流失形式；

土壤流失量：在重點監測區域建設簡易水土流失觀測場，定點觀測土壤流失量；

徑流含沙量：利用沉沙池法或簡易小區法收集相關資料，同時采用相關水文資料進行分析推算；

水土流失發生部位：項目建設區內各水土流失發生的部位、發生的時間、流失強度、流失量等應準確記錄；

區域水土保持變化情況：利用遙感影像及調查、巡查等監測方法，對項目區水土流失總體控制，分析工程建設對生態環境的影響及變化情況。

水土流失隱患與危害。定期進行巡查，及時發現水土流失隱患與危害，并以現場指正和水土流失通知單形式進行處理。

水土保持措施情況。包括監測建設期實施的水土保持工程、植物和臨時措施。

2.2.3 試運行期監測

試運行期監測內容主要包括水土保持防治措施的數量和質量，林草措施成活率、保存率、生長情況及覆蓋率，防護工程的穩定性、完好程度和運行情況，各項防治措施的防護面積、攔渣保土效果等，并計算得出水土流失6項防治指標。

2.3 監測方法

對于監測項目，監測內容確定了監測的方向，監測方法則是手段，一個項目如何選用最好的監測手段是影響監測結果真實程度的關鍵因素。本項目選取無人機遙感監測等多種監測方法相結合的方式，對華能朝陽黑牛營子17MWp光伏發電工程水土流失情況進行監測。

2.3.1 無人機遙感監測法

由于項目占地面積較大，使用無人機遙感監測項目的擾動土地面積變化和水土流失現狀等十分的方便快捷。無人機遙感監測法通過無人機在高空對項目區進行高密度的連續航拍，依靠DJI GS PRO軟件，可以通過軟件操作，使無人機在對項目區進行拍攝、量測的同時做到指點飛行、自動航拍、一鍵返航，降低了拍攝難度，減輕了拍攝工作量，提升了工作效率。航拍完畢后，將照片整理匯總，利用3D建模軟件拼接航片，形成分辨率較高的DEM文件。航片拼接過程自動程度較高，操作難度低，同時可以批量合成照片。將最終拼接的圖片導入GIS中進行處理，確定項目區水土流失范圍、水土流失狀況、植被覆蓋度、坡度等信息。可以快速確定新增水土流失發生位置以及嚴重程度，通過拍攝成果可以精確計算項目工程區植物措施面積以及植物措施施工進度，使水土流失監測更精確、更直觀。無人機遙感監測前應對項目區地理位置，氣象等條件進行分析，規劃航拍路線、飛行高度以及拍攝的空間間隔，以便更精準、更全面的進行航拍監測[5]。

無人機遙感監測法可貫穿項目各監測時段，監測各監測時段水土流失狀況。本監測項目采用的無人機遙感監測，在施工各時段經過多次應用，無人機遙感監測法非常適用于光伏發電項目，但也存在著一些弊端。無人機成本較高，由于其在高空成像，所以其需要較高精度的云臺，云臺的成本同樣較高；無人機飛行需要操控者有較高的駕駛技術，拍攝需全面連貫，否則無法形成完整項目區圖片；無人機飛行受天氣影響較大，遇大風及降雨均無法飛行等。

2.3.2 測釬法

測釬法即將直徑0.6cm，長20～30cm、類似釘子形狀的鋼釬相距1m×1m分上中下、左中右縱橫各3排（9根）沿坡面垂直方向打入坡面，釘帽與坡面齊平，并在釘帽上涂上紅漆，編號登記入冊。坡面面積較大時，為提高精度，可加大鋼釬密度，定期巡查測釬的長度，通過測量土壤容重，推算土壤侵蝕量。

測釬法主要應用于工程監測期水土流失監測，由于測釬法其成本較低，方便布設和拆除，且可以達到監測目的，因此廣泛應用于不同類型項目水土流失監測中。但測釬法其監測覆蓋度較低，如果布設不具有代表性，容易導致監測結果真實性較低。光伏發電項目區占地面積較大，水土流失成因復雜，因此需要適當增加測點布設。

2.3.3 調查監測法

通過詢問、收集資料、普查、典型調查、重點調查和抽樣調查等方法，對相關的自然、社會和經濟條件，水土流失及其防治措施、效果，水土保持項目管理、執法監督等情況進行全面接觸和了解，掌握有關方面的資料，力求真實客觀地反映水土保持狀況，為動態監測服務。

2.3.3.1 詢問調查

通過詢問有計劃地以多種詢問方式向被調查者提出問題，通過他們的回答來獲得有關信息和資料的一種重要方法。本項目中主要應用于調查公眾對項目建設水土流失的影響，項目區水土流失及其防治方面的經驗、存在的問題和解決的辦法。一般包括面談、電話訪問、郵寄訪問、問卷回答等方法。

2.3.3.2 收集資料

收集的資料主要包括氣候、地質、地貌、土壤、植被資料的收集；與國土資源部門聯系收集項目建設區土地利用情況等數據、與統計部門聯系收集項目建設區沿線各地區的社會經濟情況數據、與氣象部門聯系收集工程建設沿線各地區氣象相關數據、與水利和水土保持有關部門聯系收集工程建設沿線水利工程建設和水土保持相關資料；針對各種數據調查使用的軟件，并收集與各方面數據有關系的遙感數據資料、文字說明材料以及其它技術資料。

2.3.3.3 典型調查和抽樣調查

典型調查是一種在特定條件下非全面調查，是針對項目建設造成水土流失為典型對象，根據事先確定的內容，進行細致的調查，目的是揭示事物的本質規律，并提出相應的對策。典型調查適用于水土流失典型區域、典型事例及水土流失災害的調查。

抽樣調查是一種非全面調查，是在被調查對象總體中，抽取一定數量的樣本，對樣本指標進行量測和調查，以樣本統計特征值（樣本統計量）對應的總體特征值（總體參數）作出具有一定可靠性的估計和推斷的調查方法。

2.3.3.4 重點調查

以渣場、料場、大面積裸露坡面等重點監測點位為重點調查對象，是從調查對象中選擇部分對全局起決定性作用的重點對象進行調查。

2.3.3.5 全面調查巡查

指對項目水土保持監測區內水土流失情況定期進行水土保持調查，是開發建設項目水土流失與水土保持綜合調查。

通過調查監測，了解前期項目區不同區域植被覆蓋，水土流失情況等因素，可以快速確定重點監測區，使水土流失監測可以做到有的放矢。但調查監測法對于占地面積較大的光伏發電項目缺點便是需要投入較高的人力成本，且耗時較長。

2.3.4 巡查監測法

該工程占地面積較大，工程開工后在定點定位觀測的同時，應采取定期和不定期相結合的方法，對重點施工地段及水土保持的工程措施、植物措施、及臨時措施場地進行實地巡視巡查，發現問題及時登記和處理。監測記錄表格式參見水利部辦公廳關于印發《生產建設項目水土保持監測規程（試行）》的通知（辦水保[2015]139號）附錄B[6]。

3 討論

不同的監測方法具有不同的意義，只有監測方法得當并能相互配合，才能達到最佳監測效果。就遼西地區光伏發電項目水土保持監測而言，在項目準備階段，采用無人機遙感監測法與現場調查法相結合的方式，通過無人機飛行成像，處理分析并圈定重點區域進行重點踏勘，選擇有代表性的合適位置布設監測點位，既節省了人力物力，也節省了寶貴的時間，達到了事半功倍的效果，同時為后續水土保持監測工作做出指導。在工程建設期采用無人機遙感監測和定點監測相結合的方法，通過無人機遙感監測，及時發現水土流失區域，并對此區域實行定點監測，分析水土流失成因與流失量，對于水土流失嚴重的區域，要及時通知建設單位進行整改，合理調整水土保持措施，真正體現監測的價值。在試運行期采用無人機遙感監測和巡查監測相結合的方法，通過對水土保持措施實施前后效果進行對比，分析措施效果損益，計算6項指標，為水土保持驗收做準備。

目前，我國開發建設活動水土保持監測的理論和方法還有待發展和完善，水土保持監測的設備及儀器開發能力還較低，這些不足還需要與水土保持監測相關的工作人員，在實踐中不斷探索和改進。

參考文獻

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[5]楊凱.無人機遙感技術在開發建設項目水土保持監測中的應用[Z].陜西水利，2013（04）：145-146.

[6]水利部辦公廳關于印發《生產建設項目水土保持監測規程（試行）》的通知（辦水保[2015]139號）[EB].2015.

作者簡介：李明偉（1984-），遼寧朝陽人，工程師，研究方向：水土保持。