不同類型區(qū)風電場工程建設中水土流失特征及防治措施研究

王志強

(遼寧省凌海市水利事務服務中心，遼寧 錦州 121200)

隨著化學能源的枯竭、環(huán)境污染的加劇以及科技的不斷進步，風力發(fā)電越來越引起世界各國的重視。對于風電的研究應用我國起步較晚，風電發(fā)展初期主要依賴于國外設備裝置、技術援助，在政策支持下我國于1995年開始自主研發(fā)風電技術，截止2015年風力發(fā)電量達到1 863×108kWh。傳統(tǒng)的能源結(jié)構正因清潔能源(風力發(fā)電)而發(fā)生改變，但風電場建設帶來的水土資源流失、生態(tài)環(huán)境破壞等問題不容忽視。針對不同土壤類型、土壤侵蝕條件和氣候環(huán)境的風場場址，因缺乏針對性和科學性的水土保持防治體系還無法因地制宜的用于風電場項目[1-2]。對此，本文深入探討了不同類型風電場的土壤侵蝕特點、影響因素、水土保持防治體系及其關鍵控制要點，以期為風電場水土流失治理和加快我國風電事業(yè)發(fā)展提供一定指導。

1 風電場工程建設中水土流失典型特征

1.1 水土流失類型復雜

施工過程中風電場項目存在線狀、點狀工程，其中集電線路與運輸?shù)缆穼倬€狀工程，運輸?shù)缆饭こ叹哂幸资芩g、地形起伏大、施工破壞性強、地表裸露時間長、占地狹長等特點，應作為土壤侵蝕防控的關鍵點，修建道路時原有植被被破壞，從而導致土壤結(jié)構的破壞及其抗蝕性的顯著下降；建筑材料堆放、回填土臨時堆放、風電機組基礎的開挖回電、升壓站建設、吊裝對土地的擾動點等均屬于點狀工程，此類工程存在植被破壞嚴重、破壞擾動范圍廣的特點[3]。

一般地，風電場具有豐富的風能且建設期橫跨雨季和風季。林草植被于建設期間被嚴重破壞，在大風作用下大范圍的臨時堆土和裸露面，土壤中直徑較小的團聚體和中小顆粒極易流失，從而導致難以修復的植被破壞、土壤退化等問題；此外，風電場多建于地勢較高的微地形區(qū)，植被破壞后降雨擊打裸露的地表，雨滴擊濺小顆粒物質(zhì)使其產(chǎn)生位移，面蝕逐漸向細溝侵蝕發(fā)展，并最終形成溝蝕，臨時堆土和裸露面受溝道匯集降雨徑流沖刷，不僅威脅著項目的施工安全，而且造成的土壤侵蝕降低了土壤質(zhì)地；由于冬季凍土，部分地區(qū)還會形成凍融侵蝕。所以，風電場建設工程存在較為復雜的水土流失類型[4-5]。

1.2 植被恢復難度大

風電場建設地址存在的主要特點包括：(1)地處沿海灘涂、地形險峻的山區(qū)或開闊的荒原，其中沿海灘涂土壤對植物耐久性具有較高的要求，如松散的沙地或粘重的灘涂；山區(qū)山脊部植被破壞后恢復困難，土壤貧瘠且難以保存水肥；荒原地區(qū)植被稀少、降水較低，土壤在植被破壞后極易退化，恢復植被難度較大。(2)建設地址具有豐富的風能資源，土壤受風力侵蝕影響顯著。(3)土壤結(jié)構受擾動后發(fā)生嚴重破壞，沿線植被類型多樣后期管護工作繁重、難度較高。

1.3 水土流失集中

通常要1年時間完成風電場的建設，此期間植被破壞嚴重、土地擾動范圍廣，土壤水土保持功能受擾動后基本喪失，施工中形成的松散臨時堆積物和大量裸露地表為水土流失易發(fā)生體。然而我國降雨時間主要集中于施工建設最為全面的5-9月，此期間外因素干擾強烈且建設活動頻繁，以上因素導致水土流失在風電場施工建設期集中的特點。

2 風電場水土流失防治分區(qū)和措施分析

2.1 防治分區(qū)分析

為了能夠?qū)︼L電場建設所引起的水土流失實施更具針對性、更好的防治措施，結(jié)合水土流失防治特點、工程建設時序、生產(chǎn)建設特征、施工工藝和主體工程總平面布置，總體上將項目區(qū)劃分成5個防治分區(qū)，即施工臨時占用區(qū)、升壓站區(qū)、風電機組區(qū)、集電線路區(qū)、運輸?shù)缆穮^(qū)。根據(jù)水土流失發(fā)生情況、項目分區(qū)和施工時段，對影響水土流失的各類因素進行綜合分析，經(jīng)歸納整理確定分析表1。其中，要重點監(jiān)測與防治的水土流失區(qū)為運輸?shù)缆罚绫?。

表1 水土流失因素分析

表2 運輸?shù)缆穮^(qū)的水土流失量

2.2 水土流失防治措施

植物、臨時和工程措施為組成風電場水土流失防治體系的3大方面，其中植物措施有植被恢復、栽植喬灌木或撒播種草護坡；臨時措施有灑水、編織袋攔擋、臨時排水溝和臨時的堆土苫蓋；工程措施有擋土墻、排水溝和土剝離等。

3 不同類型區(qū)水土流失防治要點

3.1 風電場Ⅰ區(qū)

該區(qū)風電場通常存在長期的凍融、風力和水力侵蝕，建設區(qū)的地表裸露。土地質(zhì)量明顯下降、土壤表層剝蝕加劇且后期恢復困難，因此建設前要加強植被的保護、防止表層土剝離以及土質(zhì)下降。考慮到風電場Ⅰ區(qū)存在較平緩的地勢，在風機架設與運輸?shù)缆沸藿〞r，可以不削平整地及大規(guī)模的破壞土壤即可達到建設要求。對于受熱量、降水雙重因素控制的東北地區(qū)，從西北向東南植被種類有遞增的趨勢，而近些年發(fā)展風電集中且建設風電滿足基本條件的地區(qū)主要有溫帶干旱草原、草甸草原、森林草原等植被類型，貝加爾針茅、羊草等為主要特征植物，由于垂直分布引起的水熱不均使得部分地區(qū)的植被類型改變成針落葉混交林，樺樹、櫟樹、樟子松、油松和紅松等為特征植物。以鄉(xiāng)土樹種為主搭配其它易成活的經(jīng)濟樹種、草種或耐貧瘠樹種恢復植被，如荊條、胡枝子、丁香、野牛草、草木樨和紫穗槐等。在達到水土保持治理要求的情況下，最大程度的滿足人們對經(jīng)濟和景觀價值的需求。

在我國沿海低山丘陵區(qū)分布的Ⅰ區(qū)補充區(qū)較Ⅰ區(qū)具有更加充沛的降水，在脫硅富鐵鋁化風化過程和旺盛的中亞熱帶生物富集的影響下，形成的融讓具有顯著的地域性特征。Ⅰ型補充區(qū)的水土保持措施布設較黑土區(qū)存在一定差異，即要求布設完善的排水系統(tǒng)，可以將經(jīng)濟價值或景觀價值較高的樹種用于植被修復。

3.2 風電場Ⅱ區(qū)

風電場Ⅱ區(qū)大多分布于以低山丘陵頂部，若邊坡植被覆蓋度在風電場修建完成后較差，可以將間距4～6 m的截水溝沿邊坡等高線修筑，結(jié)合實際集水面積、當?shù)乇┯暧炅亢侠碓O計截水溝規(guī)格。沿等高線在道路邊坡或風機人工邊坡的坡腳、坡中布設簡易攔擋措施，通常以寬0.5～1.0 m的簡易籬笆作為攔擋，制作材料以喬灌木枝杈為主。恢復林草植被時，這種缺乏水資源的地區(qū)多選擇中旱生、旱生物種，以此發(fā)揮物種的耐旱優(yōu)勢。種苗優(yōu)選過程中，要詳細了解植被生長特性以及充分調(diào)研當?shù)靥烊恢脖唬浞挚紤]演化因素、水源條件和氣候環(huán)境維護干旱半干旱區(qū)植被巖體。喬木小苗、大苗和灌木的植穴以60～80 cm、100 cm以上、40～60 cm為宜，為進一步提升植物成活率，栽植或播種后要考慮實際情況實行科學撫育。此外，考慮到該地區(qū)具有較為發(fā)達的畜牧業(yè)，林草植被受牛羊啃食以及蹄印的損壞較大，因此要在修復前期實行封育治理，以盡量降低人為干擾快速恢復受損植被。

3.3 風電場Ⅲ區(qū)

將風電場修建于Ⅲ區(qū)時需要破壞地表土壤和原有植被，這種人為破壞作用極易導致沙漠化。根據(jù)不同的土壤質(zhì)地條件，應在建設初期劃分斑塊，對于存在較好覆蓋度的地區(qū)實行草皮剝離，而對于存在較差覆蓋度且土壤質(zhì)地松散的地區(qū)實行表土剝離。苫蓋剝離后的表土與草皮，并對草皮定期噴水確保其生長活力，該條件下能夠維持80%～90%的成活率。針對侵占的灌木林地或林地要在苗圃中假植原生植株，并在完成建設后將其移植到相似地類，并實施封育管理。土壤質(zhì)地松散且植被覆蓋極少的地區(qū)，為防止建設過程中產(chǎn)生揚塵要定期灑水，并對運輸過程中棄渣棄土車輛實行苫蓋。工程結(jié)束后在擾動的地區(qū)覆蓋剩余的礫石，此外土壤結(jié)皮屬于荒漠地區(qū)抵抗土壤風蝕的有效屏障，所以在基本建設完成后還可以利用絲狀藍藻、荒漠藻類、土壤微生物混合液噴灑至擾動去，以此為土壤生物結(jié)皮提供有利的條件。

3.4 風電場Ⅳ區(qū)

風電場建設于Ⅳ區(qū)時通常與主風向垂直，并且大多數(shù)沿山脊而建，從上至下按海拔高度分布的植物帶有無植被帶、高山墊狀植被帶、高山草原帶、灌叢草甸帶、落葉針葉林與暗針葉林帶、闊葉林帶，因干旱條件有些地區(qū)也會出現(xiàn)缺帶的現(xiàn)象。與山麓相比山脊通常存在較低的植被演替程度，若發(fā)生破壞極易導致水土流失，且恢復流失后的土壤具有較大難度。水力侵蝕為主要的土壤侵蝕類型，所以在進場道路修建時要求將臨時排水溝按基線設置，還要將沉砂池、消力池修筑在坡陡較陡的地區(qū)；部分地區(qū)應增設跌水坎和修建涵管排水處。經(jīng)過挖填和渣料堆砌后的風機平臺邊坡、道路邊坡，若存在過高的邊坡角度還應采取削坡開級工程，對坡度超過1:1.5的邊坡實行砌石護坡或噴播植生型混凝土，對易出現(xiàn)瀉溜處實行擋護。以鄉(xiāng)土樹種搭配常見的水土保持樹種進行植被修復，草本、灌木和豆科植物為首選，喬木、和其他植物為輔。由于受破壞后立地質(zhì)量明顯下降、山地土體更加貧瘠，植物應選擇坡生性好、耐旱和耐貧瘠的類型。例如，浙江地區(qū)的藤本植物以常春藤、爬山虎等為主，草本以黑麥草、狗牙根為主，喬木以胡枝子、黃連木、紫薇、紫穗槐、紅葉石楠為主；福建沿海山區(qū)有東方烏毛蕨、芒萁骨、桃金娘、狗脊、芒草等原生植物。

3.5 風電場Ⅴ區(qū)

從水土保持的角度將風電場建于Ⅴ區(qū)時，要求具有完善的排水系統(tǒng)，這不僅能夠有效防止臺風、強降雨等可能引起風機平臺和運輸?shù)缆返牟环€(wěn)定，而且可以為不耐水濕的大部分植物提供適宜的生存條件。部分地區(qū)還要求修建圍堰，對減少施工中的水土流失和提供有利的施工條件具有積極作用。在恢復植被時，沼澤土質(zhì)地緊密且多呈酸性，土壤質(zhì)地經(jīng)過施工后出現(xiàn)一定的改變，在立地條件符合要求的情況下可以栽植經(jīng)濟作物，如柑橘等，因海水侵蝕或地下水位高鹽堿地可以栽植耐鹽、耐水濕植物，如蓉草、香茅、白茅、葦狀羊茅和巴拉草等。

4 結(jié)語

本文將風電場工程按照水土流失防治特點、工程建設時序、生產(chǎn)建設特征、施工工藝和主體工程總平面布置劃分成5個防治分區(qū)，不同類型分區(qū)的地形地貌、植被類型、土壤侵蝕防治和土壤類型特點不同，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗提出布設臨時、植物、工程措施時應考慮的問題，在此基礎上給出合理化建議，為水土流失防治以及風電場工程建設提供技術支持。