湖北山地風電場建設(shè)水土流失特點及生態(tài)修復(fù)措施研究

宋曉彥，喻培元

(湖北安源安全環(huán)保科技有限公司，湖北 武漢 )

1 引言

近年來我國風力發(fā)電持續(xù)快速發(fā)展，為建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系發(fā)揮了重要作用。隨著風力發(fā)電技術(shù)水平不斷提升，風資源相對豐富、地形復(fù)雜的山區(qū)已成為陸上風電開發(fā)的重點[1]，但其在提供清潔能源的同時亦帶來了一定程度的水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞問題[2]。山地風電場建設(shè)過程中由于開挖、填埋等作業(yè)頻繁，使原生地表的覆蓋物和土壤結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞，導(dǎo)致土壤抗蝕性降低，在降雨和大風作用下水土流失現(xiàn)象嚴重，且植被生態(tài)恢復(fù)難度較大[3]。因此在山地風電開發(fā)過程中，實施科學合理的生態(tài)修復(fù)措施，有效防治水土流失十分必要。本文從湖北省山地風電場水土流失特點進行分析，對其生態(tài)修復(fù)措施進行了探討。

2 湖北省山地風電場建設(shè)概況及區(qū)域劃分

2.1 湖北省山地風電場開發(fā)現(xiàn)狀

截至2019年，湖北風電裝機總量達405.28萬kW，占全省各類發(fā)電量的5.15%。湖北省處于中國地勢第二級階梯向第三級階梯的過渡地帶，境內(nèi)地貌類型豐富多樣，素稱“七山一水二分田”，省內(nèi)海拔500 m以上的山地丘陵占全省面積的56%。風能資源主要集中在“三帶一區(qū)”，即湖北省中部的荊門-荊州的南北向風帶、鄂北的棗陽-英山的東西向風帶、部分湖島及沿湖地帶、鄂西南和鄂東南的部分高山地區(qū)。

山地風電場由于地形起伏較大，風機主要布置于山脊線或山脊線兩側(cè)，導(dǎo)致風電場施工檢修道路和吊裝平臺造成的土石方開挖量大，施工形成的高陡邊坡因強降雨沖刷造成嚴重水力侵蝕，甚至出現(xiàn)山體滑坡，破壞生態(tài)環(huán)境、造成嚴重水土流失。湖北省山區(qū)普遍具有短時強降水多、迎風面蒸發(fā)量大、山區(qū)表層土質(zhì)貧瘠、植被自然恢復(fù)速率慢等特征，導(dǎo)致風電場區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量破壞嚴重，長達數(shù)年都難以自然恢復(fù)，生態(tài)修復(fù)難度較大。為此，湖北省各級政府部門對山區(qū)風電場建設(shè)的生態(tài)破壞日益關(guān)注，其監(jiān)管也在不斷加強，水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞已成為制約山地風能資源可持續(xù)開發(fā)利用的重要因素。

2.2 湖北省山地風電場建設(shè)區(qū)域劃分

依據(jù)湖北省風電開發(fā)現(xiàn)狀，結(jié)合氣候的分布特點、地形的變化特征以及土壤類型的差異等生態(tài)環(huán)境，將湖北省山地風電場分為鄂東南風電場區(qū)、鄂東北風電場區(qū)、鄂北風電場區(qū)、鄂西北風電場區(qū)以及鄂西南風電場區(qū)5個區(qū)域，各區(qū)域的地形、氣候特征見表1。

3 山地風電場水土流失特點

山地風電場施工期點型、線型、面型擾動并存。風電場一般建設(shè)有數(shù)十臺風機和數(shù)百基輸電桿塔或電纜線路，由于風機主要布置于山脊線或山脊線兩側(cè)，山地風電均需配套修建供大件運輸和運維檢修為主要功能的施工檢修道路，為消納土石方開挖產(chǎn)生的棄土(石、渣)，還需要配套設(shè)置棄渣場[4]，因此山地風電場施工期擾動點極多，擾動類型各異且造成水土流失的原因也不同。根據(jù)水土流失原因和施工建設(shè)活動特點，一般可將風電場分為風機區(qū)、道路工程區(qū)、輸變電工程區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)。

3.1 風機區(qū)

風電機組吊裝前，需布設(shè)吊裝場地、開挖風機基礎(chǔ)和箱變基礎(chǔ)，其水土流失影響較為集中。吊裝場地面積相對較大，在場地平整過程中，易形成挖方和填方邊坡，如未及時布設(shè)截、排水溝和采取護坡工程，會產(chǎn)生較嚴重水土流失甚至滑坡等危害。風機、箱變基礎(chǔ)開挖會產(chǎn)生土石方開挖和堆放，在降雨作用下水蝕作用加劇，土壤流失量較大。此外，工程建設(shè)區(qū)域海拔一般相對較高，表土層薄，風機平臺施工過程中不注意表土保護，后期植被恢復(fù)難度較大。

表1 不同區(qū)域地形、氣候特征

3.2 道路工程區(qū)

由于山地地形陡峭，為保證扇葉、塔筒等大型設(shè)備能夠運輸至山頂和山脊機組所在位置，風電場需配套修建施工道路，其擾動類型為線性擾動。施工道路寬度通常超過5 m，轉(zhuǎn)彎處甚至達15 m，在道路爆破、開挖、填筑的修建過程中，會產(chǎn)生大量土石方，改變地貌土地結(jié)構(gòu)，形成高陡邊坡，破壞原生植被，加大產(chǎn)流產(chǎn)沙量。此外，由于風電場建成后的運行檢修需求，施工道路會長期保留使用，但一般未采取路面硬化措施，加之山區(qū)施工道路坡度較大，強降雨形成的徑流會對路面泥沙形成劇烈沖刷，并發(fā)育成為侵蝕溝，因此道路工程區(qū)一般為山地風電場水土流失最為強烈的區(qū)域，需著重進行水土保持和生態(tài)修復(fù)。

3.3 輸變電工程區(qū)

為保證電力送出，風電場一般配套建設(shè)升壓站、集電線路等輸變電工程。升壓站建設(shè)擾動范圍較為集中，施工時間較短，且考慮后期運維工作和生活需求，其建設(shè)標準較高，一般不會造成大的水土流失。集電線路通常分為架空線路和電纜線路，架空線路為分散式點型擾動，由于桿塔基礎(chǔ)施工和牽張架線，將對地表產(chǎn)生不同程度的地表擾動和植被破壞，總體水土流失影響較小但區(qū)域分散；電纜線路為線型擾動，由于電纜溝施工開挖和回填會使土地原有的緊密結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤抗蝕性低，使土壤肥力受損，此外臨時堆土也會造成水土流失。

3.4 施工生產(chǎn)生活區(qū)

施工生產(chǎn)生活區(qū)用于堆放施工材料、施工設(shè)備和開挖的土石方或項目部施工人員駐地生活的區(qū)域。施工過程中，材料、設(shè)備堆放等占壓地表，部分地表進行硬化，破壞了原地表的植被，造成了一定的水土流失。

4 湖北省山地風電場生態(tài)修復(fù)措施

4.1 風機區(qū)生態(tài)修復(fù)措施

4.1.1 一般原則

風機區(qū)一般位于山頂或山脊線上，應(yīng)在開挖風機基礎(chǔ)和吊裝平臺前收集和存放用地范圍內(nèi)的表土，待施工完成后，再將表土回覆用于植被恢復(fù)。考慮風機區(qū)風速大、蒸發(fā)量大，植被恢復(fù)措施應(yīng)選用耐寒耐旱草樹種。

為及時排導(dǎo)風機區(qū)雨水及地表徑流，應(yīng)在風機平臺四周設(shè)置排水溝，接出平臺后順接坡面縱向排水溝或道路排水溝，后與周邊水系相連。宜優(yōu)先采用生態(tài)型排水溝，排水溝末端應(yīng)設(shè)置沉沙和消能設(shè)施。

4.1.2 風機平臺修復(fù)

風機平臺凹凸不平的地面應(yīng)削凸填凹，進行粗平整，粗平整后吊裝平臺區(qū)域等壓實度較高的土地應(yīng)予以翻松。為滿足植物生長需求，覆土厚度應(yīng)不小于0.3 m，覆土來源優(yōu)先選用開挖施工前收集存放的表土，若覆土厚度不滿足要求，應(yīng)通過調(diào)配或外購客土。

風機平臺生態(tài)修復(fù)應(yīng)考慮風機、箱式變壓器的檢修維護需要，不宜恢復(fù)林地。以風機為中心半徑2～8 m范圍內(nèi)檢修通道，宜選用耐踩踏、低矮匍匐型草種，采用撒播草種進行綠化；平臺其他區(qū)域，宜選用低矮匍匐型草種與矮小灌木進行草灌混播。撒播密度不宜低于100 kg/hm2。

4.1.3 平臺四周邊坡修復(fù)

平臺開挖或填筑形成的土質(zhì)邊坡在植被恢復(fù)前進行土地整治，宜采用帶狀整地，帶寬50 cm以上，沿等高線進行整地和覆土。

土質(zhì)邊坡坡度小于45°，選用草灌混播或撒播草種配合穴植灌木；坡度大于45°，可選用植生袋或三維植被網(wǎng)等適合的植被恢復(fù)技術(shù)。

巖質(zhì)邊坡坡度小于60°，可選用客土噴播技術(shù)，坡面規(guī)整的還可選用植生袋技術(shù)；坡度大于60°，可用植被混凝土技術(shù)[5]進行生態(tài)修復(fù)。

4.2 道路工程區(qū)生態(tài)修復(fù)措施

4.2.1 一般要求

風電場施工結(jié)束后，運營期道路宜恢復(fù)至3.5 m寬，恢復(fù)區(qū)域進行生態(tài)修復(fù)，路肩栽植行道樹，兩側(cè)邊坡根據(jù)邊坡性質(zhì)及立地條件，選擇合適的生態(tài)修復(fù)措施。

道路截排水設(shè)施應(yīng)系統(tǒng)完善，因勢利導(dǎo)。應(yīng)在道路邊坡坡腳處設(shè)置排水溝，在匯水面積較大路段的挖方邊坡還應(yīng)設(shè)置截水溝。截排水出口應(yīng)設(shè)置沉沙和消能設(shè)施，并充分考慮與原有溝渠或自然沖溝的平順銜接。

4.2.2 路肩修復(fù)

路肩栽植行道樹前進行整地，宜采用穴狀整地，開挖圓形或方形坑穴，大小因樹種和立地條件而異，穴徑和穴深均應(yīng)在30 cm以上。路肩兩側(cè)栽植1～2排行道樹，株距宜為3～4 m。行道樹樹種選用耐干旱貧瘠，抗風能力強的樹種。行道樹株間空地及路肩其余恢復(fù)范圍撒播草種恢復(fù)。

4.2.3 道路邊坡修復(fù)

道路開挖或填筑形成的土質(zhì)邊坡在植被恢復(fù)前進行土地整治，宜采用帶狀整地，帶寬50 cm以上，沿等高線進行整地和覆土。

土質(zhì)邊坡坡度小于45°，選用草灌混播或撒播草種配合穴植灌木；坡度大于45°，可選用植生袋或三維植被網(wǎng)等適合的植被恢復(fù)技術(shù)。

巖質(zhì)邊坡坡度小于60°，可選用客土噴播技術(shù)，坡面規(guī)整的還可選用植生袋技術(shù)；坡度大于60°，可選用植被混凝土或速藤屏技術(shù)進行生態(tài)修復(fù)，速藤屏每穴間距不大于50 cm。

4.3 輸變電工程區(qū)生態(tài)修復(fù)措施

升壓站一般在主體設(shè)計中考慮了護坡、攔擋、排水及站內(nèi)綠化等措施，站外邊坡及施工過程中臨時占壓的地表，應(yīng)盡量按原土地類型進行植被恢復(fù)。

架空線路考慮檢修運維需要，其桿塔底部及四周不宜栽植林木，宜選用耐踩踏、低矮匍匐型草種進行撒播草種恢復(fù)。桿塔若架立在匯水面積較大的山坡上時，應(yīng)在來水面設(shè)置截水溝、坡腳設(shè)置排水溝。

電纜線路考慮安全要求，其施工擾動區(qū)域應(yīng)選用非深根型草種進行撒播草種恢復(fù)。

4.4 施工生產(chǎn)生活區(qū)生態(tài)修復(fù)措施

施工生產(chǎn)生活用地屬于施工期臨時用地，在施工結(jié)束后應(yīng)在拆除所有建(構(gòu))筑物，并清除場地硬化層和建筑垃圾的基礎(chǔ)上進行土地整治。原土地利用類型為耕地的，應(yīng)交還農(nóng)戶進行復(fù)耕。原土地利用類型為林地、草地的，應(yīng)按原類型進行植被恢復(fù)。

4.5 推薦植物選擇

風電場生態(tài)修復(fù)措施應(yīng)優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物，無入侵性的非鄉(xiāng)土植物可適當采用；優(yōu)先選用速生、根系發(fā)達及抗貧瘠、抗堿、抗旱、抗寒等抗逆性優(yōu)良的植物。喬木、灌木應(yīng)搭配草本植物，草本植物不宜選用單一種類，宜選用前期生長較快的草本植物作為先鋒植物，在較短時間內(nèi)起到護坡固土的效果，為其他物種繁殖生長創(chuàng)造條件，使植物群落演替順利進行[6]。

通過對湖北省不同區(qū)域山地風電場植物進行實地調(diào)研，依據(jù)植物選擇原則、植物種子市場規(guī)律及各區(qū)域地形、土壤、氣候等環(huán)境條件，不同區(qū)域生態(tài)修復(fù)措施推薦的植物見表2。

表2 不同區(qū)域風電場生態(tài)修復(fù)措施推薦的植物

5 結(jié)語

山地風電場建設(shè)過程中由于開山挖石、破壞植被，在降雨和大風作用下水土流失和生態(tài)破壞現(xiàn)象嚴重。本文分析了湖北省山地風電場開發(fā)現(xiàn)狀，并結(jié)合氣候環(huán)境特點劃分了鄂東南、鄂東北、鄂北、鄂西北以及鄂西南五個風電場區(qū)域；分析了風電場風機區(qū)、道路工程區(qū)、輸變電工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)水土流失的原因及特點，在此基礎(chǔ)上提出了各分區(qū)水土流失防治及生態(tài)修復(fù)措施，并對本土植物分布進行了調(diào)研，提出了推薦選擇的生態(tài)修復(fù)植物，希望能對湖北省山地風電場生態(tài)修復(fù)提供指導(dǎo)性的建議。