山東莒南風(fēng)電場水土流失特點(diǎn)及防治措施研究

劉景青，李 蔚，劉 真

(1.澇坡水利服務(wù)中心，山東 莒南 276628； 2.臨沂市水文中心，山東 臨沂 276037；3.日照市水利局，山東 日照 276800)

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，電力需求正在不斷擴(kuò)大。目前我國超過60%的電力來自火力發(fā)電，火力發(fā)電過程中產(chǎn)生大量的污染物，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，未來火力發(fā)電占比將不斷減少，可再生清潔能源的開發(fā)和利用將越發(fā)重要。風(fēng)能作為重要的可再生能源之一，加上我國風(fēng)能儲量豐富，其開發(fā)和利用是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要措施之一。然而，風(fēng)電場建設(shè)過程中會造成嚴(yán)重的地表擾動和植被破壞，極易引發(fā)水土流失問題。此外，風(fēng)電場水土流失規(guī)律還缺少深入的探索和研究，風(fēng)電場水土流失防治措施還缺少科學(xué)的理論依據(jù)。因此，本研究以山東莒南風(fēng)電場項(xiàng)目為例，分析風(fēng)電場水土流失特點(diǎn)，探討風(fēng)電場水土流失防治措施體系，以期為我國同類地區(qū)風(fēng)電場水土流失防治工作提供參考。

1 項(xiàng)目概況及水土流失情況

1.1 項(xiàng)目概況及占地分析

莒南風(fēng)電場位于山東省臨沂市莒南縣澇坡鎮(zhèn)鳳山區(qū)域，項(xiàng)目區(qū)常年多風(fēng)，風(fēng)力資源蘊(yùn)藏豐富。項(xiàng)目區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤過渡性氣候區(qū)，年均氣溫12.4 ℃，冬季寒冷干燥、多北風(fēng)和西北風(fēng)，夏季炎熱多雨、多南風(fēng)和東南風(fēng)，春季干燥多風(fēng)、多東風(fēng)和東南風(fēng)，秋季少雨易旱、多西風(fēng)和西南風(fēng)。項(xiàng)目區(qū)的水源補(bǔ)給主要依靠大氣降水，年均降水量840.7 mm，降水年內(nèi)分配不均，汛期(6—9月)降水量約占全年降水量的75%，極易造成洪澇災(zāi)害，且降水年際變化大，歷史上常有連澇連旱的情況。

莒南風(fēng)電場包括65臺風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量超過59.3 MW。風(fēng)電場項(xiàng)目區(qū)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)、升壓站區(qū)、輸電線路區(qū)、場內(nèi)道路區(qū)、臨時施工用地區(qū)組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和發(fā)電塔所在的區(qū)域，包含了風(fēng)力發(fā)電機(jī)及箱式變壓器，通常一臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要配備一臺箱式變壓器，同時由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要安裝在距離地面近百米的高空，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)旁會設(shè)置一個吊裝場地；升壓站區(qū)是風(fēng)電場的控制中心，也是風(fēng)電場管理人員的工作和生活場所，主要包含綜合樓、配電樓、附屬樓及輔助構(gòu)筑物等；輸電線路區(qū)是連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)和升壓站的區(qū)域；場內(nèi)道路區(qū)主要是連接各個建筑物和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的施工道路，包括進(jìn)站道路、施工檢修道路、施工臨時道路等；臨時施工用地區(qū)是在風(fēng)電場施工過程中建成的生產(chǎn)區(qū)或生活區(qū)，會在施工完畢后進(jìn)行設(shè)施拆除和地表復(fù)原。由表1可知，場內(nèi)道路區(qū)和臨時施工用地區(qū)是占地面積最大的兩個區(qū)域，分別占項(xiàng)目區(qū)占地面積的44.24%和41.10%。

表1 莒南風(fēng)電場項(xiàng)目分區(qū)占地情況

1.2 土石方開挖回填情況

風(fēng)電場建設(shè)過程中會產(chǎn)生大量的土石方，同時也會產(chǎn)生大量的廢渣。由表2可知，大量的土石方開挖、回填工作主要發(fā)生在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)和場內(nèi)道路區(qū)，會對地表產(chǎn)生較大擾動。

表2 莒南風(fēng)電場土石方開挖回填及利用情況

1.3 水土流失特點(diǎn)

風(fēng)電場的水土流失發(fā)生在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)、場內(nèi)道路區(qū)、輸電線路區(qū)、臨時施工用地區(qū)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)在施工準(zhǔn)備期需要清除地表覆蓋物和平整土地，導(dǎo)致大量土地裸露，易引起水土流失；施工期間建筑材料的堆置、土石方的挖填和運(yùn)輸、設(shè)備安裝時的車輛作業(yè)都會造成水土流失。場內(nèi)道路的使用貫穿整個施工過程及后續(xù)運(yùn)營過程，且道路修建過程中需要路基清理、開挖、填筑等，嚴(yán)重破壞植被，都會引起場內(nèi)道路區(qū)的水土流失。輸電線路區(qū)塔架和輸電線桿的鋪設(shè)需要土石方的開挖回填、臨時施工用地區(qū)建筑材料的堆放和運(yùn)輸造成地表土壤和植被的破壞，都會引起水土流失。

風(fēng)電場水土流失特點(diǎn)主要包括以下4點(diǎn)：

(1)點(diǎn)狀與線狀侵蝕并存。風(fēng)電場水土流失主要以點(diǎn)狀和線狀形式存在，點(diǎn)狀侵蝕主要集中在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)，包括風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)部分、箱式變壓器基礎(chǔ)部分和臨時吊裝場地，這些區(qū)域的基礎(chǔ)開挖會破壞地表土壤結(jié)構(gòu)和植被，易形成風(fēng)蝕源和水蝕源。此外，泵站、臨時施工場地、棄土(渣)場也是點(diǎn)狀侵蝕的主要存在區(qū)域。線狀侵蝕主要集中在場內(nèi)道路區(qū)，設(shè)備運(yùn)輸需要在道路上鋪設(shè)紅色玄武巖礫石，導(dǎo)致土壤基質(zhì)受損、植被恢復(fù)困難。相關(guān)資料顯示，目前莒南風(fēng)電場水土流失較為嚴(yán)重，在遙感影像中已形成了比較清晰的侵蝕帶。

(2)受風(fēng)力和水力侵蝕的共同作用。莒南風(fēng)電場處于風(fēng)能資源豐富的區(qū)域，當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)顯示，項(xiàng)目區(qū)年均風(fēng)速達(dá)4～4.3 m/s，每年風(fēng)力在7級以上的大風(fēng)天氣天數(shù)達(dá)60～65 d。在大風(fēng)天氣影響下，風(fēng)電場施工過程中受到較大的風(fēng)力影響，地表植被破壞、土石方裸露堆置都會引起嚴(yán)重的水土流失。此外，項(xiàng)目區(qū)汛期降水集中，易發(fā)生洪澇災(zāi)害，棄土(渣)場和坡面的風(fēng)電設(shè)備安裝易發(fā)生水力侵蝕。莒南風(fēng)電場風(fēng)力和水力侵蝕的發(fā)生時間比較有規(guī)律性，冬、春季以風(fēng)力侵蝕為主，夏季以水力侵蝕為主。

(3)植被破壞點(diǎn)多且面積廣。風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然占地面積較小，但每一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要由道路進(jìn)行連接，以方便后期維護(hù)檢修，導(dǎo)致植被破壞點(diǎn)多且破壞面積較大，也增加了植被恢復(fù)的難度。

(4)水土流失主要發(fā)生在施工期間。目前，我國高度重視開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的生態(tài)環(huán)境影響，項(xiàng)目竣工后會有嚴(yán)格的環(huán)保驗(yàn)收環(huán)節(jié)，其中包括水土保持設(shè)施驗(yàn)收，因此項(xiàng)目竣工后基本不會發(fā)生較大的水土流失問題。然而，在風(fēng)電場施工過程中，各種建設(shè)活動對地表土壤和植被的破壞比較嚴(yán)重，加上水土保持監(jiān)管不到位，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，同時施工期間也是水土流失防治的重點(diǎn)時段。

2 風(fēng)電場水土流失防治措施

2.1 工程措施

風(fēng)電場水土流失防治措施中的工程措施主要包括表土工程和排水工程。表土是長期形成的熟化土壤，具有較好的土壤肥力，可以為后續(xù)植被恢復(fù)提供充足的營養(yǎng)，因此表土剝離后的保護(hù)工作至關(guān)重要。莒南風(fēng)電場位于風(fēng)力較大的丘陵區(qū)，表土層較薄，應(yīng)將施工之前和施工過程中剝離的表土集中保存，在施工結(jié)束后進(jìn)行恢復(fù)。莒南風(fēng)電場施工時間較長，橫跨冬、春、夏3個季節(jié)，由于夏季雨水較多，因此做好排水工作十分重要。排水措施需要依據(jù)路基情況和地形地勢進(jìn)行設(shè)置，由于風(fēng)電場的道路通常不是平直建設(shè)，而是沿著山脊進(jìn)行布線，且建設(shè)路基時通常采用半挖半填的方式，因此對于一側(cè)開挖另一側(cè)填充的路基，應(yīng)在挖方側(cè)依據(jù)地形特征、施工情況，采用永久排水溝和臨時排水溝相結(jié)合的方式修建排水設(shè)施；對于中間開挖兩側(cè)填充的路基，依據(jù)道路旁縱坡的深度、寬度、角度修建排水溝，若該路段處于地形平緩的區(qū)域，則可在取得相關(guān)專家意見后不修建排水溝。

2.2 植物措施

植物措施是風(fēng)電場水土流失防治的重要手段。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)是水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域，尤其是施工結(jié)束后在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)會形成一個直徑4～6 m的圓形混凝土基座，基座外均為裸露土壤，需要種植植被以防治水土流失。此外，升壓站區(qū)、場內(nèi)道路區(qū)也是實(shí)施植物措施的重點(diǎn)區(qū)域。場內(nèi)道路區(qū)需要將剝離的表層腐殖土堆放在道路旁并妥善保存，施工結(jié)束后清理道路上的浮土進(jìn)行腐殖土回填，再在腐殖土上種植植被。

植物措施的實(shí)施主要包括4個方面：①做好“三禁”工作，即禁止隨意擴(kuò)寬風(fēng)電場連接道路、禁止隨意擴(kuò)張點(diǎn)狀施工項(xiàng)目、禁止隨意堆放廢土廢渣，可以最大程度減少施工過程對地表和植被的破壞；②采用自然恢復(fù)加人工種植的方式加速植被修復(fù)，在植被破壞較小的區(qū)域采取自然恢復(fù)的方式，在植被破壞嚴(yán)重的區(qū)域采取人工種植的方式；③植物種類的選擇要做到適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥馈⒌匦蔚葪l件，盡量選擇當(dāng)?shù)卦械臉浞N和草種，選擇抗風(fēng)沙、抗寒且生長周期短、生長速度快、不需要精細(xì)管理的植物種類，可以保證植物的正常生長且避免外來物種入侵；④依據(jù)不同項(xiàng)目分區(qū)的實(shí)際情況選擇種植不同的植被類型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組區(qū)選擇種植抗風(fēng)沙的多年生苜蓿、沙打旺等，升壓站區(qū)以鋪設(shè)草坪為主，同時種植抗寒、抗風(fēng)沙的小型灌木和花卉，場內(nèi)道路區(qū)種植沙棘、胡枝子等低矮灌木。

2.3 臨時措施

風(fēng)電場的土石方臨時堆放區(qū)需要做好臨時防護(hù)措施，主要包括在土石方堆放區(qū)附近設(shè)置擋土設(shè)施、鋪設(shè)防塵網(wǎng)等，同時在堆放時間較長的土石方堆放區(qū)種植草坪。此外，臨時施工用地區(qū)原土地利用類型為荒草地的區(qū)域，需要在施工結(jié)束后人工播撒草籽恢復(fù)為草地，原土地利用類型為耕地的區(qū)域需要在施工結(jié)束后恢復(fù)為原土地利用類型。

3 結(jié) 語

隨著未來能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，風(fēng)能作為可再生能源，其開發(fā)和利用的重要性將不斷突顯。然而，風(fēng)電場一般位于自然環(huán)境惡劣、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的地區(qū)，風(fēng)電場建設(shè)帶來的水土流失問題應(yīng)引起高度重視。風(fēng)電場水土流失防治是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、因害設(shè)防的原則，針對項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況制定科學(xué)、合理、有效、全面的水土流失防治措施體系，提高風(fēng)電場的運(yùn)行安全性，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步增長的同時實(shí)現(xiàn)水土資源和自然環(huán)境的保護(hù)。