風電場建設對河西走廊水土流失的影響及防治對策

趙陟峰，吳 震，周建海，周 波，張新民

(1.甘肅省水土保持科學研究所，甘肅蘭州730020;2.交通運輸部環(huán)境保護中心，北京100013;3.北京林業(yè)大學水土保持學院，北京100083)

在幾千年前，風力就是人們生活、生產、航行的重要動力之一。近年來，在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，人們對風能的利用日益關心。作為可再生能源的風力資源以其蘊藏量巨大、分布廣泛、無污染等優(yōu)勢而在各國迅速發(fā)展［1］，風力發(fā)電是目前最成熟、最具有規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源技術之一［2］。我國是世界上風力資源較為豐富的國家之一，可開發(fā)風能資源總量約為10億kW，主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上［3］。甘肅的風能蘊藏豐富，尤其是河西走廊的瓜州素有“風庫”之稱［4］，上千公里的狹長河西走廊，其獨特的地理環(huán)境具有強烈的狹管效應，形成了中國乃至世界特有的風能資源富聚集帶，開發(fā)前景廣闊［5］。為充分利用河西地區(qū)豐富的風能資源，我國在酒泉地區(qū)規(guī)劃建設了第一座千萬千瓦級風電基地。目前，千萬千瓦級風電基地建設已進入高速發(fā)展期，預計到2015年酒泉風電基地裝機容量將達到1271萬kW，到2020年達到2000萬kW［6］。河西走廊大部分地方為荒漠、戈壁和草原，戈壁上的礫石層及植被保護層很容易遭破壞，且恢復難度大，特別是大型機械的應用更容易對戈壁造成破壞。風電場工程的建設必然要擾動地表，破壞植被，造成水土流失，影響生態(tài)環(huán)境。因此，加強水土流失防治，將生態(tài)破壞影響降到最低點，是建設風電工程首先要考慮的問題。

1 風能資源及區(qū)域自然狀況

河西走廊系指甘肅省黃河以西的地區(qū)，在行政區(qū)界上包括武威、金昌、張掖、嘉峪關、酒泉5個地級市，總面積約21.5萬km2。河西走廊地處祁連山脈以北、合黎山和龍首山以南、烏鞘嶺以西，海拔1100—1500 m，大部分地方為祁連山北麓沖積—洪積扇構成的山前傾斜平原。地貌由南到北大致為山地、平原、戈壁，亦有交錯分布，其中戈壁約為683.3萬hm2，占走廊總面積的30%以上。

河西走廊風能資源豐富的主要原因是西伯利亞冷高壓形成的冷空氣于冬春季入侵我國的西路、西北路兩條通道，再加南部有青藏高原的阻擋，形成了有利于風速加大的地形條件即狹管作用，得天獨厚的地理條件使得河西走廊長年盛行西北風，風力強且頻率高。在河西走廊建設風電場具有以下優(yōu)勢:一是年有效發(fā)電時數長，年有效風速時數在6000 h以上，年滿負荷發(fā)電在2300 h左右;二是風力能量密度大，風能富集區(qū)年平均有效風功率密度在150 W/m2以上，風速年內、年際變化小;三是風電場的建設條件好，易開發(fā)建設的風電場大都在荒漠戈壁之中，臨近交通干支線，地勢平坦廣闊，不需占用耕地，投資成本低;四是風力發(fā)電的氣候環(huán)境好，極限低溫不低于零下30℃，空氣濕度低，沒有鹽霧、冰凍等自然災害，有利于風機壽命的延長［7］。

河西走廊雖然風力資源豐富，但同時氣候異常、生態(tài)脆弱，大部分地方為荒漠和戈壁，地形平坦開闊，植被稀疏，降水少，蒸發(fā)量大，大風日數多。工程建設擾動破壞了原地貌的表層結皮及植被，造成表層土壤結構松散，使得地表抵御風蝕的能力大大降低，極易被風吹動造成水土流失。從對已實施的部分風電項目的調查來看，由于施工過程中治理不及時和自然條件等原因造成的水土流失比較嚴重，對生態(tài)環(huán)境影響比較突出。

2 風電場建設的水土流失及其特點分析

2.1 風電場建設引發(fā)的水土流失

2.1.1 建設期的水土流失

風電場建設期包括施工準備期和施工期。施工準備期由于施工及設備存放場區(qū)需要進行場地平整，擾動地表，降低了原地貌的土壤抗蝕能力，引發(fā)水土流失 風機及箱式變壓器基礎的開挖與回填、架空電纜塔桿基礎和地埋電纜溝的開挖與回填、升壓站建設、吊裝場地平整等破壞植被，嚴重破壞土壤結構，造成水土流失;場區(qū)內檢修道路及改擴建施工道路擾動面積大、土方量大，大面積的原地表土壤結構被破壞，導致水土流失大大加劇，是產生土壤侵蝕的重點部位;臨時設施的建設會破壞地表引起新的水土流失，如臨建宿舍及辦公室、砂石料堆放場、材料設備倉庫、生產生活用品倉庫和機械停放、材料鋼筋加工廠內設置機械修配廠及綜合加工系統(tǒng)等［9］。此外，施工材料和臨時堆土的保護不到位，生產生活垃圾和污水的傾倒、排放不到位，也會產生水土流失;工程施工過程中會較大面積地擾動原地貌，損毀地表植被，產生水土流失，在春秋季，工程建設形成大面積裸露面，運輸車輛道路揚塵、施工作業(yè)揚塵等在頻繁而強勁的大風作用下將造成風力侵蝕，在雨季，工程建設改變地表形態(tài)和徑流匯集方向，降水形成地表徑流，沖刷裸露地面造成水力侵蝕。

2.1.2 自然恢復期的水土流失

自然恢復期各建設類工程已全部完工，擾動區(qū)域被建筑物覆蓋或被硬化、綠化等措施所保護，水土流失量逐漸減少［10］。但在自然恢復期內植物措施充分發(fā)揮作用仍需一段時間，水土流失還會有一定時間的延續(xù)［11］。因此，水土流失防治的重點為風機場地、安裝平臺、電纜敷設區(qū)域、道路兩側、升壓站等采取措施但尚未完全恢復的區(qū)域。

2.2 河西走廊風電場建設的水土流失特點

2.2.1 特殊的自然條件容易產生水土流失

風能資源豐富、風力能量密度大、地勢平坦廣闊等特殊的自然條件是河西走廊建設風電場的優(yōu)勢，同時也使得該區(qū)極易產生水土流失。河西走廊大部分地方為荒漠和戈壁，植被覆蓋度低，不能形成地表有效保護層。地表多為戈壁礫石及細砂所覆蓋，人為擾動后地表礫石及土壤覆蓋結皮遭到破壞，顆粒細小的土壤極易被風吹蝕。原地表土壤結皮遭到破壞后，由大風吹拂造成的土壤侵蝕將大大加劇。風電場地處地勢較為平緩的沖洪積傾斜戈壁平原，無障礙物阻擋降低風速，因而有利于風蝕的產生和加劇。

2.2.2 水土流失形式多樣、地表恢復難度大

河西走廊風電場工程水土流失以風力侵蝕為主，兼有水力侵蝕。在春秋季，工程建設對地表的擾動和臨時堆土，為水土流失提供了物源，在頻繁而強勁的大風作用下將造成揚塵，產生水土流失;在雨季，降水形成地表徑流，也將形成水土流失。風電場工程施工作業(yè)面分散，水土流失具有點、線、面侵蝕并存的特點。點狀侵蝕集中于風電機組區(qū)，風電機組、箱式變電站基礎開挖、回填擾動原地貌，破壞地表土層結構，盡管每個風電機組基礎施工破壞植被的面積不大，但一座風電場一般有風機33臺或58臺，甚至更多;線狀侵蝕則發(fā)生于道路系統(tǒng)和輸電線路區(qū)，運輸車輛道路揚塵及輸電線路的開挖、回填會造成水土流失;面狀侵蝕集中于施工生產生活區(qū)、升壓站區(qū)，機械碾壓、施工材料堆放等均擾動原地貌、損壞地表植被。河西走廊的自然條件非常不利于植被恢復，而擾動地表重新形成土壤結皮的周期較長，若在施工過程中不注重表土保護則后期植被恢復難度會很大。

3 水土流失防治對策

3.1 嚴把項目的準入關，確保水土保持方案落到實處

各級水行政主管部門應對申報建設的風電場項目嚴格審查，要確保風電場項目嚴格貫徹落實水土保持法的規(guī)定，嚴把準入關。水行政主管部門還應嚴格風電場項目的水土保持方案審批工作，保證風電場建設過程嚴格貫徹水土保持法的相關規(guī)定，依法編制切合實際、可操作性強、高質量的水土保持方案。在項目施工建設過程中，水行政主管部門要發(fā)揮指導作用，讓建設單位明確工程項目水土流失防治責任范圍、損壞水土保持設施須繳納的補償費及工程建設中需要采取的水土保持措施。此外，水行政主管部門應強化依法行政，督促建設單位按照水土保持“三同時”制度實施建設，確保方案得到落實。在項目建設過程中適時進行水土流失治理，以開發(fā)促治理，以治理保開發(fā)，形成水行政主管部門監(jiān)督管理、相關部門積極配合、開發(fā)建設單位各負其責共同防治水土流失的局面，保障自然資源的可持續(xù)利用和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

3.2 加強施工管理，落實水土流失防治措施

風電場建設項目施工中，要優(yōu)化建設時序、合理安排工期。風機基坑、建筑物基礎和線纜埋設溝開挖等工序產生疏松裸露的開挖面和臨時堆土點較多，應集中力量，加快施工速度，縮短強度流失時段，避免在水蝕或風蝕強度較大的雨天或大風天施工，減少水土流失。在項目區(qū)合理布置施工場地、施工道路，盡量減少施工占地，減少破壞地表植被面積，保護地表原生植被和結皮。加強施工管理，在規(guī)劃用地紅線范圍內設置警示牌，防止施工車輛、人員隨意碾壓、踐踏、破壞施工范圍以外的原地表;加強對施工運輸車輛的管理，禁止在戈壁上隨意開辟道路行駛，減少對植被的碾壓破壞;在道路施工時，要嚴格按照設計的寬度和范圍修筑，盡量利用原有道路;通過合理調配，提高土石方開挖利用率，將棄渣量減少到最低程度。另外，施工結束后要及時進行覆土平整和植被恢復。

結合風電場建設工程的特點、區(qū)域自然條件及工程的功能分區(qū)等，將水土保持工程措施、臨時措施和植物措施有機結合，合理布局，形成完整的水土保持防護體系。施工道路路面應用礫石壓蓋或混凝土硬化處理，以減少施工過程中的揚塵和碾壓破壞后造成的水土流失。大風天氣要對容易起沙的場所，如各施工便道、建筑材料堆放區(qū)、機械和人為活動擾動頻繁區(qū)域，采取遮蓋、灑水等抑塵措施;臨時堆放的土石料和運輸車應遮蓋;施工過程中的臨時堆土應遵循“先攔后棄”的原則，用裝土草袋擋墻攔擋，裸露面及時用防塵網苫蓋。對施工機械碾壓、人員踐踏和土方臨時堆放占壓等造成破壞程度較輕的區(qū)域，可依靠自然的修復能力對生態(tài)進行自然恢復，極干旱的荒漠區(qū)無法恢復植被的，應采取砂礫石覆蓋;植被恢復時選擇旱生的植物種，以灌木和草本植物為主，在水分條件好的地段可適當考慮喬木樹種，有條件的地區(qū)還可以在坡面路旁設置雨水集蓄工程，蓄集雨水供植被利用。

3.3 及時進行水土保持監(jiān)測，完善后續(xù)措施

開發(fā)建設項目水土保持監(jiān)測是驗證項目水土保持方案、水土保持措施實施情況及效果的根本手段，為水土保持設施驗收提供基本依據。監(jiān)測的內容主要有水土流失因子監(jiān)測、水土流失狀況監(jiān)測、水土保持措施防治效果監(jiān)測等。監(jiān)測人員必須及時對施工過程中的擾動范圍、擾動程度、水土流失等進行監(jiān)測，因為實時、準確和翔實全面的監(jiān)測數據是保證水土保持措施進行科學布設的前提。通過對風電場項目建設全過程進行水土保持監(jiān)測，評價項目各環(huán)節(jié)的水土流失防治效果，判別是否達到國家規(guī)定的防治標準和水土保持方案確定的防治目標，為水土保持專項驗收提供依據。通過統(tǒng)計、計算和分析監(jiān)測數據，準確掌握建設項目水土流失動態(tài)變化和水土保持措施效果，以便發(fā)現問題及時采取相應的補救措施，確保各項水土保持措施能正常發(fā)揮作用，減少人為水土流失;及時發(fā)現重大水土流失危害隱患，并提出防治對策建議，以便補充和完善相應的水土保持設施和措施，保障工程安全運行;同時，提供水土保持監(jiān)督管理技術依據和公眾監(jiān)督基礎信息，對項目區(qū)生態(tài)環(huán)境的有效保護和及時恢復具有一定促進作用。

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