草皮剝離回鋪技術(shù)在高海拔風(fēng)電項目中的應(yīng)用

楊建霞, 尹武君, 楊曉瑞

(四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，成都　610021)

· 治理技術(shù) ·

草皮剝離回鋪技術(shù)在高海拔風(fēng)電項目中的應(yīng)用

楊建霞, 尹武君, 楊曉瑞

(四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，成都610021)

分析了風(fēng)電工程項目區(qū)海拔高、風(fēng)力強、降雨量大、生態(tài)脆弱的特點，針對風(fēng)電場種草恢復(fù)植被難度大、周期長、效果差的現(xiàn)狀，提出應(yīng)用草皮剝離回鋪技術(shù)以快速有效地恢復(fù)項目區(qū)植被，發(fā)揮水土保持功能。

風(fēng)電工程; 高海拔; 草皮剝離回鋪; 水土保持

1　前　言

風(fēng)電項目的建設(shè)能提高可再生能源與化石能源的互補性，改善電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)，并帶動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。隨著國家環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展政策的貫徹實施，“十二五”規(guī)劃期間，西南中高山地區(qū)利用優(yōu)越的風(fēng)能資源，規(guī)劃建設(shè)了多個風(fēng)電項目。

但是，不可忽視的是風(fēng)電場建設(shè)中的進場道路、吊裝平臺及風(fēng)機機位的開挖回填等施工活動對當?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)平衡造成擾動，特別是對原生高海拔草甸的破壞，引發(fā)劇烈的水土流失，如果不加以有效地治理，會使該區(qū)域水土流失狀況陷入持續(xù)惡化。

本文以涼山州會理長海子49.5MW風(fēng)電場工程為例，介紹草皮剝離回鋪技術(shù)在高海拔風(fēng)電項目中的應(yīng)用。

2　工程概況

2.1工程建設(shè)內(nèi)容

涼山州會理長海子49.5MW風(fēng)電場工程場址位于會理縣六華鄉(xiāng)三岔河?xùn)|側(cè)附近山脊頂部，地理坐標介于北緯26°58′15′′～27°01′21′′、東經(jīng)102°29′29′′～102°34′16′′之間，裝機容量49.5MW，主要由風(fēng)力發(fā)電機組、箱式變電站、集電線路、交通設(shè)施、吊裝場地等組成。

2.2自然環(huán)境

2.2.1風(fēng)力強

根據(jù)前期風(fēng)電場測風(fēng)塔的測試數(shù)據(jù)，當?shù)?0m、70m高度上11月～3 月風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大，3 月為全年最大，6月～8 月相對較小，具有明顯的全年兩季風(fēng)特征；風(fēng)能集中在9.6m/s～21.5m/s 風(fēng)速段內(nèi)，有效風(fēng)速段小時數(shù)基本集中在8327h左右；測風(fēng)塔風(fēng)向與風(fēng)能密度方向主要集中在SW ～WSW 區(qū)間。

2.2.2降雨量大

項目區(qū)屬中亞熱帶西部濕潤氣候區(qū)，日照多、蒸發(fā)旺盛、雨量集中、干濕季分明、氣溫年較差小、日較差大，屬典型的高山氣候。一年中5月～10月為雨季，災(zāi)害性天氣主要有低溫、霜凍、綿雨、冰雹等。根據(jù)會理縣、寧南縣氣象站氣候要素統(tǒng)計，該區(qū)域多年平均降水量1150mm， 20年一遇最大1h降水量為57.9mm。

2.2.3海拔高

風(fēng)電場所處區(qū)域，按地貌成因、地貌形態(tài)和切割深度劃分，屬于構(gòu)造剝蝕中切割中山、高山地貌，場區(qū)海拔為3000m～4600m，出露地層第四系為坡殘積的黏性土及碎石土，較松散。

2.3面臨的主要水土保持問題

風(fēng)電場工程主要由風(fēng)力發(fā)電機組、箱式變電站、集電線路、交通設(shè)施、吊裝場地等項目組成。工程占地面積較大，施工周期較長，工程施工地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自我修復(fù)能力低，尤其是高寒草甸、高寒草原等在擾動后很難恢復(fù)[1]，容易產(chǎn)生劇烈的水土流失，對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。

2.3.1工程活動不可避免的破壞原有地形地貌和植被

風(fēng)電場風(fēng)機占地和施工臨時占地將對原地表進行開挖回填或占壓擾動，特別是施工道路的修建，由于風(fēng)電場區(qū)域較大，風(fēng)機分散，且山脊部位人跡罕至，無已建道路可利用，施工道路需全線新建，蜿蜒旖旎，挖填交錯，路線長，土石方開挖量大，施工活動將嚴重破壞地表植被，打破原有生態(tài)平衡，使松散土層直接裸露，產(chǎn)生水土流失。

2.3.2大風(fēng)大雨的自然條件加劇土壤侵蝕

在大風(fēng)大雨的自然條件背景下，被擾動破壞的地表裸露面以及臨時堆存的土石方使該區(qū)域的土壤侵蝕量成倍增加。工程區(qū)在擾動前為中高山無人區(qū)，區(qū)域內(nèi)植被較發(fā)育，以草地和灌木為主，植被覆蓋率高，水土流失背景值約為200～1700t/km2·a，平均流失強度表現(xiàn)為輕度。工程擾動后的土壤侵蝕模數(shù)參考已建德昌風(fēng)電場各施工單元的測算數(shù)值進行對比估算確定，主要是通過對施工期的典型樣方進行調(diào)查，通過量測侵蝕溝的情況估算水蝕侵蝕量。結(jié)合有關(guān)研究資料，水力侵蝕中面蝕量與溝蝕量之比約為3∶7，采用的侵蝕模數(shù)估算公式如下：

其中：A—土壤侵蝕模數(shù)(t/km2·a)；

V—樣方內(nèi)侵蝕溝的體積(m3)；

r—土壤容重(1.30t/m3)；

S—樣方面積(m2)；

a—水土流失年限(a)。

德昌風(fēng)電場各預(yù)測單元典型樣方調(diào)查及侵蝕模數(shù)估算如表1所示。

表1　德昌風(fēng)電場施工擾動后各預(yù)測分區(qū)侵蝕模數(shù)

由表1可以看出，風(fēng)電場各施工單元在施工活動的擾動下，水土流失強度表現(xiàn)為極強烈、劇烈。

2.3.3人工植草恢復(fù)植被的難度大

由于工程區(qū)海拔較高，土層較薄，植被以高山草甸為主，原生植物種類較少，主要有禾草科羊茅、百合科藜蘆及矮小灌木杜鵑等，破壞后人工恢復(fù)難度較大，主要是因為草種選擇面窄，易遭凍害旱害，播種成活率低，恢復(fù)周期長，恢復(fù)效果差等[2]。

3　技術(shù)應(yīng)用與實施

鑒于工程區(qū)施工建設(shè)擾動范圍大，風(fēng)力強，降雨量大，海拔高，自然生態(tài)環(huán)境原始、脆弱、獨特的實際情況，需要在施工過程中盡量減小開挖擾動范圍，避開大風(fēng)大雨時段，盡快恢復(fù)施工裸露區(qū)的植被覆蓋，減少水土流失。

根據(jù)高山草甸多年生植被根深葉淺的自身特性，以及高山天氣多變、日有四季的氣候環(huán)境條件，對工程開挖占壓區(qū)域原有草皮進行合理剝離和養(yǎng)護，待施工完成后進行草皮回鋪，利用多年生高山植被獨有的高山適應(yīng)特性，使恢復(fù)后的植被能迅速適應(yīng)高山惡劣的氣候環(huán)境，能經(jīng)受住低溫嚴寒、大雪暴雨、冰凍狂風(fēng)的沖擊，從而達到恢復(fù)高山植被、保護生態(tài)環(huán)境的目的[3]。相比較于恢復(fù)效果不佳的人工撒草恢復(fù)植被，這種利用既有植被進行水土流失防護的方法既充分利用了場地開挖的表層草土資源，又大大節(jié)省了植被的自然恢復(fù)期時間，使工程區(qū)以最快的速度恢復(fù)到擾動前的狀態(tài)，最大限度的控制土壤侵蝕模數(shù)的增加幅度，減少工程區(qū)水土流失。

3.1施工規(guī)劃

施工準備期先做好施工規(guī)劃，確定需要開挖、占壓的區(qū)域范圍，確定區(qū)域內(nèi)可剝離草皮的數(shù)量及施工結(jié)束后需要綠化恢復(fù)的面積，并根據(jù)工程區(qū)實際情況確認可剝離的草皮下墊面腐殖土厚度和面積，做好草甸及表土的供需平衡，精確劃定剝離及回鋪的范圍和數(shù)量。

3.2草皮剝離

草皮剝離首先注意季節(jié)的選擇，盡量選擇氣候較濕潤、降雨較豐富的季節(jié)，一般為每年的5～8 月之間。這個時段通常是草地植物的分蘗期與結(jié)實期，即草地植物貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)含量相對較高的時期，該季節(jié)的植被具有最長的生命力[4]，同時氣候溫暖，植物免受凍害、旱害，易于成活。

其次，草皮剝離時應(yīng)嚴格控制好開挖的深度，必須開挖到根系層以下并保留3～5cm的裕度，以保證根系完整并與土壤良好結(jié)合，確保草皮具有足夠的養(yǎng)分來源。根據(jù)高山草甸的根系深度估算，開挖的深度控制在30cm左右。

再次，草皮剝離時嚴格控制其分塊大小，其最小邊長不應(yīng)小于25cm ，防止分塊過小切斷植物根系導(dǎo)致草皮枯死；同時為便于搬運，其最大邊長盡量控制在50cm以內(nèi)。草皮剝離后，下層有機土對植被的回植成活十分重要，應(yīng)將其清理集中堆放，以便回植草皮時使用[5]。

3.3草皮臨時堆存防護

為保證草皮的活性，草皮剝離季節(jié)一般選擇在春夏季節(jié)，不容忽視的是，該季節(jié)正是當?shù)亟涤炅孔畲蟮募竟?jié)，草皮和表土的剝離如果不加以完善的臨時防護，將給水土流失以可乘之機，造成嚴重的土壤侵蝕。

3.3.1防風(fēng)

草皮臨時堆存時，應(yīng)盡量選擇背風(fēng)面、地勢平坦的地段，項目區(qū)主風(fēng)向為SW，即西南方向，選擇在西南主風(fēng)方向設(shè)置土袋臨時擋墻，草皮表面以防風(fēng)透氣的密目網(wǎng)進行覆蓋，避免大風(fēng)帶走草皮蓄含水分，保證草皮存活；表土堆表面以防雨布進行全面覆蓋遮擋，避免風(fēng)力揚沙。

3.3.2水分控制

在草皮臨時堆存區(qū)域灑水，保持土壤濕潤，區(qū)域周圍設(shè)置水溝，及時補充供水，保證草皮的需水量，并可將大雨時段的多余降水及時排走，避免草皮長期處于淹沒狀態(tài)而腐爛死亡。必要的時候，可在水中添加草皮生長所需的肥料，幫助草皮渡過脆弱的“假植”期間。

3.3.3養(yǎng)護時間

施工時，盡量縮短草皮的養(yǎng)護時間，一方面可提高剝離草皮的成活率；另一方面也可避免因上層草皮長期占壓覆蓋導(dǎo)致原地表未剝離的草皮死亡。

3.4草皮回鋪

草皮回鋪時，先回填有機土層，并保證回鋪平順，使草皮根部與土壤無縫銜接；草皮回鋪后，草隙用腐植土填塞密實；回鋪和填縫均為人工操作，可將草皮輕輕拍實，防止翹角和鼓包。在大風(fēng)大雨季節(jié)，還應(yīng)采取竹制或木制梢釘對草皮加以固定，防止草皮隨下部土層流失而發(fā)生位移。

3.5草皮植后養(yǎng)護

根據(jù)實際環(huán)境條件和回鋪草皮生長發(fā)育的季節(jié)需要，適時對其進行施肥、澆水養(yǎng)護，以滿足植被對營養(yǎng)和水分的需要?；劁伜蟮牟萜け容^脆弱，需要一段時間才能與底層土壤結(jié)合，因此，在草皮回鋪后10天之內(nèi)，盡量減少對回鋪草皮區(qū)域的人為或外力擾動，草皮恢復(fù)較差區(qū)域需相應(yīng)延長養(yǎng)護期限，使其恢復(fù)生長。

上層草皮回鋪后，及時清除下層原生植被上的灑落腐植土，恢復(fù)其原有的生長環(huán)境，促使其及時返青。

4　應(yīng)用效果

目前，長海子風(fēng)電場工程在分段施工的進場道路邊坡植被恢復(fù)中采取了部分草皮回鋪技術(shù)，見下圖。長海子風(fēng)電場的施工道路采用礦山三級道路標準設(shè)計，施工時采用1～2km分段流水施工，單段施工時間段約15天左右，施工前將開挖區(qū)域草甸剝離堆存在臨時防護區(qū)，15天后路段施工完成將草皮回鋪至兩側(cè)邊坡，就地取材，快速的恢復(fù)了施工道路的植被綠化，也節(jié)約了外購草種的成本。

圖　施工道路區(qū)草皮回鋪Fig.　Laying the removed turf back in temporary road area

由于施工道路沿山脊走線，道路上坡面水土流失情況可通過對施工道路內(nèi)側(cè)布設(shè)的排水溝和沉沙池底部淤積情況進行觀測，初步統(tǒng)計計算坡面土壤侵蝕模數(shù)。觀測期為道路施工期至草皮回鋪后3個月，共持續(xù)3.5個月，為雨季的6月中旬至9月；觀測對象選擇為施工道路和山脊之間坡面，位于4#、5#風(fēng)機之間，路段為K0+881-K0+995，長度114m，海拔3450～3456m，坡面平均坡長2.1m，坡度10°，排水溝沿道路內(nèi)側(cè)坡線底端布設(shè)，沉沙池設(shè)置于排水溝3450m高程端，尺寸為1500(長)×1000(寬)×1000(高)。通過對草皮回鋪初、1個月、3個月后的沉沙池內(nèi)淤積泥沙進行計量，得出該區(qū)域坡面土壤侵蝕模數(shù)見表2。由此可見，草皮回鋪技術(shù)能快速降低地表土壤侵蝕模數(shù)，控制水土流失。

表2　草皮剝離回鋪后施工道路區(qū)土壤侵蝕模數(shù)

5　結(jié)　語

在自然環(huán)境條件惡劣、生態(tài)脆弱的中高山地區(qū)，風(fēng)電場項目采用草皮剝離回鋪技術(shù)恢復(fù)植被的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在能就地取材，借用當?shù)匾延兄脖毁Y源快速恢復(fù)該區(qū)域植被，有效控制擾動區(qū)域水土流失量，盡快降低和消除人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響。同時，該技術(shù)也有其局限性，主要是因為高海拔地區(qū)草甸養(yǎng)護期自然條件惡劣，草皮難以長時間保持活性，對施工道路、集電線路等可分段施工、單段施工期較短的區(qū)域比較適用，相對而言，對風(fēng)力發(fā)電機組區(qū)、吊裝場地區(qū)等施工期較長的區(qū)域使用起來具有一定難度，且該技術(shù)中草皮剝離、養(yǎng)護及回鋪均需要人工操作，需投入更多的工程量和投資，在實施推廣中存在成本較高的局限性。

[1]李志斌,馮再福.無人機遙感系統(tǒng)在電力工程環(huán)保水保中的應(yīng)用[J]. 電力勘測設(shè)計, 2013,(5):37-39.

[2]潘樹榮.草皮在青藏鐵路多年凍土地區(qū)路基工程中的應(yīng)用[J].路基工程,1997,(4):10-11.

[3]周建春.高原高寒地區(qū)草皮移植回鋪技術(shù)研究與運用[J].資源與環(huán)境,2006,(19):137-139.

[4]寧佐春,黃潔.高原鐵路草皮移植施工技術(shù)[J].西藏科技,2006,(8):53-55.

[5]張育紅.植被移植回鋪技術(shù)在青藏鐵路施工中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué),2006,(34):53-54.

[6]錢衛(wèi)兵,單鵬飛. 特高壓工程中環(huán)評水保信息化研究[J].電力勘測設(shè)計,2013,(2):70-76.

Application of Turf Removing and Returfing Technology in High Altitude Wind Power Project

YANG Jian-xia，YIN Wu-jun，YANG Xiao-rui

(SichuanElectricPowerDesignConsultingCo.,Ltd.,Chengdu610021,China)

This paper analyzed the characteristic of the wind power projects area with high altitude, strong wind, heavy precipitation and fragile ecological. Based on current status that the vegetation is difficult to restore, the recovery period is long and the effect is not satisfactory, turf removing and returfing technology is proposed which can quickly and effectively recover the vegetation in project area and conserve soil and water.

Wind power station; high altitude; turf removing and returfing; soil and water conservation

2014-09-04

楊建霞(1983-)，女，重慶忠縣人，2008年畢業(yè)于四川大學(xué)水利水電工程專業(yè)，碩士,工程師。研究方向為水土保持。

X773

A

1001-3644(2015)02-0076-04