通道臨口風電場水土流失防治效果分析

摘要：通道臨口風電場施工期間易造成較大的水土流失，為此施工過程中落實了水土流失防治措施體系，布設了水土保持監(jiān)測點位，對場區(qū)施工期及自然恢復期的水土流失情況開展了監(jiān)測，監(jiān)測結果表明水土流失量減少了1031t，且隨著各項水土保持措施落實并逐步發(fā)揮效益，水土流失防治效果得到顯著提升。

關鍵詞：風電場;水土流失;水土保持監(jiān)測;防治效果分析

前言

通道臨口風電場道路工程、棄渣場、風電機組的水土流失較嚴重，為重點防治區(qū)域。在分區(qū)布設防護措施時，注重各分區(qū)的水土流失特點及相應的防治措施、防治重點和要求，又要注重各防治分區(qū)的關聯(lián)性、連續(xù)性、整體性、系統(tǒng)性和科學性[6]。

本工程施工過程中，風電機組、交通道路建立了防護攔擋工程，使施工臨時堆土、開挖面產(chǎn)生的水土流失在“點”上集中攔蓄，并落實了截排水溝、沉沙等措施，完善了場區(qū)水系;對開挖、回填后形成的裸露面（如風機安裝場邊坡、升壓站圍墻外邊坡、交通道路挖填邊坡等）采取種植喬木、（掛網(wǎng)）噴播等綠化措施，使水土流失在“線”上有效控制，減少地表徑流沖刷;同時對施工跡地進行土地整治，提高防護標準，種植林草，形成“面”的防治[10]。通過點、線、面防治措施有機結合、相互作用，形成立體的綜合防治體系，達到保護地表，改善生態(tài)環(huán)境，防治水土流失的目的，實現(xiàn)水土流失由被動控制到綜合開發(fā)治理的轉變[3]。

本項目具體實施水土流失防治措施體系詳見圖1。

1 ?項目簡述

1.1 項目區(qū)概況

通道臨口風電場風機布機點主要為山頂或山坡地形較平緩處，主要為構造剝蝕中高山地貌，場內地面高程一般為1200m～1500m，山包頂與鄰近溝谷的相對高差小于400m。項目區(qū)地處亞熱帶季風濕潤性氣候區(qū)，溫濕多雨，四季分明。年均氣溫為16.4℃，極端最高氣溫為36.8℃，極端最低氣溫-7.3℃。歷年平均無霜期298天，多年平均降雨量1484.3mm，風電場平均風速為3.9m/s，主導風向為N。植被屬亞熱帶常綠闊葉林南部植被亞地帶，主要為馬尾松、杉木、毛竹、映山紅灌叢、狗牙根灌叢等，植被覆蓋率較高。

1.2 項目概況

本工程位于湖南省懷化市通道縣臨口鄉(xiāng)境內，安裝23臺風力發(fā)電機組，裝機容量48.0MW，新建1座110kV升壓站，集電線路采取直埋電纜方式，總長16.50km。道路總長度23.26km，其中進場道路5.35km，場內道路15.71km，進站道路2.20km。路基寬度為7.0m，路面寬度為5.0m。施工臨建設施包括綜合加工廠、綜合倉庫、機械停放場及臨時辦公生活區(qū)，布置在110kV升壓站西側地勢平緩處。本項目于2017年4月開工，2018年9月底主體工程全部完工，總工期18個月。

2 ?水土流失量監(jiān)測

2.1 ?監(jiān)測方法

結合場區(qū)地形、地貌及侵蝕類型等特征，按調查監(jiān)測和地面定位觀測等方法進行。

2.1.1 ?調查監(jiān)測

通過定期或不定期現(xiàn)場實地勘測，采用GPS結合地形圖、數(shù)碼相機、標桿、鋼尺、測繩等工具，按不同地貌類型分區(qū)測定擾動地表類型及擾動面積，記錄每個擾動類型區(qū)的基本特征（擾動土地類型、開挖面坡長、坡度）及水土保持措施（護坡工程、土地整治工程等）實施情況。

1 面積監(jiān)測：采用手持式GPS對監(jiān)測點定位、現(xiàn)場丈量的方法進行。首先對全線進行地貌類型分區(qū)，在各類型區(qū)布設3-5個監(jiān)測點并用GPS定位。丈量擾動區(qū)域的長和寬的水平距離，并計算其擾動面積。

2 植被監(jiān)測：選場區(qū)內代表性的地塊作為標準地，標準地的面積為水平投影面積，要求喬木林20m×20m、灌木林5m×5m、草地2×2m。分別取標準地進行觀測并計算林地郁閉度、草地蓋度和各類型區(qū)林草覆蓋率。

計算公式為：D=fd/Fe

C=f/F

式中：D-林地郁閉度（或草地蓋度）;

C-林草覆蓋度，%;

F-樣方內樹冠（草冠）投影面積，m2;

Fe-樣方面積，m2;

f-林草地面積，hm2;

F-類型區(qū)總面積，hm2。

2.1.2 ?定位監(jiān)測

對定位監(jiān)測區(qū)域采用徑流小區(qū)法、鋼釬法、坡面侵蝕溝體積量測等方法。

1 徑流小區(qū)法

徑流小區(qū)用于坡面條件（長度或寬度等）不適宜布設簡易水土流失觀測場時，根據(jù)監(jiān)測目的與坡面條件，采用簡易徑流小區(qū)法進行監(jiān)測。簡易徑流小區(qū)一般為非標準小區(qū)，小區(qū)尺寸寬×長（水平投影）為0.5m×1.0～2.0m、1.0m×2.0m或2.0m×5.0m，要求小區(qū)長寬比大于2～4m，為自然坡面，根據(jù)監(jiān)測區(qū)段或施工地段，選擇并確定典型坡面坡度。

小區(qū)四周設截水墻，小區(qū)上方及兩側設截流溝及排水溝，小區(qū)下端采用Φ100mmPVC管作為集流管，集流管連接沉沙池，整個沉沙池，均用高標號水泥抹面，集流池規(guī)格根據(jù)地形設立，池內設固定水尺。沉沙池出口排水溝用Φ25mmPVC管，設閥門，PVC管接邊坡下游的排水溝。每次觀測取土壤、泥沙樣，分析水土流失狀況。

2 鋼釬法：布設樣地規(guī)格為3.0×3.0m，將長50cm、直徑1cm的鋼釬（侵蝕測針）按照上中下、左中右縱橫各三排共9根打入地下，釘帽與地面齊平，并在釘帽上涂上紅漆，編號登記。監(jiān)測年限內于每年定期分別觀測釘帽距地的高度，計算土壤侵蝕深度和土壤侵蝕量。每遇日降雨量>20mm時在雨后加測。觀測釘帽出露地面高度，計算土壤侵蝕深度和土壤侵蝕量。

計算公式： ?A=r×Z×Scosθ/（1000）

式中：A-土壤侵蝕量，t;

r-土壤容重，t/m3;

Z-侵蝕厚度，mm;

S-侵蝕面積，m2;

θ-坡度。

3 侵蝕溝樣方法：在已經(jīng)發(fā)生侵蝕的地方，通過選定樣方，測定樣方內侵蝕溝的數(shù)量和大小來確定侵蝕量。樣方大小取5～10m寬的坡面，侵蝕溝按大（溝寬大于100cm）、中（溝寬30～100cm）、?。蠈捫∮?0cm）分三類統(tǒng)計，每條溝測定溝長和上、中、下各部位的溝頂寬、底寬和溝深來推算流失量。侵蝕溝樣方法通過調查實際出現(xiàn)的水土流失情況推算侵蝕強度。重點是確定侵蝕歷時和外部干擾。及時了解工程進展和施工狀況，通過照相、錄像等方式記錄、確認水土流失的實際發(fā)生過程。

4 溝道淤積物量測法

根據(jù)實地調查，場內外道路區(qū)開挖土質邊坡以陡坡為主，布設侵蝕針或侵蝕溝樣方的可操作性難度較大，且不利于觀測。因此，選定具代表性的典型邊坡，并利用該邊坡坡腳截排水溝或新開挖溝道進行邊坡流失土石的攔蓄，通過對攔蓄的土石方量進行測算，進一步推算出開挖邊坡總體土壤侵蝕量。

2.1.3 ?巡 ?查

采用詢問調查、收集資料、典型調查、普查、抽樣調查等多種方法進行場區(qū)全面調查和量測，采集相關指標的數(shù)據(jù)、獲得監(jiān)測資料。

2.2 ?監(jiān)測點位布設

結合本風電場具體施工情況，運用上述監(jiān)測方法，對場區(qū)進行全面巡查及選定點位利用監(jiān)測設施定期采集水土流失影響因子、水土流失方式與流失量、水土保持措施數(shù)量與質量的監(jiān)測點。調查樣地僅選定位置確定面積，定期進行水土流失及其相關因素的調查。共布設17個監(jiān)測點，監(jiān)測點布設情況如表1所示。

3 ?實施效果分析與討論

3.1 ?各侵蝕單元侵蝕模數(shù)

3.1.1 ?原地貌侵蝕模數(shù)（施工準備期）

結合原地貌、植被、地形地貌、氣候特征等基礎因子現(xiàn)狀，得出項目區(qū)原生土壤侵蝕模數(shù)為500t/（km2·a）。

3.1.2 ?各侵蝕單元侵蝕模數(shù)（施工期）

1、風電機組區(qū)

挖方邊坡采取溝道淤積物量測法進行水土流失監(jiān)測，填方邊坡采用插釬法進行水土流失量監(jiān)測，風機安裝平臺布設觀測小區(qū)，對開挖邊坡下堆積物進行測量統(tǒng)計，在填方邊坡上設置坡面徑流小區(qū)進行統(tǒng)計，從而推算土壤侵蝕量。從2017年4月開展水土保持監(jiān)測工作，2018年9月底項目建設完畢，因此，本區(qū)建設期水土流失通過插釬法、侵蝕溝、堆積物、坡積物等計算本區(qū)土壤侵蝕量，具體量測結果見表3、表4、表5。

根據(jù)開挖坡面、填方坡面和平臺面積，加權平均計算本區(qū)土壤侵蝕模數(shù)為5226t/（km2·a）。

2、升壓站區(qū)

對本區(qū)挖方邊坡采用了堆積沉積物量測法量測水土流失量，對平地洼地泥沙沉積量和洼地回流面積進行量測，從而推算土壤侵蝕量。

開挖邊坡監(jiān)測點位觀測時間為2017年8月-2017年10月，匯水面積400m2，泥沙沉積量為387150cm3，得出土壤侵蝕量523kg，侵蝕模數(shù)5227t/（km2·a）;

平地監(jiān)測點位觀測時間為2017年8月-2017年10月，匯水面積1500m2，泥沙沉積量為1282450cm3，得出土壤侵蝕量1731kg，侵蝕模數(shù)4617t/（km2·a）。

根據(jù)坡面和平臺面積，加權平均計算本區(qū)土壤侵蝕模數(shù)為4745t/（km2·a）。

3、施工生產(chǎn)生活區(qū)

對本區(qū)采用回流面積進行量測水土流失量，觀測時間為2017年8月-2017年10月，匯水面積800m2，泥沙沉積量為648120cm3，得出土壤侵蝕量875kg，本區(qū)土壤侵蝕模數(shù)為4375t/（km2·a）。

4、交通道路區(qū)

對本區(qū)挖方邊坡采用侵蝕溝量測法，對填方邊坡采用徑流小區(qū)法，具體量測結果詳見表6、表7。

根據(jù)開挖坡面、填方坡面和平臺面積，加權平均計算本區(qū)施工期土壤侵蝕模數(shù)為5728t/（km2·a）。

5、本項目施工期土壤侵蝕模數(shù)

根據(jù)以上水土流失量監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算項目區(qū)施工期間平均土壤侵蝕模數(shù)為5615t/（km2·a）。

3.1.3 ?各侵蝕單元侵蝕模數(shù)（自然恢復期）

實施水土保持措施后的侵蝕模數(shù)通過調查法和樁釘法進行監(jiān)測。從2018年7月起對逐步實施水土保持措施區(qū)域進行調查和定點監(jiān)測，監(jiān)測結果如下。

1、風電機組區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，風電機組區(qū)于2018年8月完成綠化工作，通過調查區(qū)域沉積物量，進行計算，具體計算結果詳見表9。

經(jīng)計算，自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)為464t/（km2·a）。

2、施工生產(chǎn)生活區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，施工生產(chǎn)生活區(qū)于2018年10月完成綠化工作。通過調查區(qū)域沉積物量，進行計算。侵蝕時段為2018年10月～2018年12月，泥沙沉積量為22.6kg，匯水面積200m2，求出自然恢復期施工生產(chǎn)生活區(qū)土壤侵蝕模數(shù)為452t/（km2·a）。

3、升壓站區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，升壓站區(qū)于2018年1月完成綠化工作。通過調查泥沙沉積量為2.60kg，侵蝕時段為2018年6月～2018年8月，匯水面積30m2，求出自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)為347t/（km2·a）。

4、交通道路區(qū)

道路修建后，對道路區(qū)采取了漿砌石排水溝、擋墻及綠化措施，隨著這些措施的實施，本區(qū)進入植被恢復期，隨著植物逐漸生長，地面植被蓋度逐步提高，對地表形成有效防護，有植被生長的平地水土流失狀況顯著改善，基本無水土流失發(fā)生，坡地仍有輕微土壤流失情況發(fā)生。調查得出泥沙沉積量為14.60kg，侵蝕時段為2018年6月～2018年8月，匯水面積120m2，求出自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)為487t/（km2·a）。

5、本項目自然恢復期土壤侵蝕模數(shù)

根據(jù)以上水土流失量監(jiān)測數(shù)據(jù)和項目區(qū)各侵蝕單元面積，計算得到項目區(qū)自然恢復期平均土壤侵蝕模數(shù)為480t/（km2·a）。

3.2 ?項目水土保持措施實施前后分析

3.2.1 ?土壤流失量分析

土壤流失量按照下式計算：

式中：W ——土壤流失量，t;

J——預測時段，j=1，2，指施工期（含施工準備期）和自然恢復期;

I——預測單元，i=1，2，3，……，n-1，n;

Fji——第j個時段、第i個單元的面積，km2;

Mji——第j個時段、第i個單元的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a;

Tji——第j個時段、第i個單元的預測時段長，a。

經(jīng)計算，原地貌水土流失預測量為194t，擾動地表產(chǎn)生的水土流失預測量為1215t。

經(jīng)統(tǒng)計，施工期造成的水土流失量為1123t，自然恢復期92t，在落實水土保持各項措施，經(jīng)對水土流失情況監(jiān)測，水土流失量減少1031t，降幅達91.81%。

施工期的土壤流失量較大，這主要是由于風電機組區(qū)、交通道路區(qū)的開挖填筑較多，因此造成的水土流失量很大。而植被恢復期的新增土壤流失量明顯減少，這主要是由于建設的水土保持措施起到了一定的防護效果，從一定程度上減少了水土流失。

3.2.2 ?現(xiàn)場實施效果分析

本工程水土保持監(jiān)測過程中，針對現(xiàn)場較易產(chǎn)生水土流失的典型部位進行拍攝對比，圖3為場內主干道挖方邊坡，邊坡裸露僅實施了漿砌石擋土墻，存在較大的水土流失。為防治水土流失，針對該區(qū)域，主要采用掛網(wǎng)噴播綠化措施，并布設無紡布覆蓋，定期養(yǎng)護管理（“圖b”）。到自然恢復期階段，邊坡植被漲勢較好，植被覆蓋度較高，基本無水土流失（“圖c”）。

4 ?結論

通道臨口風電場建設期間，實施了各項水土保持措施，水土流失防治目標六項指標均達標。對于風電場區(qū)，交通道路及風電機組區(qū)極易導致水土流失，采取截排水溝、沉沙消能等措施并結合掛網(wǎng)噴播、撒播灌草等綠化措施，使建設區(qū)內水土流失量減少了91.81%，得到了有效的防治，并取得了較好的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益，為類似工程的水土流失防治提供可參考的科學依據(jù)。

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作者簡介：黃星宇（1993-），男，漢族，湖北省武漢人，助理工程師，本科，主要從事水土保持編制、監(jiān)測、驗收等工作。