山東莒南風電場水土流失特點及防治措施研究

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)濟社會的快速發(fā)展，電力需求正在不斷擴大。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。隨著“雙碳”目標的提出，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。風能作為重要的可再生能源之一，加上我國風能儲量豐富，其開發(fā)和利用是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要措施之一。然而，風電場建設(shè)過程中會造成嚴重的地表擾動和植被破壞，極易引發(fā)水土流失問題。此外，風電場水土流失規(guī)律還缺少深入的探索和研究，風電場水土流失防治措施還缺少科學的理論依據(jù)。因此，本研究以山東莒南風電場項目為例，分析風電場水土流失特點，探討風電場水土流失防治措施體系，以期為我國同類地區(qū)風電場水土流失防治工作提供參考。

1 項目概況及水土流失情況

1.1 項目概況及占地分析

莒南風電場位于山東省臨沂市莒南縣澇坡鎮(zhèn)鳳山區(qū)域，項目區(qū)常年多風，風力資源蘊藏豐富。項目區(qū)屬暖溫帶季風區(qū)半濕潤過渡性氣候區(qū)，年均氣溫12.4 ℃，冬季寒冷干燥、多北風和西北風，夏季炎熱多雨、多南風和東南風，春季干燥多風、多東風和東南風，秋季少雨易旱、多西風和西南風。項目區(qū)的水源補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%，極易造成洪澇災害，且降水年際變化大，歷史上常有連澇連旱的情況。

莒南風電場包括65臺風機，總裝機容量超過59.3 MW。風電場項目區(qū)主要由風力發(fā)電機組區(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。風力發(fā)電機組區(qū)是風力發(fā)電機和發(fā)電塔所在的區(qū)域，包含了風力發(fā)電機及箱式變壓器，通常一臺風力發(fā)電機需要配備一臺箱式變壓器，同時由于風力發(fā)電機需要安裝在距離地面近百米的高空，因此風力發(fā)電機旁會設(shè)置一個吊裝場地；升壓站區(qū)是風電場的控制中心，也是風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)是連接風力發(fā)電機和升壓站的區(qū)域；場內(nèi)道路區(qū)主要是連接各個建筑物和風力發(fā)電機的施工道路，包括進站道路、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)，會在施工完畢后進行設(shè)施拆除和地表復原。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，分別占項目區(qū)占地面積的44.24%和41.10%。

表1 莒南風電場項目分區(qū)占地情況

1.2 土石方開挖回填情況

風電場建設(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)生在風力發(fā)電機組區(qū)和場內(nèi)道路區(qū)，會對地表產(chǎn)生較大擾動。

表2 莒南風電場土石方開挖回填及利用情況

1.3 水土流失特點

風電場的水土流失發(fā)生在風力發(fā)電機組區(qū)、場內(nèi)道路區(qū)、輸電線路區(qū)、臨時施工用地區(qū)。風力發(fā)電機組區(qū)在施工準備期需要清除地表覆蓋物和平整土地，導致大量土地裸露，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)運營過程，且道路修建過程中需要路基清理、開挖、填筑等，嚴重破壞植被，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輸造成地表土壤和植被的破壞，都會引起水土流失。

風電場水土流失特點主要包括以下4點：

(1)點狀與線狀侵蝕并存。風電場水土流失主要以點狀和線狀形式存在，點狀侵蝕主要集中在風力發(fā)電機組區(qū)，包括風電機組基礎(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，易形成風蝕源和水蝕源。此外，泵站、臨時施工場地、棄土(渣)場也是點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)備運輸需要在道路上鋪設(shè)紅色玄武巖礫石，導致土壤基質(zhì)受損、植被恢復困難。相關(guān)資料顯示，目前莒南風電場水土流失較為嚴重，在遙感影像中已形成了比較清晰的侵蝕帶。

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

(3)植被破壞點多且面積廣。風力發(fā)電機雖然占地面積較小，但每一個風力發(fā)電機需要由道路進行連接，以方便后期維護檢修，導致植被破壞點多且破壞面積較大，也增加了植被恢復的難度。

(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)項目的生態(tài)環(huán)境影響，項目竣工后會有嚴格的環(huán)保驗收環(huán)節(jié)，其中包括水土保持設(shè)施驗收，因此項目竣工后基本不會發(fā)生較大的水土流失問題。然而，在風電場施工過程中，各種建設(shè)活動對地表土壤和植被的破壞比較嚴重，加上水土保持監(jiān)管不到位，導致水土流失嚴重，同時施工期間也是水土流失防治的重點時段。

2 風電場水土流失防治措施

2.1 工程措施

風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)植被恢復提供充足的營養(yǎng)，因此表土剝離后的保護工作至關(guān)重要。莒南風電場位于風力較大的丘陵區(qū)，表土層較薄，應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)束后進行恢復。莒南風電場施工時間較長，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行設(shè)置，由于風電場的道路通常不是平直建設(shè)，而是沿著山脊進行布線，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

植物措施是風電場水土流失防治的重要手段。風力發(fā)電機組區(qū)是水土流失防治的重點區(qū)域，尤其是施工結(jié)束后在風力發(fā)電機組區(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)也是實施植物措施的重點區(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行腐殖土回填，再在腐殖土上種植植被。

植物措施的實施主要包括4個方面：①做好“三禁”工作，即禁止隨意擴寬風電場連接道路、禁止隨意擴張點狀施工項目、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采用自然恢復加人工種植的方式加速植被修復，在植被破壞較小的區(qū)域采取自然恢復的方式，在植被破壞嚴重的區(qū)域采取人工種植的方式；③植物種類的選擇要做到適應當?shù)貧夂?、土壤、地形等條件，盡量選擇當?shù)卦械臉浞N和草種，選擇抗風沙、抗寒且生長周期短、生長速度快、不需要精細管理的植物種類，可以保證植物的正常生長且避免外來物種入侵；④依據(jù)不同項目分區(qū)的實際情況選擇種植不同的植被類型，風力發(fā)電機組區(qū)選擇種植抗風沙的多年生苜蓿、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

風電場的土石方臨時堆放區(qū)需要做好臨時防護措施，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)，風電場建設(shè)帶來的水土流失問題應引起高度重視。風電場水土流失防治是一項系統(tǒng)性的工作，應堅持因地制宜、因害設(shè)防的原則，針對項目區(qū)實際情況制定科學、合理、有效、全面的水土流失防治措施體系，提高風電場的運行安全性，在實現(xiàn)經(jīng)濟效益穩(wěn)步增長的同時實現(xiàn)水土資源和自然環(huán)境的保護。