河北省光伏發(fā)電項目水土流失特點及防治措施分析

邢曉光，賈志軍，王淮亮，王 微，張 晨

(河北省水利技術(shù)試驗推廣中心，河北 石家莊 050061)

開發(fā)太陽能等可再生能源是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分[1]。河北省地處我國的中東部，大部分地區(qū)屬于太陽能資源“較豐富帶”，太陽能資源的分布具有北部高于南部、內(nèi)陸高于沿海的特征。2013年以來，受政策的引導，河北省已建成了一批光伏發(fā)電項目，且將要上馬另一批項目，主要分布在北部的壩上高原區(qū)、燕山山地和西部的太行山區(qū)。由于光伏發(fā)電項目占地面積大，項目選址或位于易產(chǎn)生水土流失的低山丘陵區(qū)，或位于壩上高原生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。其中壩上高原區(qū)地勢較為平緩，海拔在1 200 m以上，自然植被主要是雜草和零星喬灌木，林草覆蓋率較低，土壤多為栗鈣土，土壤瘠薄，屬京津風沙源重點治理區(qū)，水土流失以風力水力交錯侵蝕為主。燕山山區(qū)和西部太行山區(qū)建設(shè)的光伏發(fā)電項目多位于山麓及低山丘陵區(qū)，山麓地勢較為平緩，低山丘陵區(qū)地勢起伏較大，光伏板多布置在坡度較小的山坡上。該區(qū)域土層厚度不均，主要植被是草、低矮灌木和小喬木，植被蓋度低，主要受水力侵蝕。本文對河北省光伏發(fā)電項目的水土流失特點進行分析，并探討防治措施。

1 光伏發(fā)電項目的組成

河北省所建設(shè)的光伏發(fā)電項目主要由光伏發(fā)電區(qū)、辦公區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、集電線路和道路組成。其中光伏發(fā)電區(qū)占地面積最大，包括光伏陣列、逆變器室和箱變，多以1 MWp作為一個光伏發(fā)電單元，每單元占地在1.5～2.0 hm2，采取固定式支架安裝，根據(jù)所處緯度不同，最大傾角在30°～35°之間，最小離地距離0.4 m。為避免光伏板間相互遮擋，每排光伏板之間保留一定寬度的空地，空地寬度依地形確定，在3～6 m之間。光伏電池板發(fā)出的電匯聚至就近布置的逆變器室，經(jīng)箱變升壓至35 kV。辦公區(qū)包括35 kV開關(guān)站和辦公樓等生產(chǎn)管理設(shè)施。施工生產(chǎn)生活區(qū)在辦公區(qū)附近布設(shè)，部分臨時生產(chǎn)生活設(shè)施可布置在辦公區(qū)內(nèi)。集電線路首先將光伏組件發(fā)出的電輸送至匯流箱，再由匯流箱至逆變器室及箱變，此段電纜采用橋架的方式，逆變器室至35 kV開關(guān)站多采用地埋電纜的方式，少數(shù)光伏區(qū)布置較分散的項目也采用架空線路。道路連接各光伏發(fā)電單元，方便施工、巡視檢修。

2 施工設(shè)計和工藝的水土流失分析及建議

項目的施工設(shè)計和工藝決定著對地表的擾動類型和擾動程度，因此從擾動地表類型和程度的角度可分析光伏發(fā)電項目施工設(shè)計和工藝造成水土流失的環(huán)節(jié)和水土流失特點。

2.1 場地平整

光伏發(fā)電項目占地面積較大，考慮經(jīng)濟因素，多數(shù)是占用灌草地。位于高原區(qū)、平原區(qū)的發(fā)電項目，地勢平坦，一般不需要進行場地平整。而選址在山區(qū)丘陵區(qū)的光伏發(fā)電項目，為保證發(fā)電效率，光伏板傾角不宜大于35°，若選擇在坡度大于35°的山坡上布設(shè)光伏板，則需要進行放坡整地，擾動地表會十分劇烈，從水土保持角度分析，應(yīng)禁止此類整地的施工設(shè)計。在山區(qū)的項目選址過程中，應(yīng)盡量選擇坡度較小的區(qū)域(35°以下)，順坡就勢進行光伏設(shè)備的布置，這樣既能減少對地表的擾動，也易于后期治理。

2.2 光伏支架基礎(chǔ)施工和光伏板安裝

光伏支架基礎(chǔ)有3種形式，一是條形基礎(chǔ)，二是鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，三是螺旋鋼樁基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)施工時需開挖寬約0.5 m的條溝，埋設(shè)鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，地面以下基礎(chǔ)埋深0.3 m，地面以上0.2 m?；A(chǔ)上設(shè)置螺栓，安裝支架，這種基礎(chǔ)形式擾動地表面積較大，程度劇烈，因此應(yīng)盡量避免選擇此類基礎(chǔ)形式。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工時采用打樁機打孔，操作簡易，孔深0.6～1.2 m，直徑0.15 m，孔內(nèi)加注錨固材料，將加固型鋼管旋擰至設(shè)計深度后進行二次灌漿固定鋼樁，支架立柱通過螺栓固定在鋼管樁內(nèi)。螺旋鋼樁基礎(chǔ)多用于巖質(zhì)地表，采用手提電鉆鉆孔，螺栓固定支架。后面兩種基礎(chǔ)施工擾動地表程度和面積均較小，沒有大量的土石方開挖、回填，不會產(chǎn)生棄方，造成的水土流失較輕。

2.3 道路施工

施工道路、檢修道路的修建，一般依據(jù)項目的施工需要和運輸檢修機械來確定道路的形式，多采用泥結(jié)碎石路面。在山區(qū)丘陵區(qū)修建道路時，多數(shù)地段需沿等高線順地勢修建，以減少挖填方。

2.4 構(gòu)(建)筑物建設(shè)和變壓器等設(shè)備的安裝

構(gòu)(建)筑物主要包括辦公區(qū)和逆變器室，施工前進行的場地平整、基礎(chǔ)施工對地表擾動劇烈，因此要求施工前應(yīng)注意表土資源的保護，場地平整時盡量利用原地形地勢移挖作填，減少動土方量和倒運次數(shù)?；A(chǔ)施工時應(yīng)以機械為主，基建施工、設(shè)備安裝等采用流水作業(yè)，減少擾動時間；施工時加強臨時攔擋、排水和遮蓋措施，做好邊坡防護。

2.5 光伏發(fā)電板的清洗

光伏板會被浮塵覆蓋，影響發(fā)電效率。建設(shè)運行單位一般采用沖水和濕抹布人工擦拭兩種方式對電池板進行清理。沖水清洗的方式用水量較大，需要運水車輛，對場內(nèi)道路等級要求較高，因此從水土保持角度分析，建議采用濕抹布人工擦拭的方式，省水且易于操作，但耗費人力。

3 水土流失防治措施布置

按照項目布局和施工工藝特點，針對工程建設(shè)過程中各防治分區(qū)的水土流失情況，因地制宜地布置防治措施。

3.1 表土資源的保護措施

要加強對表土資源和地表植被的保護，尤其是在土層較薄的壩上高原區(qū)，構(gòu)(建)筑物、道路、電纜溝等在施工前，要將表土層剝離，集中堆放，并灑水養(yǎng)護。施工結(jié)束后覆土平整，有利于植被恢復。

3.2 邊坡防護和截排水措施

位于山區(qū)丘陵區(qū)的光伏發(fā)電項目在建設(shè)過程中形成的高陡邊坡，需要布置邊坡防護措施。位于山坡上和上游有匯水的光伏發(fā)電區(qū)、辦公區(qū)應(yīng)布置截水溝，引導雨水下泄，減少對項目區(qū)的沖刷。道路兩側(cè)要布設(shè)排水措施，防止路面受沖刷。

3.3 光伏板下緣地表保護措施

光伏板表面光滑，面積較大，大氣降水將沿光伏板下緣下瀉至松散地表，容易造成水土流失。為此，可以在下緣地表布設(shè)碎石以減弱雨水對地表的沖刷。另外，可采用在光伏板下緣懸掛雨水收集槽的方法，將光伏板上的雨水引入收集槽，再通過管道或溝渠匯至水窖或蓄水池，既可以收集雨水，又可減弱雨水對地面的沖刷。

3.4 植被恢復措施

為減少植被對光伏板的遮擋，影響發(fā)電效率，施工前需將項目區(qū)內(nèi)原有的喬灌木移出光伏發(fā)電區(qū)，因此應(yīng)做好移栽樹木的保護。施工結(jié)束后，采取種草的方式恢復植被，不再栽植喬灌木。已建成的光伏發(fā)電站，光伏板下陽光直射較弱，土壤水分大，多采用自然恢復植被的方式，恢復效果不錯，能達到水土保持的要求。而每排光伏板之間的空地、土層較薄的區(qū)域，植被恢復效果較差，需人工覆土種草，這樣才能達到水土保持要求。在距離光伏板較遠道路的兩側(cè)等區(qū)域，仍建議采用喬灌草結(jié)合的方式恢復植被。

4 結(jié) 語

未來相當長的時期，太陽能資源在我國的能源結(jié)構(gòu)中將處于十分重要的地位，河北省也將大量發(fā)展光伏發(fā)電項目。為保護項目區(qū)的水土資源，在項目施工過程中，一是要優(yōu)化施工設(shè)計和施工工藝，減少地表擾動面積和程度；二是以區(qū)域地表整治、植被恢復和重建為防治方向，將邊坡防護、截排水等工程措施與植物措施相結(jié)合，綜合防治工程建設(shè)造成的水土流失。

[參考文獻]

[1] 胡云巖，張瑞英，王軍.中國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，35(1):69-72.