張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)及防治措施

趙名彥，崔利強(qiáng)，李芳然，霍惠玉，趙 明，趙亞鋒

(1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊050000； 2.河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊050000)

張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)及防治措施

趙名彥1，崔利強(qiáng)2，李芳然1，霍惠玉1，趙 明1，趙亞鋒1

(1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊050000； 2.河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊050000)

張承地區(qū)；光伏發(fā)電項(xiàng)目；水土流失；水土保持措施

以河北張承地區(qū)15個(gè)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，介紹了該地區(qū)的太陽能資源概況，分析總結(jié)了項(xiàng)目建設(shè)水土流失特點(diǎn)及防治措施。光伏發(fā)電項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)表現(xiàn)為點(diǎn)狀與線狀侵蝕兼有，風(fēng)蝕與水蝕共存等。適合采取的工程措施主要包括表土剝離和回鋪、高陡邊坡防護(hù)、坡面匯流區(qū)截排水溝建設(shè)等；植物措施主要是針對不同施工區(qū)域選擇適宜的鄉(xiāng)土樹草種進(jìn)行植被恢復(fù)，對線狀施工區(qū)可采用分段施工、植被移植的方法恢復(fù)植被，并且在施工中要合理安排施工時(shí)序和施工期臨時(shí)防護(hù)措施。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球能源短缺，傳統(tǒng)的火力發(fā)電造成日益嚴(yán)重的負(fù)面環(huán)境影響，環(huán)境安全已成為全世界面臨的挑戰(zhàn)。在此背景下，太陽能作為清潔、可再生的能源日益受到社會關(guān)注，而依托太陽能的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展也日益得到了國家的重視。

根據(jù)《太陽能資源評估方法》(QXT 89—2008)確定的標(biāo)準(zhǔn)，河北省承德市、張家口市(以下簡稱張承地區(qū))屬于太陽能“資源很豐富”區(qū)[1]，其豐富的太陽能資源吸引了眾多光伏發(fā)電項(xiàng)目在此落戶。然而，光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)不可避免地會造成水土流失、植被退化等一系列生態(tài)問題，而承德市、張家口市又是河北省水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)，如何科學(xué)合理地在光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)，成了急需解決的問題。筆者以張承地區(qū)15個(gè)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，分析了該區(qū)的太陽能資源現(xiàn)狀，總結(jié)了該區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)并提出了可行的水土保持措施，以期加快該區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的植被恢復(fù)與水土保持工作。

1 張承地區(qū)太陽能資源現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，河北省年均太陽總輻射量4 854～5 981 MJ/m2[1]，大部分地區(qū)屬于太陽能資源“較豐富帶”。調(diào)查并總結(jié)了近兩年在張承地區(qū)實(shí)施的15個(gè)光伏項(xiàng)目所在地的年均日照時(shí)數(shù)和年均太陽總輻射量(見表1)。

表1 張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目所在地太陽能資源

由表1可以看出，張承地區(qū)太陽輻射量最多的地方為尚義縣八道溝鎮(zhèn)和康?？h一帶，年均太陽總輻射量達(dá)5 900 MJ/m2以上；其次為張北縣二泉井鄉(xiāng)、圍場縣大草場鎮(zhèn)、沽源縣黃蓋淖鎮(zhèn)、豐寧縣草原鄉(xiāng)、宣化縣深井鎮(zhèn)和陽原縣井兒溝鄉(xiāng)，年均太陽總輻射量5 600～5 900 MJ/m2；年均太陽總輻射量在5 300～5 600 MJ/m2之間的有灤平縣金溝屯鎮(zhèn)、平泉縣北五十家子鎮(zhèn)、承德縣三溝鎮(zhèn)。

2 張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目分布情況及水土流失特點(diǎn)

張承地區(qū)的地貌類型有壩上高原、冀北山地、冀西北黃土丘陵三種，海拔從西北向東南遞減。光伏電場在這三種類型區(qū)都有分布。張承地區(qū)的水土流失面積占全省水土流失面積的62.34%。其中，壩上高原普遍存在嚴(yán)重的風(fēng)力侵蝕，該地區(qū)沙化土地已達(dá)129.1萬hm2[2]，約占壩上高原區(qū)土地總面積的40.9%，該區(qū)也因此成了威脅京津地區(qū)的重點(diǎn)風(fēng)沙源之一；冀北山地區(qū)是京津冀重要的水源區(qū)，其水土、植被資源較好，主要以水力侵蝕為主；冀西北黃土丘陵區(qū)風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕并存，地表侵蝕嚴(yán)重，植被退化明顯，是河北省水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。由表2可知，除了康?？h康保鎮(zhèn)位于國家京津風(fēng)沙源重點(diǎn)治理區(qū)，其他區(qū)縣都位于燕山國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和永定河上游國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。

表2 水土流失分區(qū)和土壤侵蝕類型及分布

根據(jù)河北省第一次水利普查結(jié)果，張承地區(qū)的現(xiàn)狀水土流失特點(diǎn)之一是水力與風(fēng)力侵蝕并存。從表2看出，灤平縣金溝屯鎮(zhèn)、承德縣三溝鎮(zhèn)、平泉縣北五十家子鎮(zhèn)為水力侵蝕，其他區(qū)縣均兼有水力和風(fēng)力侵蝕。

張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目的水土流失形式是風(fēng)力侵蝕、水力侵蝕兼有。光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)期不長，但一般仍會跨越一年四季。張家口市和承德市大部分屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，地貌復(fù)雜，高山丘陵交錯(cuò)起伏，川谷縱橫，總的氣候特點(diǎn)是春冬季風(fēng)大干旱、夏季雨量集中充沛，日照充足，晝夜溫差大。壩上地區(qū)位于北方季風(fēng)主風(fēng)道，全年大風(fēng)頻繁，年8級以上大風(fēng)日數(shù)65～70 d，年平均風(fēng)速4.5～5.0 m/s，頻繁而強(qiáng)勁的大風(fēng)是壩上地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目造成水土流失的主要營力[3]。而夏季的雨水對地表的沖刷也會造成水土流失，特別是光伏電場大多建在山坡地上，施工中的堆土、坡面土壤極易隨著地表徑流的沖刷而流失。冀西北黃土丘陵區(qū)因雨水沖刷而造成的地面切割破碎，地表侵蝕嚴(yán)重，植被退化明顯，已成為新的風(fēng)蝕源地。

光伏發(fā)電項(xiàng)目水土流失以點(diǎn)狀與線狀分布為主。點(diǎn)狀侵蝕集中于光伏支架、箱式變壓器基礎(chǔ)、升壓站、施工生產(chǎn)生活區(qū)等。線狀侵蝕則發(fā)生于道路區(qū)和直埋集電線路區(qū)，道路系統(tǒng)在建設(shè)初期的水土流失量大。另外，該類項(xiàng)目發(fā)生水土流失的重點(diǎn)時(shí)段是施工建設(shè)期。施工建設(shè)期內(nèi)的場地平整、升壓站施工、道路修建、光伏支架基礎(chǔ)開挖、接地工程施工、集電線路開挖等環(huán)節(jié)，均會大量擾動原地貌，損壞植被，造成嚴(yán)重水土流失。據(jù)資料，張承地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目施工建設(shè)期的土壤侵蝕模數(shù)為2 000～4 000 t/(km2·a)；建設(shè)后期侵蝕模數(shù)逐漸降低，經(jīng)過2～4年的自然恢復(fù)土壤侵蝕模數(shù)降為1 000～1 500 t/(km2·a)，水土流失逐漸趨于穩(wěn)定。

3 光伏發(fā)電項(xiàng)目水土保持措施

(1)工程措施。丘陵地區(qū)表土較薄，表土資源珍貴，施工過程應(yīng)盡量進(jìn)行表土剝離，施工完畢回鋪于需要綠化的區(qū)域。部分施工地區(qū)存在高陡邊坡，植被恢復(fù)與水土涵養(yǎng)困難，可采用擋墻、護(hù)坡等工程措施保證邊坡的穩(wěn)定，避免水土流失。工程建設(shè)對場內(nèi)原有自然排水系統(tǒng)的影響較小，但是太陽能板集雨面對項(xiàng)目區(qū)地表產(chǎn)生一定的濺蝕，加劇了水土流失，建議在每個(gè)小匯流面下設(shè)置小型截排水溝，截排水溝與道路一側(cè)的排水溝或周邊溝道相連，排水系統(tǒng)末端設(shè)置水窖，既減弱雨水濺蝕，增加徑流入滲，又可以將收集的雨水用于太陽能電池板沖洗或場內(nèi)植被灌溉。

(2)植物措施。可以采取人工種植方式加速植被修復(fù)進(jìn)程。升壓站和綜合樓四周在不影響輸電前提下應(yīng)栽樹種草，恢復(fù)植被；光伏方陣區(qū)內(nèi)除檢修道路外均應(yīng)種草恢復(fù)植被；施工期的臨時(shí)多余土石方選擇合適溝坑堆置，并覆土種草。對線狀施工區(qū)例如道路邊坡、直埋集電線路、接地工程等可采用分段施工、植被移植的方法恢復(fù)植被。

在植物種的選用上，盡量選擇耐旱、抗寒，抗風(fēng)蝕、生長迅速、管理粗放，能有效控制風(fēng)蝕和水蝕的鄉(xiāng)土樹草種。適合該區(qū)的喬木有榆樹、油松、樟子松等；灌木有檸條、沙棘、紫穗槐、小葉錦雞兒、胡枝子等；草本有沙打旺、紫花苜蓿、草木樨等。光伏板下選擇低矮、不遮蓋太陽能板的草種，如草地早熟禾、冰草、披堿草等[4]。

(3)臨時(shí)及預(yù)防保護(hù)措施。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，施工時(shí)序優(yōu)化調(diào)整和臨時(shí)防護(hù)措施合理使用對水土流失的防治效果影響很大。因此，基礎(chǔ)與管道溝開挖產(chǎn)生的土方應(yīng)盡量做到即挖即填，場地平整后，填方區(qū)域要灑水夯實(shí)；局部地表施工完成后，及時(shí)恢復(fù)植被；臨時(shí)堆放的物料要進(jìn)行苫蓋，運(yùn)輸土、灰的車輛要進(jìn)行遮蓋、沖洗；施工場內(nèi)定期灑水；施工中應(yīng)落實(shí)水土保持監(jiān)督、監(jiān)理和監(jiān)測工作，保證水土保持措施落實(shí)到位。

4 結(jié) 語

張承地區(qū)具有豐富的太陽能資源，隨著眾多光伏發(fā)電項(xiàng)目在此落戶，光伏項(xiàng)目建設(shè)引發(fā)的水土流失問題也隨之而來。該地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目造成的水土流失有點(diǎn)狀與線狀并存、風(fēng)蝕與水蝕兼有等特點(diǎn)。適合采取的工程措施主要包括表土剝離和回鋪、高陡邊坡防護(hù)、坡面匯流區(qū)截排水溝建設(shè)等；植物措施主要是針對不同施工區(qū)域選擇適宜的鄉(xiāng)土樹草種恢復(fù)植被，對線狀施工區(qū)可采用分段施工、植被移植的方法恢復(fù)植被，并且在施工中要合理安排施工時(shí)序和施工期臨時(shí)防護(hù)措施。

[1] QX/T 89—2008,太陽能資源評估方法[S].

[2] 王玉忠.河北省京津風(fēng)沙源區(qū)生態(tài)建設(shè)存在的問題與發(fā)展對策[J].河北林業(yè)科技,2013(6):29-31.

[3] 海春興.河北壩上土地利用與土壤風(fēng)蝕的動力學(xué)過程研究[D].北京:北京師范大學(xué),2003：22-24.

[4] 董智，賈志軍，李紅麗，等.河北省壩上風(fēng)電場建設(shè)區(qū)水土流失特點(diǎn)與植被恢復(fù)途徑[J].中國水土保持科學(xué)，2009，7(5):82-86.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

S157.2

C

1000-0941(2015)05-0032-03

趙名彥(1982—)，女，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，工程師，博士，主要研究方向?yàn)樗帘３趾退Y源綜合利用。

2014-12-02