河西走廊風(fēng)電場(chǎng)道路建設(shè)探討

柴亞凡，周 波，羅進(jìn)選，呂文強(qiáng)

(甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730020)

河西走廊地區(qū)因其獨(dú)特的地理環(huán)境而具有強(qiáng)烈的狹管效應(yīng)，形成了特有的風(fēng)能資源聚集帶，更是成為甘肅省風(fēng)能資源開發(fā)利用最為集中的地區(qū)。為充分利用河西走廊地區(qū)豐富的風(fēng)能資源，2008年4月，國家發(fā)改委審查通過了《酒泉千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地規(guī)劃報(bào)告》。根據(jù)該規(guī)劃的總體目標(biāo)，酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電裝機(jī)容量2015年達(dá)到1 271萬kW，2020年將達(dá)到2 000萬kW。截至2014年底，甘肅風(fēng)電并網(wǎng)突破1 000萬kW，裝機(jī)容量居全國第二，這標(biāo)志著酒泉千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地初步建成。截至2016年底，甘肅省風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1 277萬kW，新能源裝機(jī)容量占本地總裝機(jī)容量的比例達(dá)到41%，位居全國第一。

近年來，河西走廊地區(qū)的風(fēng)電建設(shè)已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了直接或間接的影響，主要表現(xiàn)在建設(shè)過程中基坑開挖、修筑道路及人類機(jī)械活動(dòng)頻繁等，增大了地表裸露面積，使原生地表的覆蓋物和土壤結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤抗蝕性降低，而且恢復(fù)難度大。該區(qū)也是我國生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，脆弱的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致該地區(qū)環(huán)境容量有限，對(duì)人類的活動(dòng)敏感性強(qiáng)，極易加劇當(dāng)?shù)厮亮魇?。尤其是風(fēng)電工程配套道路的建設(shè)施工擾動(dòng)面積大，是風(fēng)電工程建設(shè)中水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域[1-2]。

本文在全面分析戈壁荒漠區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)、施工工藝及其水土流失特征的基礎(chǔ)上，從合理設(shè)計(jì)道路斷面、優(yōu)化施工工藝、減少擾動(dòng)面積等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了水土流失防治對(duì)策，并給出了一種適合該區(qū)域布設(shè)的竹節(jié)狀集沙滲水溝，以期為風(fēng)電場(chǎng)道路的設(shè)計(jì)與施工及建成后的施工擾動(dòng)面生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省河西走廊西端的阿爾金山、祁連山與馬鬃山(北山)之間,全區(qū)海拔1 100～1 500 m。屬典型的溫帶大陸性氣候類型區(qū)，降水量少，蒸發(fā)量大，多大風(fēng)，年降水量40～150 mm，年蒸發(fā)量2 490～3 522 mm，多年平均風(fēng)速2.2～4.2 m/s，而年均≥8級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù)15～68 d、沙塵暴日數(shù)10 d左右。年日照時(shí)數(shù)3 033～3 316 h，無霜期118～159 d。風(fēng)電場(chǎng)集中連片區(qū)域地表均被戈壁礫石及細(xì)砂覆蓋。土壤類型主要有灌淤土、風(fēng)沙土、灰棕荒漠土和鹽土等，有機(jī)質(zhì)含量低，肥力差，結(jié)構(gòu)疏松，抗沖性和抗蝕性能弱。植被屬荒漠草原植被類型，覆蓋率僅4%左右。

2 河西走廊風(fēng)電場(chǎng)道路特點(diǎn)與水土流失特征

2.1 風(fēng)電場(chǎng)道路特點(diǎn)

風(fēng)電場(chǎng)道路的作用是將各個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)位、升壓站與主要進(jìn)場(chǎng)干線連接起來，以滿足風(fēng)電場(chǎng)施工及檢修期間交通運(yùn)輸?shù)男枰?，因此在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行過程中發(fā)揮著重要的作用。風(fēng)電場(chǎng)道路主要由進(jìn)場(chǎng)道路和檢修道路兩部分組成，在風(fēng)電場(chǎng)施工期間為臨時(shí)施工道路，在運(yùn)行期間為永久檢修道路。在施工期作為臨時(shí)施工道路使用的時(shí)間較短，但其對(duì)寬度、轉(zhuǎn)彎半徑和平整度要求較高；在運(yùn)行期作為永久檢修道路使用時(shí)沒有特殊要求。在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工和設(shè)備安裝階段，道路除應(yīng)滿足施工運(yùn)輸材料和設(shè)備的要求外，還應(yīng)滿足安裝風(fēng)機(jī)的大型起吊機(jī)械和運(yùn)輸大型設(shè)備的要求。采用何種運(yùn)輸工具和起吊設(shè)備，應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)組件的具體外形尺寸和重量確定。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)道路施工的水土流失特征

河西走廊地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路建設(shè)加劇的水土流失主要是因施工中破壞原地表植被和地表結(jié)皮引起的，侵蝕類型以風(fēng)力侵蝕為主，兼有水力侵蝕。根據(jù)有關(guān)研究，河西走廊地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路施工擾動(dòng)面積約占工程總擾動(dòng)面積的2/3，土方開挖量占工程開挖總量的3/4以上，平均單個(gè)風(fēng)機(jī)需要配套檢修道路的長(zhǎng)度為487 m[1]，因此風(fēng)電場(chǎng)配套道路的建設(shè)注定是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域和重要環(huán)節(jié)。

3 風(fēng)電場(chǎng)道路優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工工藝

3.1 風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)要求

目前，國內(nèi)還沒有專門針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)單位都是依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的地形地貌參照風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的資料、各大電力集團(tuán)在實(shí)踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)性集團(tuán)設(shè)計(jì)導(dǎo)則和典型設(shè)計(jì)[3-4]進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)仍參照《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ—87)中四級(jí)公路[5]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并與風(fēng)機(jī)廠家提供的運(yùn)輸報(bào)告和大件設(shè)備運(yùn)輸廠商提供的資料相結(jié)合。目前國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組安裝主要采用履帶吊或汽車吊作為吊裝機(jī)具。道路的寬度主要取決于大型吊裝設(shè)備大小，根據(jù)不同風(fēng)機(jī)類型選擇適合的大型吊裝設(shè)備。每個(gè)履帶吊對(duì)道路的要求也不同。

風(fēng)電場(chǎng)道路對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)工程來說是輔助工程，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路的研究和設(shè)計(jì)也多見于山地風(fēng)電場(chǎng)，對(duì)戈壁荒漠區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路的設(shè)計(jì)和研究則較少。由于戈壁荒漠區(qū)平坦開闊，不受建筑物、樹木和農(nóng)地等因素的制約，道路建設(shè)成本較低，因此風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于確定風(fēng)機(jī)位置和排列方式以最大限度地利用風(fēng)能資源，而往往忽視了對(duì)道路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)時(shí)首先需要與已經(jīng)確定的進(jìn)場(chǎng)道路相連接，充分利用現(xiàn)有道路，對(duì)不能滿足要求的已有道路進(jìn)行局部改造，其次路徑要與已經(jīng)確定好的每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組施工平臺(tái)相連接，最后在滿足前兩個(gè)要求的前提下，對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化，使路徑最短，以達(dá)到節(jié)約土地、節(jié)省投資的目的[6]。總體來講，風(fēng)場(chǎng)道路的設(shè)計(jì)要求在滿足安全性和可靠性的前提下，遵循永臨結(jié)合、經(jīng)濟(jì)合理、因地制宜、節(jié)約用地和實(shí)用方便的原則。對(duì)于分期建設(shè)的工程，還應(yīng)兼顧到前后期項(xiàng)目建設(shè)的銜接[7]。

3.2 河西走廊風(fēng)電場(chǎng)道路施工形式

河西走廊地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)地勢(shì)平坦，一般不涉及征地拆遷，道路施工相對(duì)簡(jiǎn)單。道路施工大多采用機(jī)械挖填和人工輔助修筑的方式進(jìn)行。在充分利用現(xiàn)有道路的前提下，為盡量減少施工擾動(dòng)面積和破壞植被數(shù)量，必須嚴(yán)格控制施工作業(yè)帶。在局部地段開挖和填筑路基時(shí)，應(yīng)在路基填方段最大限度地利用挖方，盡可能做到挖填平衡。簡(jiǎn)易施工道路寬度主要取決于大型吊裝設(shè)備大小，路面寬度一般為7～10 m，采用泥結(jié)碎石路面。待風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備吊裝完畢后，在簡(jiǎn)易施工道路的基礎(chǔ)上保留場(chǎng)內(nèi)永久檢修道路，路面寬度一般為4～6 m，由于運(yùn)行期風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)交通量不大，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度考慮，一般采用級(jí)配碎石路面，其余路面自然恢復(fù)即可。

道路施工還應(yīng)優(yōu)化施工工藝，合理安排工期。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)施工道路的施工除參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件優(yōu)化施工工藝，一般可從以下幾個(gè)方面考慮：一是嚴(yán)格控制施工工期，盡量縮短各工序間的間隔期，以縮短施工期水土流失時(shí)段；二是控制臨時(shí)堆土數(shù)量與堆放時(shí)間，減少水土流失量；三是避免在大風(fēng)等極端天氣施工，以減少大風(fēng)造成的風(fēng)力侵蝕；四是施工放樣時(shí)，結(jié)合中線測(cè)量，放出邊線樁，在邊線樁外圍設(shè)置警示線，以防止施工車輛肆意碾壓、破壞施工范圍外的原地貌；五是路基碾壓時(shí)，遵循先輕后重、先慢后快、先邊后中、先高后低的原則。對(duì)于道路截排水溝施工工藝，還應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：一是待風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備吊裝完畢后，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)永久檢修道路安排截排水溝施工；二是開挖土方臨時(shí)堆放在靠近路基一側(cè)，并做好臨時(shí)苫蓋措施。

3.3 道路截排水溝的修筑

戈壁荒漠區(qū)地勢(shì)平坦，降水稀少，一般認(rèn)為無需修筑道路排水溝。然而研究證明，該區(qū)域土壤滲透性差，點(diǎn)暴雨造成的山洪頻繁發(fā)生，不僅造成嚴(yán)重的水土流失，而且還會(huì)影響到風(fēng)電工程本身的安全運(yùn)行。實(shí)踐證明風(fēng)電場(chǎng)道路配套截排水溝有著不可估量的作用。首先風(fēng)電場(chǎng)道路上游一側(cè)排水溝的修建有效阻擋了道路外雨水對(duì)場(chǎng)內(nèi)道路的沖刷；其次由于道路兩側(cè)排水溝道的限制，施工和檢修車輛被嚴(yán)格限制在場(chǎng)內(nèi)道路運(yùn)行，避免了肆意行駛對(duì)道路外地表的碾壓與破壞；最后截排水溝還因?yàn)樽陨淼貏?shì)低，在風(fēng)沙流遇到阻隔后很容易沉積，可以作為風(fēng)沙沉降點(diǎn)。

戈壁荒漠區(qū)地勢(shì)平坦，點(diǎn)暴雨造成的山洪依地勢(shì)漫流，并無排出途徑，道路兩側(cè)的截排水溝只能起到一定的匯流和疏導(dǎo)作用，容易造成地勢(shì)低洼路段道路被沖毀。為了使檢修道路兩側(cè)截排水溝最大限度地發(fā)揮攔蓄作用，有學(xué)者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了竹節(jié)狀集沙滲水溝，其特點(diǎn)是在修筑截排水溝時(shí)每隔10～20 m保留一個(gè)土質(zhì)格擋，相鄰格擋的間距具體視坡降而定，坡降大的區(qū)域格擋距離應(yīng)當(dāng)縮短，格擋縱斷面呈梯形，頂寬不小于10 cm,底寬不小于26 cm，格擋頂端距原地面至少30 cm。這種呈竹節(jié)狀的截排水溝不僅能有效匯流和疏導(dǎo)洪水，還可以最大限度地發(fā)揮攔蓄作用，有效沉積風(fēng)蝕形成的風(fēng)沙流，以達(dá)到蓄水保土、防治水土流失的目的。隨著河西走廊地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種竹節(jié)狀集沙滲水溝也將在該地區(qū)進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，以有效防治風(fēng)電場(chǎng)配套道路建設(shè)過程中的水土流失。

4 結(jié) 語

(1)河西走廊地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)道路建設(shè)應(yīng)盡可能利用原有道路，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工工藝，加強(qiáng)施工管理，盡量減少施工擾動(dòng)面積，保護(hù)好原地表植被和結(jié)皮。

(2)要嚴(yán)格按照水土保持方案要求，及時(shí)采取灑水和苫蓋等臨時(shí)防治措施。在施工中要加強(qiáng)施工管理，防止施工車輛和人員肆意碾壓、破壞施工范圍外的原地表，施工結(jié)束后要及時(shí)進(jìn)行土地整治和植被恢復(fù)。

(3)竹節(jié)狀集沙滲水溝可以起到蓄水保土、防治水土流失、保障風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的作用。關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)道路的優(yōu)化設(shè)計(jì)有待于我們繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中不斷探索。