遼西低山丘陵區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)方法

摘 要：為了探究水土保持監(jiān)測(cè)方法在遼西低山丘陵區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目的適用情況，以該地項(xiàng)目為例，對(duì)比分析無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法、測(cè)釬法以及調(diào)查巡查監(jiān)測(cè)法在光伏發(fā)電項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)中的適用性，為水土保持監(jiān)測(cè)項(xiàng)目開展提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：水土保持監(jiān)測(cè)；水土流失；光伏發(fā)電；無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：S157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329024

光伏發(fā)電是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境等都具有重要意義。遼寧省是光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)的大省，截至2017年上半年，全省光伏發(fā)電工程新增投產(chǎn)裝機(jī)76萬KW，全國(guó)排名升至18位。遼寧省西部（簡(jiǎn)稱遼西，包括朝陽市、錦州市、葫蘆島市和義縣等地區(qū)）做為遼寧省光伏發(fā)電的主要地區(qū)，有著豐富的太陽能資源。遼西地貌屬低山丘陵區(qū)，從水土保持角度光伏電場(chǎng)的建設(shè)有著擾動(dòng)土地面積大、場(chǎng)內(nèi)道路長(zhǎng)、地形起伏較大等特點(diǎn)，工程建設(shè)過程中，地面設(shè)施的興建、開挖、填筑以及臨時(shí)堆土等活動(dòng)不同程度、不同形式的擾動(dòng)了原地貌形態(tài)，損壞了地表植被和土體結(jié)構(gòu)，不可避免的產(chǎn)生水土流失。水土保持監(jiān)測(cè)是為了保證水土保持防治方案的落實(shí)，使新增水土流失得到有效控制，逐步恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境。通過水土保持監(jiān)測(cè)可以對(duì)水保方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度提高生態(tài)效益提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，此外監(jiān)測(cè)成果也是工程驗(yàn)收的重要依據(jù)。本文以《華能朝陽黑牛營(yíng)子17MWp光伏發(fā)電工程》為例，介紹遼西低山丘陵區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)工作的一些方法，為相關(guān)單位提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目及項(xiàng)目區(qū)域概況

1.1 項(xiàng)目概況

華能朝陽黑牛營(yíng)子 17MWp 光伏發(fā)電工程位于遼寧省西部朝陽市朝陽縣黑牛營(yíng)子鄉(xiāng)。場(chǎng)址中心坐標(biāo)：E 12013'11.82''，N 416'1.24''，海拔高度在 290～400m 之間。場(chǎng)區(qū)地勢(shì)北高南低，地勢(shì)起伏較大。建設(shè)任務(wù)包括：17MW 光伏陣列場(chǎng)地、集電線路（3 回 35kV 集電線路，長(zhǎng)度 12km）、新建 1 座 66kV 升壓站、場(chǎng)內(nèi)道路（長(zhǎng)度 5.74km）等。項(xiàng)目總占地面積 29.40hm2，永久占地 27.86hm2（其中永久征地 0.75hm2，租賃用地 27.11hm2），臨時(shí)占地 1.54hm2（全部為租賃用地）。工程總挖方 1.73 萬 m3，總填方 1.73 萬 m3（含表土 0.03 萬m3），無棄方。工程總投資為15046.25 萬元，其中土建投資 1586 萬元。建設(shè)工期為 2017年 3 — 6 月，施工總工期 4 個(gè)月。場(chǎng)區(qū)所占區(qū)域沒有居民點(diǎn)。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，將項(xiàng)目區(qū)分為光伏電場(chǎng)區(qū)、集電線路區(qū)、升壓站區(qū)、道路及施工生產(chǎn)生活區(qū) 5個(gè)防治分區(qū)。

1.2 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地處遼西低山丘陵區(qū)，海拔一般在290～400m之間。項(xiàng)目區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、光照充足，降水年內(nèi)分配極不均勻，7—8月降水量占全年降水總量的80%以上，春季干旱，雨熱同期，日照充足，溫差較大，年極端最低氣溫-29.5℃，年極端最高氣溫+43.3℃，年平均氣溫8.4℃，≥10℃積溫3532℃，年均日照時(shí)數(shù)2677.8h，無霜期158d，大風(fēng)日數(shù)34d，平均風(fēng)速2.1m/s，冬季以西北風(fēng)為主，夏季以東南風(fēng)為主。年平均降水量為480.6mm，年平均徑流深為145mm，降水量年季間變化大，年內(nèi)分配不均勻，多集中在7—9月，年最大降水量886mm，年最小降水量210mm，10a一遇6h最大降水量為80.3mm，10a一遇24h最大降水量121mm，多年平均蒸發(fā)量為1842mm，相對(duì)濕度48%，最大凍土深度1.30m。主要土壤為褐土。項(xiàng)目區(qū)由于人為活動(dòng)頻繁，始生植物遭受嚴(yán)重破壞，現(xiàn)狀植被主要為天然次生林和人工林，林草覆蓋率28%。項(xiàng)目區(qū)水土流失類型為水力侵蝕，侵蝕強(qiáng)度為中度，土壤容許流失量為200t/（km2·a）。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

2.1 監(jiān)測(cè)布局

根據(jù)工程總體布局、水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果和工程防治分區(qū)特點(diǎn)，確定監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)楸竟こ痰乃亮魇Х乐呜?zé)任范圍。根據(jù)工程防治分區(qū)特點(diǎn)，水土保持監(jiān)測(cè)分區(qū)分為：主體工程建設(shè)區(qū)、場(chǎng)內(nèi)道路區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)3個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的水土流失類型、強(qiáng)度等，并根據(jù)各區(qū)的具體施工工藝情況，確定水土保持重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)橹黧w工程建設(shè)區(qū)。本著監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)既能全面反映水土流失狀況和防治效果，同時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位具有代表性的原則，確定水土流失監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體布設(shè)情況如下。

項(xiàng)目在主體工程區(qū)布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，場(chǎng)內(nèi)道路布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，施工生產(chǎn)生活區(qū)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

水土保持監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域全覆蓋的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)需要控制的因素較多，大體可分為水土流失因子（自然和人文）、水土流失危害（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）、水土保持措施（數(shù)量和施工進(jìn)度）和水土保持成果[1-4]。本節(jié)從施工不同階段表述各監(jiān)測(cè)因素在各施工階段的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

2.2.1 施工準(zhǔn)備期監(jiān)測(cè)

施工準(zhǔn)備期掌握工程施工前原地貌土壤侵蝕狀況本底值，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)防治責(zé)任范圍內(nèi)的地形地貌、地面組成物質(zhì)、水文氣象、土壤植被、土地利用現(xiàn)狀、水土流失狀況等基本信息。

2.2.2 工程建設(shè)期監(jiān)測(cè)

工程建設(shè)期的監(jiān)測(cè)內(nèi)容有如下幾點(diǎn)。

擾動(dòng)土地情況：項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積、項(xiàng)目建設(shè)影響面積、損壞水土保持設(shè)施面積等。

?。ㄍ?、石）料、棄（土、石）渣情況。

水土流失情況。

主要是光伏電場(chǎng)區(qū)、升壓站區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的水土流失形式；

土壤流失量：在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域建設(shè)簡(jiǎn)易水土流失觀測(cè)場(chǎng)，定點(diǎn)觀測(cè)土壤流失量；

徑流含沙量：利用沉沙池法或簡(jiǎn)易小區(qū)法收集相關(guān)資料，同時(shí)采用相關(guān)水文資料進(jìn)行分析推算；

水土流失發(fā)生部位：項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)各水土流失發(fā)生的部位、發(fā)生的時(shí)間、流失強(qiáng)度、流失量等應(yīng)準(zhǔn)確記錄；

區(qū)域水土保持變化情況：利用遙感影像及調(diào)查、巡查等監(jiān)測(cè)方法，對(duì)項(xiàng)目區(qū)水土流失總體控制，分析工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響及變化情況。

水土流失隱患與危害。定期進(jìn)行巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水土流失隱患與危害，并以現(xiàn)場(chǎng)指正和水土流失通知單形式進(jìn)行處理。

水土保持措施情況。包括監(jiān)測(cè)建設(shè)期實(shí)施的水土保持工程、植物和臨時(shí)措施。

2.2.3 試運(yùn)行期監(jiān)測(cè)

試運(yùn)行期監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括水土保持防治措施的數(shù)量和質(zhì)量，林草措施成活率、保存率、生長(zhǎng)情況及覆蓋率，防護(hù)工程的穩(wěn)定性、完好程度和運(yùn)行情況，各項(xiàng)防治措施的防護(hù)面積、攔渣保土效果等，并計(jì)算得出水土流失6項(xiàng)防治指標(biāo)。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)內(nèi)容確定了監(jiān)測(cè)的方向，監(jiān)測(cè)方法則是手段，一個(gè)項(xiàng)目如何選用最好的監(jiān)測(cè)手段是影響監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)程度的關(guān)鍵因素。本項(xiàng)目選取無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)等多種監(jiān)測(cè)方法相結(jié)合的方式，對(duì)華能朝陽黑牛營(yíng)子17MWp光伏發(fā)電工程水土流失情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3.1 無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法

由于項(xiàng)目占地面積較大，使用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的擾動(dòng)土地面積變化和水土流失現(xiàn)狀等十分的方便快捷。無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法通過無人機(jī)在高空對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行高密度的連續(xù)航拍，依靠DJI GS PRO軟件，可以通過軟件操作，使無人機(jī)在對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行拍攝、量測(cè)的同時(shí)做到指點(diǎn)飛行、自動(dòng)航拍、一鍵返航，降低了拍攝難度，減輕了拍攝工作量，提升了工作效率。航拍完畢后，將照片整理匯總，利用3D建模軟件拼接航片，形成分辨率較高的DEM文件。航片拼接過程自動(dòng)程度較高，操作難度低，同時(shí)可以批量合成照片。將最終拼接的圖片導(dǎo)入GIS中進(jìn)行處理，確定項(xiàng)目區(qū)水土流失范圍、水土流失狀況、植被覆蓋度、坡度等信息?？梢钥焖俅_定新增水土流失發(fā)生位置以及嚴(yán)重程度，通過拍攝成果可以精確計(jì)算項(xiàng)目工程區(qū)植物措施面積以及植物措施施工進(jìn)度，使水土流失監(jiān)測(cè)更精確、更直觀。無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)前應(yīng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)地理位置，氣象等條件進(jìn)行分析，規(guī)劃航拍路線、飛行高度以及拍攝的空間間隔，以便更精準(zhǔn)、更全面的進(jìn)行航拍監(jiān)測(cè)[5]。

無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法可貫穿項(xiàng)目各監(jiān)測(cè)時(shí)段，監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)時(shí)段水土流失狀況。本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用的無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)，在施工各時(shí)段經(jīng)過多次應(yīng)用，無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法非常適用于光伏發(fā)電項(xiàng)目，但也存在著一些弊端。無人機(jī)成本較高，由于其在高空成像，所以其需要較高精度的云臺(tái)，云臺(tái)的成本同樣較高；無人機(jī)飛行需要操控者有較高的駕駛技術(shù)，拍攝需全面連貫，否則無法形成完整項(xiàng)目區(qū)圖片；無人機(jī)飛行受天氣影響較大，遇大風(fēng)及降雨均無法飛行等。

2.3.2 測(cè)釬法

測(cè)釬法即將直徑0.6cm，長(zhǎng)20～30cm、類似釘子形狀的鋼釬相距1m×1m分上中下、左中右縱橫各3排（9根）沿坡面垂直方向打入坡面，釘帽與坡面齊平，并在釘帽上涂上紅漆，編號(hào)登記入冊(cè)。坡面面積較大時(shí)，為提高精度，可加大鋼釬密度，定期巡查測(cè)釬的長(zhǎng)度，通過測(cè)量土壤容重，推算土壤侵蝕量。

測(cè)釬法主要應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)期水土流失監(jiān)測(cè)，由于測(cè)釬法其成本較低，方便布設(shè)和拆除，且可以達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，因此廣泛應(yīng)用于不同類型項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)中。但測(cè)釬法其監(jiān)測(cè)覆蓋度較低，如果布設(shè)不具有代表性，容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)性較低。光伏發(fā)電項(xiàng)目區(qū)占地面積較大，水土流失成因復(fù)雜，因此需要適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)布設(shè)。

2.3.3 調(diào)查監(jiān)測(cè)法

通過詢問、收集資料、普查、典型調(diào)查、重點(diǎn)調(diào)查和抽樣調(diào)查等方法，對(duì)相關(guān)的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)條件，水土流失及其防治措施、效果，水土保持項(xiàng)目管理、執(zhí)法監(jiān)督等情況進(jìn)行全面接觸和了解，掌握有關(guān)方面的資料，力求真實(shí)客觀地反映水土保持狀況，為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)。

2.3.3.1 詢問調(diào)查

通過詢問有計(jì)劃地以多種詢問方式向被調(diào)查者提出問題，通過他們的回答來獲得有關(guān)信息和資料的一種重要方法。本項(xiàng)目中主要應(yīng)用于調(diào)查公眾對(duì)項(xiàng)目建設(shè)水土流失的影響，項(xiàng)目區(qū)水土流失及其防治方面的經(jīng)驗(yàn)、存在的問題和解決的辦法。一般包括面談、電話訪問、郵寄訪問、問卷回答等方法。

2.3.3.2 收集資料

收集的資料主要包括氣候、地質(zhì)、地貌、土壤、植被資料的收集；與國(guó)土資源部門聯(lián)系收集項(xiàng)目建設(shè)區(qū)土地利用情況等數(shù)據(jù)、與統(tǒng)計(jì)部門聯(lián)系收集項(xiàng)目建設(shè)區(qū)沿線各地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況數(shù)據(jù)、與氣象部門聯(lián)系收集工程建設(shè)沿線各地區(qū)氣象相關(guān)數(shù)據(jù)、與水利和水土保持有關(guān)部門聯(lián)系收集工程建設(shè)沿線水利工程建設(shè)和水土保持相關(guān)資料；針對(duì)各種數(shù)據(jù)調(diào)查使用的軟件，并收集與各方面數(shù)據(jù)有關(guān)系的遙感數(shù)據(jù)資料、文字說明材料以及其它技術(shù)資料。

2.3.3.3 典型調(diào)查和抽樣調(diào)查

典型調(diào)查是一種在特定條件下非全面調(diào)查，是針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)造成水土流失為典型對(duì)象，根據(jù)事先確定的內(nèi)容，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查，目的是揭示事物的本質(zhì)規(guī)律，并提出相應(yīng)的對(duì)策。典型調(diào)查適用于水土流失典型區(qū)域、典型事例及水土流失災(zāi)害的調(diào)查。

抽樣調(diào)查是一種非全面調(diào)查，是在被調(diào)查對(duì)象總體中，抽取一定數(shù)量的樣本，對(duì)樣本指標(biāo)進(jìn)行量測(cè)和調(diào)查，以樣本統(tǒng)計(jì)特征值（樣本統(tǒng)計(jì)量）對(duì)應(yīng)的總體特征值（總體參數(shù)）作出具有一定可靠性的估計(jì)和推斷的調(diào)查方法。

2.3.3.4 重點(diǎn)調(diào)查

以渣場(chǎng)、料場(chǎng)、大面積裸露坡面等重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，是從調(diào)查對(duì)象中選擇部分對(duì)全局起決定性作用的重點(diǎn)對(duì)象進(jìn)行調(diào)查。

2.3.3.5 全面調(diào)查巡查

指對(duì)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)水土流失情況定期進(jìn)行水土保持調(diào)查，是開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失與水土保持綜合調(diào)查。

通過調(diào)查監(jiān)測(cè)，了解前期項(xiàng)目區(qū)不同區(qū)域植被覆蓋，水土流失情況等因素，可以快速確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)，使水土流失監(jiān)測(cè)可以做到有的放矢。但調(diào)查監(jiān)測(cè)法對(duì)于占地面積較大的光伏發(fā)電項(xiàng)目缺點(diǎn)便是需要投入較高的人力成本，且耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.3.4 巡查監(jiān)測(cè)法

該工程占地面積較大，工程開工后在定點(diǎn)定位觀測(cè)的同時(shí)，應(yīng)采取定期和不定期相結(jié)合的方法，對(duì)重點(diǎn)施工地段及水土保持的工程措施、植物措施、及臨時(shí)措施場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)地巡視巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)登記和處理。監(jiān)測(cè)記錄表格式參見水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)規(guī)程（試行）》的通知（辦水保[2015]139號(hào)）附錄B[6]。

3 討論

不同的監(jiān)測(cè)方法具有不同的意義，只有監(jiān)測(cè)方法得當(dāng)并能相互配合，才能達(dá)到最佳監(jiān)測(cè)效果。就遼西地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)而言，在項(xiàng)目準(zhǔn)備階段，采用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)法與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查法相結(jié)合的方式，通過無人機(jī)飛行成像，處理分析并圈定重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)踏勘，選擇有代表性的合適位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，既節(jié)省了人力物力，也節(jié)省了寶貴的時(shí)間，達(dá)到了事半功倍的效果，同時(shí)為后續(xù)水土保持監(jiān)測(cè)工作做出指導(dǎo)。在工程建設(shè)期采用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)和定點(diǎn)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，通過無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水土流失區(qū)域，并對(duì)此區(qū)域?qū)嵭卸c(diǎn)監(jiān)測(cè)，分析水土流失成因與流失量，對(duì)于水土流失嚴(yán)重的區(qū)域，要及時(shí)通知建設(shè)單位進(jìn)行整改，合理調(diào)整水土保持措施，真正體現(xiàn)監(jiān)測(cè)的價(jià)值。在試運(yùn)行期采用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)和巡查監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，通過對(duì)水土保持措施實(shí)施前后效果進(jìn)行對(duì)比，分析措施效果損益，計(jì)算6項(xiàng)指標(biāo)，為水土保持驗(yàn)收做準(zhǔn)備。

目前，我國(guó)開發(fā)建設(shè)活動(dòng)水土保持監(jiān)測(cè)的理論和方法還有待發(fā)展和完善，水土保持監(jiān)測(cè)的設(shè)備及儀器開發(fā)能力還較低，這些不足還需要與水土保持監(jiān)測(cè)相關(guān)的工作人員，在實(shí)踐中不斷探索和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李明偉（1984-），遼寧朝陽人，工程師，研究方向：水土保持。