藏北高寒區(qū)光伏電站建設(shè)期水土流失防治措施簡析

羅衛(wèi)東，雷 江，郭志敏

(成都蜀峰環(huán)境科技有限公司,四川 成都 610041)

1 引言

當前，為應對全球化石燃料加速枯竭的能源危機和日益高漲的能源需求，世界各國正大力推動可再生能源的快速發(fā)展，太陽能便是一種豐富的可再生清潔能源[1]。青藏高原是西藏的主體，日輻射量高、日照時數(shù)長，開發(fā)太陽能清潔能源具有獨特優(yōu)勢。目前，西藏已建設(shè)光伏發(fā)電站14座，按照裝機容量所發(fā)電的環(huán)境效益來看，每年減少21萬t標煤消耗、減排55萬t二氧化碳、2426 t二氧化氮、2333 t二氧化硫，由此可見建設(shè)光伏電站對遏制全球氣候變暖、保護西藏生態(tài)環(huán)境具有重大意義[2]。

西藏是國家重要的生態(tài)安全屏障，自然環(huán)境極為獨特又敏感脆弱，光伏電站建設(shè)將不可避免地改變項目區(qū)原有地形地貌，毀損植被，造成嚴重水土流失[3～5]。因此，必須因地制宜采取系列水土保持措施加以防治，最大限度減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。本文以藏北高寒區(qū)的尼瑪縣22MWp光伏電站建設(shè)項目為例，結(jié)合項目區(qū)自然環(huán)境特征、工程建設(shè)特點，簡要分析了光伏電站建設(shè)過程中主要的水土保持問題、水土流失防治措施配置，以期為藏北高寒區(qū)類似生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持工作開展提供參考。

2 項目區(qū)及項目概況

2.1 項目區(qū)概況

尼瑪縣22MWp光伏電站建設(shè)項目位于西藏自治區(qū)中北部、那曲地區(qū)尼瑪縣縣城北側(cè)約4 km處。項目區(qū)地貌屬高原湖盆地貌，場址海拔4512～4515 m，地形較平坦；氣候為高原亞寒帶半干旱季風型氣候，年日照時數(shù)3160 h，年均氣溫-4 ℃，年無霜期90 d左右，年均降水量150 mm(主要集中在7～8月)，年蒸發(fā)量2273.6 mm，年均大風日數(shù)200 d，年均風速4.4 m/s，最大風速21 m/s(主要發(fā)生在1～6月)；土壤為高山草原土，植被以高山草原植被為主，蓋度低于40%。項目區(qū)屬于西藏自治區(qū)人民政府公告的水土流失重點預防保護區(qū)，水土流失以凍融侵蝕為主，伴有風力侵蝕，土壤侵蝕模數(shù)背景值為2500 t/km2·年。

2.2 項目概況

本項目總裝機容量22 MWp，采用265 Wp多晶硅太陽能電池發(fā)電，發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器和交流匯流箱變流升壓為10 kV交流電，經(jīng)48 MWh儲能系統(tǒng)進行儲存，再通過10 kV輸電線路向尼瑪縣城供電。本項目由光伏陣列區(qū)工程、控制管理區(qū)工程、輸電線路工程和道路工程所組成，總占地面積43.36 hm2，占地類型為草地和其他土地；工程建設(shè)土石總挖方量2.20萬m3，總填方量2.20萬m3，工程建設(shè)不產(chǎn)生棄方。

3 光伏電站建設(shè)中主要的水土保持問題

在光伏電站建設(shè)過程中，場地開挖填筑、臨時堆土堆置、建筑材料堆放及機械碾壓等施工活動，破壞了項目區(qū)原穩(wěn)定地貌和植被，擾動了土體結(jié)構(gòu)，降低了土壤抗蝕能力，在大風、降水作用下必將產(chǎn)生新的水土流失。在藏北高寒區(qū)光伏電站建設(shè)中存在的主要水土保持問題如下。

3.1 水土流失時間較集中，以風力侵蝕為主

光伏電站建設(shè)期比較于其他生產(chǎn)建設(shè)項目相對較短，土建施工期較為集中。本項目建設(shè)周期6個月，其中土建工期4個月，而由于受特殊的氣候條件限制，在藏北高寒區(qū)適宜土建施工的時間短，主要集中在5～8月，在這段施工期5～6月為大風期、7～8月為降雨集中期，因此，引起土壤侵蝕的外營力與土建施工同期，水土流失時間主要集中在5～8月。

從本項目土建施工不同時段的水土流失來看，施工前半期(5～6月)工程建設(shè)一是破壞了大面積地表結(jié)皮和植被，導致大面積地表疏松裸露，二是產(chǎn)生了大量臨時松散堆土，由于藏北高寒區(qū)土壤以粉砂質(zhì)為主，加之蒸發(fā)量大，土體干燥，因此，在同期大風作用下極易產(chǎn)生風力侵蝕，水土流失量約占施工期新增水土流失總量的72%。而在施工后半期(7～8月)隨著光伏電站建構(gòu)筑物建設(shè)、地面硬化及臨時堆土回填，裸露地表面積和臨時堆土量減少，盡管這段時期為藏北高寒區(qū)的降雨集中期，但降雨量少，且雨前土壤含水量低，因此降雨不易形成地表徑流，由其引起的水力侵蝕以濺蝕、面蝕為主，水土流失量比施工前半期少，約占施工期新增水土流失總量的28%。

3.2 不同工程建設(shè)區(qū)水土流失程度各異

根據(jù)本項目建設(shè)特點，光伏陣列區(qū)工程施工擾動區(qū)域主要為支架基礎(chǔ)開挖區(qū)，施工中支架基礎(chǔ)采用鋼螺旋樁基礎(chǔ)架設(shè)方式，因此施工僅對占地區(qū)地表局部擾動，施工擾動面積約為光伏陣列區(qū)占地面積的20%，但從整個項目來看，光伏陣列區(qū)占地面積最大(占90%)，因此其施工擾動面積也最大(占66%)，水土流失量大?？刂乒芾韰^(qū)、輸電線路、道路工程施工雖對各自占地區(qū)全地表擾動，破壞程度大，但在整個項目中占地比例小，因此水土流失量相對較小。通過預測分析項目水土流失量，施工期光伏陣列區(qū)、控制管理區(qū)、輸電線路和道路工程區(qū)新增水土流失量分別占新增水土流失總量的66%、26%、3%、5%[6]。

3.3 工程建設(shè)對原生植被影響大，生態(tài)環(huán)境修復難度大

本項目建設(shè)施工將不可避免地破壞原有草地植被。在光伏陣列組裝完成后，盡管施工對電池板下原有植被直接毀損程度小，但電池板一是遮擋了光照，二是阻擋了降雨，改變了電池板下原有植被的生長環(huán)境，其正常生長必定受到抑制，當該區(qū)域植被覆蓋度逐漸降低后，在大風作用下極易產(chǎn)生水土流失。在控制管理區(qū)、輸電線路和道路工程施工中，幾乎對占地區(qū)全地表擾動，植被將遭到嚴重破壞，由于后期建構(gòu)筑物建設(shè)、地表硬化和表土的流失，部分區(qū)域的植被將被永久破壞。本項目區(qū)地處羌塘高原腹地，降雨少、蒸發(fā)大、氣溫低、多大風，土壤貧瘠且表土薄，因此在水土流失治理中植被生長存活的立地條件差，脆弱的生態(tài)環(huán)境一旦破壞將很難修復。

4 光伏電站建設(shè)中的水土流失防治措施

4.1 水土流失防治措施配置

針對藏北高寒區(qū)自然環(huán)境特征、光伏電站建設(shè)中存在的主要水土保持問題，在工程施工前，按需剝離擾動區(qū)域表土，集中堆放并采用編織布苫蓋，以備后期綠化覆土所需；針對場地平整、基礎(chǔ)開挖區(qū)域的草皮實施剝離并臨時集中養(yǎng)護，對施工便道、施工生產(chǎn)場地等臨時占地區(qū)的草皮采用鐵皮或棕墊隔離防護。工程施工過程中，在場地平整、基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的臨時堆土表面布置編織布苫蓋；在道路路基挖方邊坡坡腳布設(shè)土質(zhì)排水溝，并及時將剝離草皮移植在排水溝中；同時，為減少施工揚塵，利用灑水車對施工區(qū)域?qū)嵤⑺祲m，為限制施工擾動范圍，在施工區(qū)范圍沿線布置鐵絲圍欄。施工結(jié)束后，在控制管理區(qū)綜合樓周邊區(qū)域?qū)嵤└餐疗秸⑷霾シN草，對箱變基礎(chǔ)、儲能電氣設(shè)備周邊的松散裸露地表布置土地平整、礫石壓蓋，對集電線路直埋溝填土區(qū)、輸電線路桿基周邊施工擾動區(qū)以及各工程區(qū)中的臨時堆土區(qū)采用平整壓實進行土地整治。

4.2 水土流失防治措施

4.2.1 工程措施

(1)表土剝離。藏北高寒區(qū)土壤瘠薄，表土資源極其珍貴，在場地平整開挖前將工程占地區(qū)內(nèi)的表土剝離并用于后期植被恢復是非常必要的。根據(jù)光伏電站建設(shè)特點，施工結(jié)束后需要回覆表土的區(qū)域主要是控制管理區(qū)綜合樓四周綠化區(qū)域。為防止多余表土堆放產(chǎn)生嚴重水土流失，表土剝離嚴格遵循“用多少，剝離多少”的原則，僅對原地表土層較厚的部位進行表土剝離并集中臨時堆放在施工生產(chǎn)場地內(nèi)，表土堆放邊坡控制在1∶1.5，頂面坡度小于1%并進行壓實處理，堆放高度小于2.5 m。

(2)草皮剝離。藏北高寒區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，原有草地植被一旦破壞后恢復極其困難，在場地平整開挖前將工程占地區(qū)內(nèi)的草皮剝離移植尤為重要。在本項目占地范圍內(nèi)具有一定數(shù)量的成片草甸植被，生長良好，適宜進行草皮剝離和移植。為避免草皮剝離時其根系被破壞而無法利用，采用人工稿鍬進行剝離，切塊尺寸長40 cm、寬30 cm、厚20 cm。草皮剝離時應連同根部土壤一并剝離，盡量保證切割邊緣的平整；草皮剝離和運輸過程中，要避免根部土壤脫落，要對草皮下的薄層腐殖土集中堆放，用于后期草皮移植的覆土需要。

(3)排水溝。藏北高寒區(qū)降雨量少但降雨集中，為減少降雨對道路的沖刷，同時為保證剝離草皮的存活提供適宜生長環(huán)境，在道路路基挖方邊坡坡腳布設(shè)土質(zhì)排水溝，并將剝離草皮回鋪在排水溝溝底、溝壁上。排水溝為梯形斷面，底寬0.7 m，深0.3 m，邊坡1∶1，溝底縱坡不小于1.5%，排水溝出口與自然溝道順接。

(4)礫石壓蓋。藏北高寒區(qū)大風日數(shù)多，風蝕嚴重，加之植被恢復困難，因此結(jié)合光伏電站建設(shè)特點，在箱變基礎(chǔ)、儲能電氣設(shè)備周邊的松散裸露地表布置礫石壓蓋，以減少和控制場內(nèi)風蝕。碎石鋪蓋厚度不小于6 cm，碎石粒徑不大于3 cm，鋪蓋碎石前平整壓實地表。

(5)土地整治。土建施工結(jié)束后，在控制管理區(qū)綜合樓四周需綠化的區(qū)域平整地表、回覆剝離表土(覆土厚0.15 m以上)，為撒播種草創(chuàng)造良好立地條件。在集電線路直埋溝填土區(qū)、輸電線路桿基周邊施工擾動區(qū)、以及各工程區(qū)中的臨時堆土區(qū)采用平整壓實進行土地整治，防治風蝕。

4.2.2 植物措施

(1)撒播種草。為提高項目區(qū)植被覆蓋率，施工結(jié)束后在控制管理區(qū)綜合樓周邊區(qū)域撒播種草恢復植被。草種選擇“適地適草”，根據(jù)項目區(qū)氣候特點和施工跡地的立地條件，本項目選擇高山蒿草和紫花針茅作為植被恢復草種。撒播種草之前疏松平整地表，松土厚度15 cm左右；于春季土溫穩(wěn)定通過3 ℃以上撒播；播種后覆土1～2 cm并鎮(zhèn)壓；播種翌年對缺苗處補播，防止表土沖刷；根據(jù)降水及草地墑情適時灌溉3～5次。

(2)草皮移植。藏北高寒區(qū)氣候寒冷干旱、降雨少，為保證移植草皮存活，本項目將剝離的草皮移植于道路土質(zhì)排水溝中。草皮移植前先清理整平排水溝地表，疏松土層(厚度大于15cm)，利于移植草皮的根系向下延生；草皮移植時直接滿鋪種植于排水溝道內(nèi)，草皮頂面要求平順，草皮塊厚度不一時，用表土找平，草皮塊間距5cm，塊間縫隙用細土填塞，起到根部保濕的作用；草皮移植后管護期間灑水養(yǎng)護，提高成活率。

4.2.3 臨時措施

(1)編織布苫蓋。光伏電場工程區(qū)的臨時堆土主要來源于光伏陣列區(qū)內(nèi)集電線路直埋溝、箱變基礎(chǔ)開挖和管理區(qū)內(nèi)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)開挖的土石方。為防治水土流失，在臨時堆土表面用編織布進行苫蓋，在編織布周邊用編織袋裝土壓蓋以防止編織布被風吹起，臨時堆土使用結(jié)束后對編織布和編織袋進行回收利用。

(2)棕墊或鐵皮隔離防護。本項目區(qū)地形平坦，施工車輛、機械可直接通行，施工便道不需修筑路基；施工機械以小型履帶推土機、攪拌機、牽張機為主，對施工場地壓占少，因此為減輕施工車輛、機械和人員通行對地表尤其是草甸植被的擾動破壞，減少水土流失，施工便道、施工場地使用時，采取在地表表面鋪設(shè)棕墊或鐵皮進行隔離防護，施工便道、場地使用結(jié)束后回收棕墊或鐵皮。

(3)草皮臨時養(yǎng)護。剝離的草皮在移植于土質(zhì)排水溝之前，臨時集中移鋪到周邊平整的土面區(qū)，并進行專門的灑水養(yǎng)護管理，草皮鋪放成5 m×5 m的區(qū)塊，不重疊堆放，用腐殖土填塞縫隙，各區(qū)塊之間留0.3 m的小道便于工作人員通行。

(4)灑水車灑水。藏北高寒區(qū)大風日數(shù)多，土壤以粉砂質(zhì)為主，工程建設(shè)擾動破壞了草被、地表結(jié)皮，在大風作用下極易產(chǎn)生揚塵。為防沙降塵，施工過程中每天利用灑水車對施工道路、施工生產(chǎn)場地等區(qū)域灑水降塵。

(5)鐵絲圍欄。為防止施工車輛和人員進入施工區(qū)以外區(qū)域，加大擾動面積，加劇水土流失。在施工區(qū)范圍線每隔5m設(shè)置立柱一根，立柱規(guī)格為120 cm×8 cm×8 cm，打入地下30 cm，立柱上拉16#鍍鋅鐵絲(?=1.6 mm)兩道，并在鐵絲上掛上彩色布條或者彩色塑料薄膜等明顯標志物，施工結(jié)束后拆除和回收所有圍欄材料。