黔西南州義龍新區(qū)新橋農業(yè)光伏電站水土保持措施分析

王露偉 羅鼎

摘要? ? 通過總結義龍新區(qū)新橋農業(yè)光伏電站水土保持工作，分析了項目區(qū)水土流失情況，發(fā)現生產建設項目水土保持工作在施工前期、施工中期、施工結束后對土壤的水土流失影響具有不同特點，在生產建設項目中開展水土保持工作應在表土剝離及土方開挖、完善施工設計、落實“三同時”制度、生態(tài)效益、社會效益等方面重點進行。

關鍵詞? ? 光伏電站;水土保持;措施;貴州義龍新區(qū)

中圖分類號? ? S157? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）22-0149-04? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

太陽能是清潔的可再生能源，開發(fā)利用太陽能不僅符合我國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，也符合貴州省提出的加快新能源發(fā)展的要求。開發(fā)利用太陽能等清潔能源，對于調整能源結構、減少化石能源資源消耗、緩解能源和環(huán)境壓力、促進節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境和促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。義龍新區(qū)新橋農業(yè)光伏電站項目對所在地區(qū)增加能源供應、優(yōu)化能源結構、減少污染物和溫室氣體排放，促進當地社會經濟發(fā)展具有重要的意義，對當地具有良好的社會效益。

1? ? 研究區(qū)概況與調查方法

1.1? ? 自然環(huán)境概況

1.1.1? ? 地質地貌。義龍新區(qū)新橋農業(yè)光伏電站項目位于貴州省黔西南州義龍新區(qū)新橋鎮(zhèn)境內。項目所在地大地構造處于揚子準地臺—黔北臺隆—六盤水斷陷—普安旋鈕構造變形區(qū)南緣，區(qū)域地層單一，以三迭系統(tǒng)關嶺組地層為主，區(qū)域地質構造穩(wěn)定。地層自上而下依次為第四系（Q）紅黏土、三疊系關嶺組（T2g）三段和二段地層。區(qū)內屬低中山地貌，場地內地形起伏較小，為自然斜坡，整體呈北高南低態(tài)勢，地面坡度5°～30°，海拔1 315～1 383 m，中部溶溝、溶槽極為發(fā)育。土壤主要為亞熱帶濕潤季風氣候條件下發(fā)育而成的地帶性黃壤、石灰土，富鋁化作用表現強烈，具有明顯的發(fā)生層次，質地黏重，有較強的抗侵蝕性和抗沖刷性，土體厚度為40 cm左右，表層厚度0～40 cm，土壤容重從A層至C層逐漸增大，淀積層厚度40～50 cm。

1.1.2? ? 氣象水文。義龍新區(qū)新橋農業(yè)光伏電站位于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，無霜期長、雨量充沛，具有雨熱同季、冬無嚴寒、夏無酷暑的特點。年平均氣溫15.3 ℃，日極端最高氣溫35.0 ℃，日極端最低氣溫-3.4 ℃，≥10 ℃有效積溫4 638 ℃，年平均日照時數1 545 h，無霜期308 d。年平均降水量1 256 mm，5—10月為雨季。全年平均風速1.9 m/s，風向以西南風為主。區(qū)內無地表水流;周邊未見泉水、井水出露，項目區(qū)地勢相對較高，降水依地勢高低向南排泄。地下水主要以喀斯特裂隙水和喀斯特管道水為主，降雨滲入補給，水量不均勻，季節(jié)變化大。

1.1.3? ? 植被。植被屬亞熱帶常綠闊葉林，荒草地分布廣泛，自山頂向下呈草叢—灌木林過渡，區(qū)內適生喬木有杉木、櫟樹等，灌木有算盤子、火棘等，草本有火絨草、茅草、蛇莓等。

1.2? ? 項目概況

1.2.1? ? 項目組成。根據資料及現場踏勘情況，項目主要包括光伏陣列、逆變器、箱式隔離升壓變壓器、場內道路、改擴建道路、集電線路、升壓站、臨時施工場地及供水、供電設施等（表1），總占地面積62.70 hm2。

1.2.2? ? 前期土石方開挖。根據項目前期設計，共計土石方開挖量為63 570 m3（表2），回填量為56 650 m3，廢棄6 920 m3。

項目建設將擾動地表面積50.11 hm2，原地表水土流失量為1 298.49 t，在不采取水土保持措施情況下，施工期水土流失總量為3 039.42 t，新增水土流失量為1 740.93 t，自然恢復期水土流失量為4 514.71 t，施工期為項目水土流失重點防治時段[1-3]。水土流失危害主要是開挖后渣料順坡滑落侵入周邊土地，破壞周邊土地資源和生態(tài)環(huán)境;施工未對表土進行剝離留存及養(yǎng)護，會導致后期植被恢復所需土料不足，還將另尋來源，造成裸露地表不能及時進行恢復，增加水土流失，影響后期生態(tài)的恢復;堆放的土石方棄渣若不進行攔擋，將會對周邊設施、生態(tài)造成危害[4-6]。

1.2.3? ? 社會經濟概況。項目所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土面積113.4 km2，轄8個村、1個居委會、102個村民組;總人口24 472人，其中，農業(yè)人口24 116人，非農業(yè)人口356人。全鎮(zhèn)耕地面積999.33 hm2，農民人均耕地0.11 hm2。GDP達89 000萬元，農業(yè)總產值9 000萬元。農民人均純收入達4 723元。

1.2.4? ? 土地利用現狀。新橋鎮(zhèn)土地總面積為11 340 hm2，其中耕地2 440.11 hm2、園地73.38 hm2、林地3 401.11 hm2、牧草地2 670.38 hm2、其他農用地359.67 hm2、住宅用地298.43 hm2、交通運輸用地38.24 hm2、水利設施用地68 hm2、其他建設用地50.45 hm2、未利用土地1 863.31 hm2、其他土地76.93 hm2。

1.2.5? ? 水土流失現狀。水土流失面積中，輕度侵蝕占9.68%，中度侵蝕占8.52%，強烈侵蝕占1.95%，極強烈侵蝕占1.21%;劇烈侵蝕占1.48%。年平均土壤侵蝕模數1 436 t/km2，屬輕度侵蝕;光伏電站區(qū)容許年土壤侵蝕模數500 t/km2。

1.3? ? 調查方法

1.3.1? ? 擾動地表面積。根據設計資料，對項目區(qū)進行了實地調查，經統(tǒng)計分析確定實際擾動的地表面積。

1.3.2? ? 棄渣量。通過設計資料、開挖回填量，結合施工組織設計、土石方平衡分析等，對各分區(qū)產生的棄渣量進行調查分析。

1.3.3? ? 水土流失量。水土流失量采用侵蝕模數法進行水土流失分析。計算公式如下：

式中：W—土壤流失量（t）;ΔW—新增土壤流失量（t）;Fji—某時段某單元的預測面積（km2）;Mji—某時段某單元的土壤侵蝕模數[t/（km2·a）];ΔMji—某時段某單元的新增土壤侵蝕模數[t/（km2·a）]，只計正值，負值按0計;Tji—某時段某單元的預測時間（a）。i—預測單元，1，2，……n;j—預測時段，1、2、3分別指施工準備期、施工期、自然恢復期。

1.4? ? 預測方法

1.4.1? ? 擾動地表面積的預測方法。根據施工用地規(guī)劃圖、施工平面布置圖、施工組織設計，結合野外測量、調查，對工程施工過程中各種施工活動可能造成的開挖擾動地表面積、占壓土地及破壞林草植被面積等進行測算、統(tǒng)計[7-9]。

1.4.2? ? 棄土棄渣量預測方法。根據對應階段的工程設計資料，對工程各部位的開挖渣料、工程所需的填筑料的質和量進行分析，得出各部位的有用開挖料、無用開挖料、填筑料，再對開挖渣料的開挖和利用時段進行分析，最后得出工程開挖渣料的利用量和棄渣量[10-11]。

1.4.3? ? 水土流失量預測方法。水土流失量的預測采用侵蝕模數法，公式如下：

式中：W—擾動地表土壤流失量（t）;ΔW—擾動地表新增土壤流失量（t）;i—預測單元（1，2，……，n-1，n）;k—預測時段（1，2），指施工期和自然恢復期;Fi—第i個預測單元的面積（km2）;Mik—擾動后不同預測單元不同時段的土壤侵蝕模數[t/km2·a）];ΔMik—不同單元各時段新增土壤侵蝕模數[t/km2·a）];Mi0—擾動前不同預測單元土壤侵蝕模數[t/（km2·a）];Tik—預測時段長度，即擾動時段長度（a）。

1.5? ? 水土保持措施布局

1.5.1? ? 防治措施布設分區(qū)。

（1）分區(qū)。為了合理布設水土流失防治措施，應科學進行分區(qū)[12-13]。由于造成的水土流失絕大部分發(fā)生在施工期，故在項目水土流失防治分區(qū)的劃分過程中充分考慮工程布局和各類工程活動的特點和時序，同時結合本工程水土流失初步分析結果，將時序基本相同、功能接近、工程布局相對集中的工區(qū)劃分為水土流失防治一級區(qū)，之后根據項目工程特征、施工工藝、施工組織等劃分二級區(qū)。根據差異性原則、相似性原則、整體性原則、系統(tǒng)性和關聯性原則將區(qū)域水土保持防治劃分為光伏場區(qū)、升壓站區(qū)、臨時施工場地區(qū)、集電線路區(qū)、道路區(qū)、附屬系統(tǒng)等6個水土流失防治一級區(qū)，并根據實際情況劃分5個二級區(qū)，其中，光伏場區(qū)劃分為光伏陣列區(qū)、箱變區(qū)、未擾動區(qū)等3個二級區(qū)，附屬系統(tǒng)區(qū)劃分為施工用水區(qū)、施工用電區(qū)等2個二級區(qū)（表3）。

（2）分區(qū)措施。光伏陣列區(qū)：根據設計要求，采用農光互補模式，建設完畢后，光伏板下方區(qū)域種植三葉青和油用牡丹。箱變周邊開挖后綠化，在建設完畢后進行土地整治。升壓站區(qū)：新增土石方開挖區(qū)域的周邊土袋臨時攔擋;沿圍墻內側及道路設置排水溝，建設完畢后進行土地整治。臨時施工場地區(qū)：新增外圍和內部水流集中處布設臨時排水溝，臨時排水溝末端設置臨時沉沙池;臨時措施利用完畢后進行土地整治，并撒播草種。集電線路區(qū)：新增建設完畢后占地范圍內土地整治，撒播草種，用無紡布覆蓋上方。道路區(qū)：新增沿道路內側路基邊坡下設置排水溝，在需橫穿道路的區(qū)域布設排水管，在排水溝的末端出口處和排水管前段進口處設置沉沙池;道路建成后對兩側邊坡進行土地整治、撒播草種;撒播草種完成后，采用無紡布覆蓋上方。附屬系統(tǒng)區(qū)：施工完畢后在占地范圍內撒播草種。

1.5.2? ? 監(jiān)測措施布設。采取調查和現場巡查監(jiān)測相結合的方法，監(jiān)測的主要內容包括建設進度、建設擾動土地面積、水土流失災害隱患、水土流失及造成的危害、水土保持工程建設情況、水土流失防治效果、植物生長狀況以及水土保持管理等方面的情況。光伏場區(qū)設3個監(jiān)測點，升壓站區(qū)設1個監(jiān)測點，道路區(qū)設2個監(jiān)測點，共計6個監(jiān)測點。

1.5.3? ? 防治措施體系。根據設計的水土保持分析評價、主體工程總體布置和施工特點以及項目建設區(qū)的水土流失預測結果和防治目標，結合項目區(qū)的地形地貌、地質、氣候、土壤條件等，補充、完善和細化防治措施，與原設計的水土保持工程共同組成本項目水土流失防治措施體系。該防治體系以項目建設區(qū)為重點防治區(qū)域，臨時措施與永久措施相結合、工程措施與植物措施相結合，共同防治工程建設產生的水土流失，保護生態(tài)環(huán)境[14]。具體措施可分為工程措施、植物措施、臨時措施。新增土地整治、排水溝、排水管、沉沙池、撒播草種、布設置臨時苫蓋等具體措施。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 項目區(qū)水土流失及用地對比分析

通過調查與計算得出，項目區(qū)水土流失面積和水土流失侵蝕量（表4）。施工期水土流失預測：工程施工期侵蝕面積為50.11 hm2，原地表水土流失量為1 298.49 t，施工期水土流失總量為3 039.42 t，新增水土流失量為1 740.92 t。

自然恢復期水土流失預測：自然恢復期水土流失面積為46.95 hm2，自然恢復期原地表水土流失量為4 514.71 t。若對工程水土流失進行治理，根據自然恢復，則在自然恢復期水土流失量為3 281.40 t，未產生新的水土流失。

光伏電站占地面積為62.76 hm2，其中原設計占地面積為62.7 hm2，增占地0.6 hm2。建設區(qū)占地類型主要為建設用地，施工期間會造成當地的植被覆蓋率下降，短時期內會增加水土流失發(fā)生的危險性。因此，施工期須采取措施防治水土流失，并且開挖結束后須對擾動土地進行植被恢復，以減小項目區(qū)的水土流失[15-16]。項目施工對項目區(qū)林草覆蓋率的影響是時段性的，針對其破壞的水土保持設施，在施工結束后采取植物措施予以恢復，因而對生物多樣性和生態(tài)環(huán)境的影響較小。

2.2? ? 土石方平衡分析

2.2.1? ? 土石方量合理性分析。根據實際挖填情況并結合施工時序，從水土保持角度分析認為，前期設計的土石方挖填量合理，但項目缺少道路區(qū)、臨時施工場地區(qū)和附屬系統(tǒng)區(qū)的土石方量，同時未考慮表土剝離量及保存，不利于土壤資源的綜合利用，會導致后期植被恢復所需土料不足，還將另尋來源。因此，應結合現場土壤情況，增加表土剝離，并對土石方平衡進行優(yōu)化。

2.2.2? ? 項目土石方優(yōu)化分析。根據前期設計，項目開挖主要包括樁基基礎、電纜溝開挖、場內道路開挖、升壓站及逆變基礎等開挖。共計開挖量為63 570 m3，回填量為56 650 m3，廢棄6 920 m3，其中廢棄土石方為逆變器基礎、箱式升壓變壓基礎、升壓站區(qū)域開挖回填后僅剩余少量土石方。根據地形地貌，并結合項目的施工工藝，在保證雨水順流排出場區(qū)的同時盡量考慮項目土石方內部平衡。優(yōu)化后總挖方75 560 m3（土方52 982 m3、石方22 578 m3），回填78 300 m3（表土2 740 m3、土方52 982 m3、石方22 578 m3），無廢棄土石方。

2.3? ? 工藝分析

采用混凝土灌注樁作為固定支架基礎，逆變器及箱式變電站均采用天然地基的淺基礎，土方平整采用挖土機、推土機、鏟運機配合進行。在平整過程中要交錯用壓路機壓實，組件安裝采用人工結合機械進行，渣料回填為人工回填夯實。道路在路基開挖之前，根據控制網放灰線、道路中心線以及路基高程，并經過復測準確無誤后開始進行道路基槽的開挖，避免產生大量棄渣;各區(qū)域施工前，先剝離表土資源，并做好相應的攔擋防護，先實施排水措施后開挖，先實施攔擋措施后棄渣。

2.4? ? 項目建設和運行對水土流失的影響分析

2.4.1? ? 光伏組件基礎施工對水土流失的影響。光伏組件支架基礎施工要進行樁基基礎的開挖，將對原地表造成一定的破壞，降低林草覆蓋率，可能對周邊土地造成影響，破壞土壤結構，原有的防沖固土能力喪失或減小，開挖料又為水土流失提供了物質來源，若遇暴雨極易產生水土流失。

2.4.2? ? 升壓站、施工臨時場地建設對水土流失的影響。升壓站及臨時施工場地建設過程中，將損壞、占壓或改變原有的地形地貌、植被等，會不同程度地降低、改變其水土保持功能，并可能引起新的水土流失。

2.4.3? ? 集電線路區(qū)建設對水土流失的影響。集電線路采用直埋電纜的方式。其中需開挖溝槽和地基，將破壞占地區(qū)內的植被，降低林草覆蓋率;開挖的土石方就堆放場區(qū)一側，待電纜鋪設結束后回填本區(qū)，前期開挖的土石方較為松散，會為水土流失提供物質來源。如不加強防護，遇暴雨極易產生水土流失。

2.4.4? ? 道路建設對水土流失的影響。道路建設中路基的開挖與填筑破壞了原地形地貌、植被、地表物質，使其失去原有的防沖固土能力;而且造成局部作業(yè)面地表坡度加大、坡面變得平滑，導致坡面徑流速度增加、沖刷力增強，從而加劇了水土流失。道路建設施工用地面積大，若不在施工中加強管理，隨意棄渣將加大擾動面;道路建成后，局部挖方地段形成較高的邊坡，若不加以防護，容易產生沖刷、滑坡、崩塌等現象;填方路段因堆積物質相對較松散，易發(fā)生小規(guī)模滑坡，引起新的水土流失。

2.4.5? ? 項目運行對水土流失的影響。工程運行期沒有對地表擾動的活動，無土石方開挖、回填及棄渣行為，不會對水土流失產生影響。工程建設活動和工程運行的初步分析表明，工程對水土流失影響較大的施工活動主要有道路建設、升壓站建設、集電線路等。

3? ? 結論與討論

項目在建設過程中通過提高防治標準、優(yōu)化施工工藝、減少地表擾動和植被損壞范圍，可以有效控制可能造成的水土流失。項目區(qū)在土石方平衡、施工工藝方面存在不合理之處。由于項目處于西南喀斯特區(qū)，應做好表土的剝離與利用，恢復植被，以確保后期植被的恢復。

（1）建設項目中在施工期間應對表土進行妥善保管，用于后期表土回覆。盡量減少施工用地，減小對地表的擾動，合理調配土石方，將工程建設的水土流失減少到最低限度。建立規(guī)章制度，嚴格控制工程建設的擾動范圍和臨時堆土石的堆放，施工過程盡可能保護地表植被免遭破壞。

（2）開展水土保持措施初步設計、施工圖設計，應細化水土保持工程措施的設計;加強工程施工期臨時防護措施的設計，如臨時堆料的防護、臨時排水等。施工不能避開暴雨天氣時，應及時采取臨時防護措施，減輕水土流失。

（3）嚴格落實“三同時”制度。如果未嚴格執(zhí)行水土保持“三同時”制度，會造成更多的水土流失，難以體現“三同時”制度的優(yōu)勢。

（5）原生草本和灌木通過前期剝離保存及后期綜合利用節(jié)約了水土保持植物投資，使項目區(qū)植被恢復速度加快、水土流失減少，并且施工過程中和施工結束后區(qū)內的地表植被得到恢復、環(huán)境質量得到提高。植被的根系對改善土壤結構、理化性狀具有積極的作用，能夠使土壤團粒結構比例加大，從而使得土壤的雨水入滲能力和持水能力提高，進一步改善植被生長的立地條件，形成生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

（6）水土保持設施的有效實施使項目建設中可能造成的水土流失得到有效預防和治理。對開挖邊坡等進行防護，可使項目區(qū)邊坡穩(wěn)定，消除安全隱患;項目區(qū)水土流失的治理也將有助于減少對下游村莊的危害，減少下游泥沙淤積。

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