江西省典型山地風電場水土流失特征和防治措施研究

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［關(guān)鍵詞］ 風電場；水土流失；防治措施；順坡溜渣；江西省

［摘 要］ 風電場通常位于高海拔山地區(qū)，水土流失風險高、危害大，其水土流失防治措施體系建設(shè)十分重要。以江西省吉安市華潤峽江玉峽風電場工程為例，從擾動面積、水土流失、挖填方量等方面分析山地風電場水土流失動態(tài)特征，探討山地風電場水土流失防治措施體系建設(shè)和防治重點。結(jié)果顯示：風電場風電機組區(qū)和道路工程區(qū)是新增擾動面積和水土流失量的主要區(qū)域，也是風電場水土流失防治的重點區(qū)域；水土保持措施應在施工期第1年布設(shè)完畢，這樣才能起到有效防止水土流失的作用；單臺風機挖填方量、造成的水土流失均小于同地區(qū)其他風電項目，表明其水土流失防治措施體系取得了顯著成效；擋土埂和掛網(wǎng)噴播植草是兩種有效的邊坡防護措施，可為同地區(qū)其他風電項目水土保持設(shè)計提供參考。

［中圖分類號］ S157［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0015－05

風力發(fā)電技術(shù)成熟，具備規(guī)模化開發(fā)條件，商業(yè)化發(fā)展前景好，且風力發(fā)電幾乎不產(chǎn)生污染物[1]，相比于火力發(fā)電具有更高的環(huán)境價值，推動風電行業(yè)發(fā)展是順利實現(xiàn)“雙碳”目標的重要舉措[2-4]。風電場建設(shè)項目通常分布在風能資源富集的高海拔山地區(qū)[5]，風機位置選在山頂處且分布較為分散[6-7]，修建進場道路、施工及檢修道路時不可避免會產(chǎn)生大量土石方挖填活動，破壞山地植被[8-9]，若水土流失防治措施布設(shè)不到位，則會產(chǎn)生嚴重的水土流失，甚至發(fā)生水土流失災害事件。許多學者針對山地風電場水土流失特征和水土流失防治措施體系建設(shè)開展了相關(guān)研究，如張華明等[10]以江西省6處典型山地風電項目作為研究對象，定量分析項目占地、土石方、水土流失等指標特征，提出了防治重點和措施布設(shè)建議；貝耀平等[11]以安徽省丘陵山地風電場為研究對象，概述了風電場植被恢復的基本原則，并從多個層面提出了風電場的植被恢復方案。然而大多數(shù)研究只關(guān)注山地風電場水土流失的最終情況，缺少對山地風電場水土流失動態(tài)特征和變化規(guī)律方面的研究。本研究以江西省吉安市華潤峽江玉峽風電場工程為例，選取擾動面積、造成的水土流失、挖填方量等特征指標，分析山地風電場水土流失動態(tài)特征，探討山地風電場水土流失防治體系建設(shè)和防治重點，以期為我國南方山地風電場項目水土保持設(shè)計提供參考。

1 項目概況

華潤峽江玉峽風電場工程涉及江西省吉安市峽江縣羅田鎮(zhèn)和吉水縣盤谷鎮(zhèn)、阜田鎮(zhèn)，風場處于峽江縣與吉水縣交界處的萬華山—乳峰寺—上垇—中垇—下垇一線的山脊上，開發(fā)范圍包括東西向整個山脊線長約12 km，區(qū)域面積約30 km2，山脊海拔高程235～530 m。項目區(qū)地貌類型為丘陵、低山地貌，高程250～550 m，大部分區(qū)域坡度15°～20°，局地坡度30°～40°。屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照充足，場內(nèi)不同地點多年平均氣溫17.5～18.2 ℃，多年平均降水量1 578.3～1 641.9 mm，汛期主要集中在4—9月，多年平均蒸發(fā)量1 352.5～1 497.6 mm，多年平均風速1.8～2.0 m/s，無霜期278～349 d。地帶性土壤類型為紅壤，土層深厚，土壤理化性質(zhì)差，礦物質(zhì)缺乏，易發(fā)生水土流失。項目區(qū)水熱條件好，植物資源豐富，種類繁多，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，主要樹草種有杉樹、濕地松、毛竹、鐵芒萁、狗牙根等。

工程于2019年3月動工建設(shè)，2021年12月建成，共布置風電機組36臺，裝機規(guī)模82 MW，其中2.3 MW風電機組28臺，2.2 MW風電機組8臺，額定容量為2 500 kVA的箱式變壓器36臺；新建110 kV升壓變電站1臺，集電線路52.5 km（包括架空線路9.9 km和直埋電纜42.6 km）；修建進站道路260 m，施工及檢修道路23.87 km，進場道路7.2 km。

2 水土流失防治分區(qū)

依據(jù)工程建設(shè)布局、施工時序和工藝、施工擾動特點、項目區(qū)地形地貌特征、土壤侵蝕類型和強度等，將山地風電場分為風電機組區(qū)、升壓站區(qū)、集電線路區(qū)、道路工程區(qū)、棄渣場區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)共6個水土流失防治分區(qū)。①風電機組區(qū)。包括風機基礎(chǔ)、箱式變電站和風機安裝平臺3個部分。共安裝36臺風電機組，配套安裝36臺箱式變壓器，風機與箱式變壓器采取“一機一變”的單元接線方式，通過地埋電纜連接，箱式變壓器布置在距離風機20 m的位置；為了滿足施工安裝需要，在每個風機基礎(chǔ)旁設(shè)置吊裝場地，并與場內(nèi)施工道路相連。②升壓站區(qū)。升壓站位于南北走向的斜坡上，北高南低，高程110～135 m。升壓站區(qū)分為南、北兩個區(qū)域，北側(cè)為綜合配電房、主變壓器、SVG變壓器等戶外設(shè)備，南側(cè)為綜合樓、附屬用房等生活建筑。③集電線路區(qū)。集電線路通常沿著施工檢修道路進行布設(shè)，既方便施工，又減少占地。項目采用35 kV加工集電線路，風機發(fā)電機出口與箱式變壓器之間采用1 kV低壓電纜直埋敷設(shè)連接，通過變壓器就地升壓為35 kV接入35 kV架空集電線路。④道路工程區(qū)。施工道路總長31.33 km，行車道路寬4.5 m，路基寬5.5 m，采用山皮石和混凝土兩種路面形式。⑤棄渣場區(qū)。依據(jù)項目實際情況，共布設(shè)3處棄渣場。⑥施工生產(chǎn)生活區(qū)。項目實際施工過程中未新增占地用于布設(shè)施工生產(chǎn)生活區(qū)，而采取租賃民房的形式。

3 研究方法

3.1 擾動面積

基于水土保持方案報告書、水土保持施工圖、水土保持監(jiān)測總結(jié)報告、1∶10 000地形圖等提取擾動面積，結(jié)合無人機攝影測量、衛(wèi)星遙感測量、人工實測等方法，確定風電場各水土流失防治分區(qū)新增擾動面積。

3.2 水土流失

工程水土流失主要發(fā)生在風電機組區(qū)、道路工程區(qū)、棄渣場區(qū)、升壓站區(qū)等開挖或堆填坡面，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標準布置觀測樣地，采取測釬法進行水土流失監(jiān)測，其中風電機組區(qū)布設(shè)1個觀測樣地，道路工程區(qū)布設(shè)2個觀測樣地，棄渣場區(qū)布設(shè)1個觀測樣地。觀測樣地布置方法為：汛期前將直徑0.5 cm、長100 cm的鋼釬按照3×3的形式均勻布設(shè)9根，每根鋼釬間距1 m（見圖1）；鋼釬沿坡面鉛垂方向打入，釬頂與坡面齊平，并在釬頂涂上紅漆，編號登記入冊；在每組鋼釬附近做上明顯記號以便觀測；汛期結(jié)束或每次暴雨后，通過觀測釬頂與地面的高差（或測針數(shù)值變化量），計算土層流失深度和土壤侵蝕量。

此外，升壓站區(qū)通過在出口處的沉沙池收集泥沙來測定水土流失，集電線路區(qū)通過室內(nèi)資料分析和實地踏勘調(diào)研的方式獲取水土流失。

3.3 挖填方量

基于施工日記、水土保持方案報告書、水土保持施工圖、水土保持監(jiān)測季報和總結(jié)報告等確定挖填方量，結(jié)合無人機攝影測量、人工現(xiàn)場復核等方式確定。

4 結(jié) 果

4.1 擾動面積

2019—2021年每季度風電場各水土流失防治分區(qū)新增擾動面積見表1。由表1可知，2019—2021年風電場新增擾動面積共計31.17 hm2，其中風電機組區(qū)、升壓站區(qū)、集電線路區(qū)、道路工程區(qū)、棄渣場區(qū)新增擾動面積分別為7.20、1.39、0.43、21.92、0.23 hm2，分別占風電場新增擾動面積的23.10%、4.46%、1.38%、70.32%、0.74%，由此可見風電場新增擾動面積主要集中在風電機組區(qū)和道路工程區(qū)，二者之和占風電場新增擾動面積的93.42%。從時間上來看，新增擾動面積主要集中在2019年第3、4季度，這是開挖回填活動發(fā)生的主要階段；截至2020年第2季度，風機平臺場地平整工作已經(jīng)完成，道路工程建設(shè)基本竣工，這與2020年第2季度開始無新增擾動面積的情況相吻合。

4.2 水土流失

2019—2021年風電場水土流失達2 214 t，其中風電機組區(qū)、升壓站區(qū)、集電線路區(qū)、道路工程區(qū)、棄渣場區(qū)水土流失分別為648、7、28、1 523、8 t，分別占風電場水土流失的29.27%、0.32%、1.26%、68.79%、0.36%。由此可以看出，風電場水土流失主要集中在風電機組區(qū)和道路工程區(qū)，二者之和占風電場水土流失的98.06%，也是風電場水土流失防治的重點區(qū)域。表2為2019—2021年各季度風電機組區(qū)和道路工程區(qū)水土流失變化。風電機組區(qū)水土流失主要發(fā)生在2020年和2021年第1、2季度，峰值發(fā)生在2020年第2季度，與新增擾動面積集中在2019年第3、4季度相比，水土流失發(fā)生的時間相對滯后；道路工程區(qū)水土流失持續(xù)時間較長，主要集中在2019年第2季度至2020年第2季度，其中2019年第2季度和2020年第2季度水土流失較大，這與項目區(qū)4—6月降水量較高有關(guān)。從2020年第3季度開始風電機組區(qū)和道路工程區(qū)的水土流失明顯減少，主要原因是這一時期無新增擾動面積，且各水土流失防治區(qū)水土保持設(shè)施基本建成，道路邊坡植被逐漸恢復。

5 風電場水土流失防治

順坡溜渣是風電場水土流失的重要形式，尤其是道路工程區(qū)占地面積大、施工距離和周期長、挖填方量大，是發(fā)生順坡溜渣的主要區(qū)域。順坡溜渣距離遠，造成大面積占壓土地，極易引發(fā)地質(zhì)災害，給道路邊坡穩(wěn)定和行車安全帶來極大威脅，且后期生態(tài)修復難度大、生態(tài)恢復治理成本高，需要設(shè)計單位、建設(shè)單位、施工單位等相關(guān)單位高度重視，提前采取攔擋措施?；谫Y料統(tǒng)計分析，華潤峽江玉峽風電場工程風電機組區(qū)單臺風機挖方量0.65萬m3，單臺風機填方量0.45萬m3，單臺風機水土流失18 t。與張華明等[10]研究結(jié)果相比，該工程挖填方量和水土流失量均小于同地區(qū)其他風電項目，表明該工程的施工工藝和水土保持措施體系建設(shè)較同地區(qū)其他風電項目更加完善，主要表現(xiàn)在：①充分利用現(xiàn)有的道路，最大程度減少土石方挖填和地表擾動；②對風機平臺施工期進行重點管控；③實施了全面有效的水土流失防治措施體系。

5.1 風電場水土流失防治措施體系

基于水土流失防治總體布局思路，依據(jù)各水土流失防治區(qū)地形、土壤、植被、水土流失、施工工藝、施工時序、施工周期等特點，在主體設(shè)計和水土保持專項設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，制定水土保持工程、植物、臨時措施相結(jié)合的水土流失綜合防治體系，見表3。

施工前需要對施工場地進行場地平整和剝離表土，剝離后堆放的表土采用苫布做好臨時苫蓋防護，施工結(jié)束后進行表土回填。施工過程中，在風電機組區(qū)風機平臺四周設(shè)置擋土埂，在挖方邊坡坡腳處設(shè)置排水溝，出口處設(shè)置沉沙池，當挖方邊坡上方匯水量較大時，在坡頂設(shè)置截水溝，施工結(jié)束后在風機平臺撒播草種，在風機平臺周邊的挖填邊坡實施植草灌護坡；在升壓站區(qū)四周設(shè)置臨時排水溝，出口處設(shè)置沉沙池，站內(nèi)設(shè)置雨水管和雨水口用于永久排水，施工結(jié)束后在升壓站內(nèi)實施園林綠化，并實施六棱空心磚植草護坡；道路工程區(qū)道路挖方邊坡坡腳處布設(shè)臨時排水溝，在道路工程施工結(jié)束后襯砌為永久排水溝，排水溝出口處設(shè)置沉沙池，填方邊坡坡腳處設(shè)置臨時擋土埂，道路工程施工結(jié)束后在集水面積較大的挖方邊坡坡頂布置截水溝，在道路兩側(cè)的挖填方邊坡處栽植攀緣植物和實施掛網(wǎng)噴播植草等植物護坡措施；在棄渣場區(qū)棄土坡腳布置漿砌石擋土墻，同時布設(shè)截（排）水溝、急流槽和沉沙池，在坡頂布置擋水埂，施工結(jié)束后在邊坡處植草灌，平地區(qū)域植樹種草恢復植被；雨天時對集電線路區(qū)實施臨時苫蓋，施工結(jié)束后撒播草種進行植被恢復。

5.2 典型措施

5.2.1 擋土埂

風電場風電機組區(qū)和道路工程區(qū)采用擋土埂措施。擋土埂布設(shè)在道路外側(cè)和風機平臺外側(cè)，可將匯水道路路面匯水攔擋在區(qū)域內(nèi)部并排入內(nèi)側(cè)排水溝內(nèi)，有效防止路面匯水引起的水土流失。擋土埂斷面宜為梯形，高14～16 cm，底寬30～45 cm，頂寬10～20 cm（見圖2）。

5.2.2 掛網(wǎng)噴播植草護坡

道路挖方邊坡存在較多高陡的巖質(zhì)坡面，漿砌石護坡、噴播草籽、栽植爬山虎等措施因地質(zhì)條件限制、成本高、修復周期長等，故無法達到預期的邊坡防護和綠化效果[12]。風電場道路工程區(qū)采用掛網(wǎng)噴播植草的方式實現(xiàn)邊坡綠化（見圖3），其施工工藝為：修整坡面—人工掛鐵絲網(wǎng)—人工掛稻草—噴射混合綠化基材（含草籽、黏合劑、保水劑、消毒劑等）—蓋塑料薄膜保墑。稻草采用當?shù)剞r(nóng)作物作為基材，有效降低了成本；生長出的植被與周邊環(huán)境融為一體，增加了景觀效果。

6 結(jié) 論

以江西省吉安市華潤峽江玉峽風電場工程為例，從擾動面積、造成的水土流失、挖填方量等方面分析山地風電場水土流失動態(tài)特征，并提出山地風電場水土流失防治重點。山地風電場新增擾動面積和水土流失主要集中在道路工程區(qū)和風電機組區(qū)，二者新增擾動面積之和與水土流失之和均占90%以上，是風電場水土流失防治的重點區(qū)域。新增擾動面積主要集中在2019年第3、4季度，截至2020年第2季度無新增擾動面積；道路工程區(qū)水土流失主要集中在2019年第2季度至2020年第2季度，風電機組區(qū)水土流失相對滯后，主要集中在2021年第1、2季度，從2020年第3季度開始風電機組區(qū)和道路工程區(qū)的水土流失量明顯減少。大量土石方開挖回填活動發(fā)生在施工期第1年，水土保持措施應在施工期第1年布設(shè)完畢，才能起到有效防止水土流失的作用。順坡溜渣是山地風電場水土流失的主要形式，對道路邊坡穩(wěn)定和行車安全造成極大威脅，設(shè)計單位、施工單位、建設(shè)單位等應給予高度重視，嚴禁隨意傾倒棄渣。

與同地區(qū)山地風電場水土流失情況相比，華潤峽江玉峽風電場單臺風機挖填方量、水土流失量均明顯減少，表明其水土流失防治措施體系取得了顯著成效。擋土埂和掛網(wǎng)噴播植草是兩種有效的邊坡防護措施，可為同地區(qū)其他風電項目水土保持設(shè)計提供參考。

[參考文獻]

[1] 楊丹青，張峰，武文一.風電場工程項目水土保持措施配置研究[J].水土保持通報，2008，28（4）：116-120.

[2] 趙躍中，朱小敏.陜北高原山地風電項目水土流失防治措施體系研究[J].中國水土保持，2022（7）：28-30.

[3] 張榮，陳正洪，孫朋杰.山地風電場開發(fā)過程中水土流失相關(guān)問題研究進展[J].氣象科技進展，2020，10（1）：47-53.

[4] 舟丹.中國風電行業(yè)發(fā)展趨勢[J].中外能源，2019，24（11）：42.

[5] 付濤，應恩宇，張純權(quán).江西省風電建設(shè)項目水土流失防治措施體系探討[J].中國水土保持，2019（4）：9-11，19.

[6] 梁改革，郝連安，徐洪霞，等.山地風電場工程水土保持與生態(tài)景觀設(shè)計初探[J].中國水土保持，2016（12）：37-39.

[7] 劉富平，冷鵬，李尤孟.大理清水朗山風電場水土保持措施探討[J].中國水土保持，2017（7）：19-21.

[8] 孫凱.山地風電場水土流失特點及防治對策[J].科技創(chuàng)新與應用，2021，11（17）：99-101.

[9] 易仲強，魏浪，常理，等.貴州高海拔山地風電場水土保持監(jiān)測工作現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].中國水土保持，2019（6）：60-62，68.

[10] 張華明，吳治玲，昝玉亭，等.江西省山地風電項目區(qū)水土流失與防治研究[J].水土保持通報，2018，38（4）：7-13.

[11] 貝耀平，汪錫彪，魯健，等.安徽省低山丘陵區(qū)風電場生態(tài)環(huán)境問題及植被恢復技術(shù)探討[J].中國水土保持，2021 （11）：23-25.

[12] 王娟，郭夢京，王成鵬，等.風電工程施工過程中的邊坡防護[J].中國水土保持，2019（5）：16-18.

收稿日期： 2022-11-25

基金項目：國家自然科學基金青年科學基金項目（41807041）；陜西省重點研發(fā)計劃項目（2022NY-191）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目（GK202103129）

第一作者： 許?。?988—），男，江西贛州人，工程師，碩士，主要從事水土保持方案編制和土壤污染治理工作。

E-mail： 542906813@qq.com

（責任編輯 李佳星）