海上風(fēng)電和光伏對景觀視覺質(zhì)量影響評價

摘要：實施海上風(fēng)電和光伏工程項目是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑之一，而其對周圍環(huán)境產(chǎn)生的視覺質(zhì)量影響是阻礙其實施的一個重要因素，文章嘗試將景觀敏感度（Sa）應(yīng)用到海上工程，以此量化海上風(fēng)電和光伏工程的景觀視覺質(zhì)量影響。結(jié)果表明：（1）取海上風(fēng)電場工程的風(fēng)機輪轂高度離海平面距離為200m，場區(qū)離岸30km 時，景觀敏感度Sa=0.00067，位于遠景帶景觀，在人的視野中基本只呈現(xiàn)風(fēng)機的輪廓;（2）取海上光伏工程光伏陣列板離海平面高度為10 m，場區(qū)離岸200m時，景觀敏感度Sa=0.05，位于遠景帶景觀，在人的視野中基本只呈現(xiàn)光伏陣列的輪廓;（3）取離岸500m，相對視高分別為0m、50m 以及100m 對海上風(fēng)電工程和海上光伏工程的景觀敏感度進行分析，海上風(fēng)電工程Sa 隨著高度增加而減少，海上光伏工程Sa 隨著高度增加而增加，但都處于較低的景觀敏感值。在目前國家政策對海上風(fēng)電和海上光伏項目離岸距離的要求下，風(fēng)機和光伏陣列板等要素被弱化，大大減少了風(fēng)機和光伏陣列對人的視覺沖擊。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;海上光伏;景觀敏感度;相對坡度;相對視距;相對視高

中圖分類號：P752 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）12-0037-09

1 國內(nèi)外景觀評價研究現(xiàn)狀

景觀視覺質(zhì)量的研究范圍相當(dāng)廣泛，包括但不限于森林、水域、道路、植物、礦區(qū)和鄉(xiāng)村等各種景觀。景觀視覺質(zhì)量研究具有巨大的潛力和應(yīng)用價值，能夠為我們提供更全面、準(zhǔn)確的評估結(jié)果，為保護和改善自然和人工景觀的質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。同時，也能夠促進人們對于景觀價值的認知和理解，從而更好地實現(xiàn)可持續(xù)的環(huán)境和社會發(fā)展。

同時，景觀視覺質(zhì)量評估方法也日益多樣化，并且關(guān)注重點多樣化，既可以關(guān)注景觀本身的資源價值，也可以考慮人類主觀偏好。隨著社會對景觀的要求逐步上升，景觀評價也隨之逐步發(fā)展，評估范圍也從僅僅關(guān)注美學(xué)價值，擴展到環(huán)境價值、生態(tài)安全等多個方面[1]。

我國的景觀視覺質(zhì)量評價工作起步較晚，目前還處于探索景觀評價的理論和方法階段，并且多關(guān)注于園林景觀[2]。景觀視覺質(zhì)量評價一般利用地理信息系統(tǒng)與遙感作為技術(shù)支持，利用ArcGIS軟件進行空間處理和研究，輔以問卷調(diào)查、專家評估等定性化方法[2-4];或者利用景觀綜合分析方法[5]。

海上工程景觀視覺質(zhì)量影響評價是景觀領(lǐng)域的新興研究熱點和趨勢。隨著能源行業(yè)的快速發(fā)展和海上工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，人們越來越重視海上工程設(shè)施對周圍環(huán)境的影響以及其在視覺上的接受程度[5]，包括港口圍填海工程對景觀影響的研究[6]、人工海岸工程景觀適宜性研究[7]、濱海廊道開發(fā)建設(shè)工程[8]等。

海上風(fēng)電和海上光伏項目對視覺會產(chǎn)生一定的影響。這些海上工程項目通常需要在海上或海岸線附近建設(shè)大規(guī)模的風(fēng)力渦輪機和光伏電池板，這些設(shè)施在海上或海岸線上形成了新的景觀。從視覺角度來看，風(fēng)力渦輪機的巨大旋轉(zhuǎn)葉片和光伏電池板的大面積布設(shè)可能會改變海洋或海岸線的原有景觀特色。對于一些群體來說，這種變化可能會被視為破壞了自然景觀的美感。同時，由于這些設(shè)施的高度和密集程度，可能對觀景體驗產(chǎn)生一定的影響。海上工程設(shè)施的可見性是一個重要的視覺影響因素。因此，對于海上風(fēng)電和海上光伏的景觀效果評價尤為重要。

國外對海上工程經(jīng)典的影響因素分析是基于客觀景觀視覺質(zhì)量的分析，如評估距離、照明和天氣條件以及不同的運動條件下的視覺影響，其中距離和對比度是較好的反應(yīng)指標(biāo)[9]，隨著可再生能源的快速發(fā)展，海上風(fēng)電和光伏發(fā)電正逐漸成為一種重要的清潔能源來源。盡管海上風(fēng)電是實現(xiàn)溫室氣體零排放的有效途徑，但群體對海上風(fēng)電可能會對當(dāng)?shù)卦斐傻囊曈X影響的擔(dān)憂是限制其發(fā)展的一個重要因素。由于海上風(fēng)電風(fēng)機的高度較高，可以從相當(dāng)遠的距離被看到，影響自然景觀，這是附近沿海地區(qū)和村莊可能反對實施海上風(fēng)電工程的主要原因之一。但目前仍很少有研究從視覺影響角度探討海上風(fēng)電和海上光伏工程設(shè)施對景觀視覺質(zhì)量的影響，主要是因為缺乏針對海上工程系統(tǒng)、科學(xué)的景觀視覺質(zhì)量評價規(guī)范和相應(yīng)指標(biāo)的應(yīng)用，尤其是缺少量化的評價方法。

因此，為將海上風(fēng)電和光伏對自然景觀視覺質(zhì)量影響可視化，本文嘗試將傳統(tǒng)的景觀視覺質(zhì)量影響評價指標(biāo)應(yīng)用到海上風(fēng)電和海上光伏項目，選取景觀敏感度（Sa）作為量化指標(biāo)，相對視距（Sd）以及相對視高（Sh）作為變量進行探究。

2 材料與方法

2.1 量化指標(biāo)

2.1.1 景觀敏感度（Sa）

海上風(fēng)電工程的風(fēng)機和海上光伏工程的陣列板的可視面積越大，其被人關(guān)注的概率越高，景觀敏感度也越高，而景觀要素與觀景者視線的夾角，也就是相對坡度α 決定了其在人眼中的可視面積，相同景觀要素高度，距離越近，對人眼造成的視覺沖擊就越明顯（圖1）。

一般來說，景觀自身的可視面積的投影面積即為坡度形成的景觀敏感度[10]，本研究以景觀要素表面沿視線方向的投影面積衡量景觀敏感度，假設(shè)景觀要素的表面積為1，投影面積Sa 也就是景觀敏感度的計算方式如下：

Sa =sinα（0° ≤α ≤90°）

式中：α 是人眼和景觀要素最高處的夾角，相對坡度α的范圍為0°～90°。

當(dāng)景觀要素表面垂直于視線（相對坡度為90°）時，投影面積為最大，Sa=1，景觀敏感度達到最大值;當(dāng)景觀要素表面平行于視線（相對坡度為0°）時，投影面積為最小，Sa=0，景觀敏感度達到最小值;其他情況景觀敏感度Sa 在0～1之間。景觀敏感度值越接近于1，景觀要素對人眼造成的視覺沖擊就越強烈。

每個視點的能見度取決于多個因素，其中最主要的因素是視點高于海平面的高度，根據(jù)需要，本次計算用視點高于海平面的高度以抵消（1）地球曲率的影響;（2）陸地海角（懸崖線、頻繁出現(xiàn)的岬、淺斜坡地形或局部地形）的中斷程度;（3）大氣折射[11]。

2.1.2 相對視距（Sd）

相對視距（Sd）是觀景者與景觀的距離，距離越近則景觀呈現(xiàn)的清晰度越高，景觀的視覺敏感度越高。

觀景者在近景帶觀看景觀時，易清晰看到景觀的細節(jié);中景帶的景觀細節(jié)較為簡化，景觀的整體結(jié)構(gòu)和格局較為清晰;遠景帶景觀在人的視野中基本只呈現(xiàn)整體的輪廓[12]。

2.1.3 相對視高（Sh）

相對視高，即觀察位置相對于目標(biāo)物的高度，觀察者的視高在評估海上風(fēng)電和光伏景觀影響時起著至關(guān)重要的作用。不同的視高意味著觀察者對能源設(shè)施的視角和可見度不同，從而影響了他們對設(shè)施的視覺感受和評價。

2.2 情景設(shè)定

2.2.1 研究對象

本研究將海上風(fēng)電的風(fēng)機和海上光伏的陣列板視作景觀要素，作為研究計算的主要對象。

2.2.2 等高距設(shè)定

隨著風(fēng)力發(fā)電機葉片生產(chǎn)商在技術(shù)方面的研究深入，葉片尺寸向大型化發(fā)展，因此本文暫取輪轂高度也就是等高距為200m。

針對海上光伏項目，提倡光伏板下緣距離灘涂面的高度一般不小于4m，考慮到光伏板有相對傾角以及樁基的高度，等高距取10m。

2.2.3 相對視距距離設(shè)定

中國海上風(fēng)電機組多分布于離岸距離0～40km的范圍內(nèi)，由于近岸地區(qū)資源減少及深遠海擁有更穩(wěn)定、更優(yōu)質(zhì)的風(fēng)力資源，海上風(fēng)電場正在向離岸更遠的地方移動并進入更深的水域[13]。海上風(fēng)電工程一般需離岸30km以上，因此本研究以風(fēng)機離岸30km，觀景者位置距離海上風(fēng)電場區(qū)30km、40km、50km為海上風(fēng)電工程的景觀敏感度的計算基礎(chǔ)。

光伏陣列離岸距離控制值為距離人工岸線不小于100m，距離自然岸線不小于200m，因此本研究以光伏陣列板離岸200m，觀景者位置距離海上光伏場區(qū)200m、500m、1000m 為海上光伏工程的景觀敏感度的計算基礎(chǔ)（圖2）。

2.2.4 視高設(shè)定

考慮到沿海地區(qū)山勢地形起伏對景觀視覺質(zhì)量的影響，基于離岸500m 處分別設(shè)定高度為0m、50m、100 m 三種情景（圖3），且暫不考慮視線遮擋。

2.2.5 等級劃分

本研究借鑒俞孔堅對相對坡度和景觀敏感度劃分等級（分別以1，1/2，1/4，0為劃分界線）[14]，并且進行人為的計算和劃分，依據(jù)不同等級分為了近景帶、中景帶和遠景帶三個景觀帶。當(dāng)1gt;Sa≥1/2，景觀敏感度為一級，景觀分類為近景帶;當(dāng)1/2gt;Sa≥1/4，景觀敏感度為二級，景觀分類為中景帶;當(dāng)1/4gt;Sa≥0，景觀敏感度為三級，景觀分類為遠景帶。

3 結(jié)果與分析

3.1 相對視距對景觀敏感度的影響

3.1.1 海上風(fēng)電工程

3.1.1.1 不同景觀敏感度下的相對視距

風(fēng)機等高距設(shè)定為200m，根據(jù)景觀敏感度的等級劃分計算相對視距，計算結(jié)果見表1，根據(jù)計算結(jié)果可以看出在海上風(fēng)電工程項目中，人距離風(fēng)機的距離與觀察到的景觀敏感度之間存在一定的關(guān)系。根據(jù)距離的不同，景觀敏感度可以分為3 個級別。

（1）當(dāng)人距離風(fēng)機在0～346.4m 之間時，景觀敏感度為一級。在這個距離范圍內(nèi)，人們能夠清晰地觀察到風(fēng)機的整體細節(jié)。這意味著風(fēng)機的外觀特征可以被清晰地辨認和觀察到。

（2）當(dāng)人距離風(fēng)機在346.4～773.3m 之間時，景觀敏感度為二級。在這個距離范圍內(nèi)，人們可以觀察到風(fēng)機整體的格局。雖然細節(jié)可能不如一級景觀敏感度時清晰，但整體的輪廓和結(jié)構(gòu)仍然可以辨認和觀察到。

（3）當(dāng)人距離風(fēng)機大于773.3m 時，風(fēng)機呈現(xiàn)出一個模糊的輪廓。在這個距離范圍內(nèi)，由于距離的增加，人們無法清晰地辨認風(fēng)機的細節(jié)和整體格局，只能看到一個模糊的輪廓。

綜上所述，人與風(fēng)機之間的距離對于觀察到風(fēng)機的景觀敏感度有著重要的影響。隨著距離的增加，人們可以觀察到的細節(jié)和整體格局逐漸減弱，只能看到風(fēng)機的模糊輪廓。這些信息對于風(fēng)電工程項目的規(guī)劃和設(shè)計具有重要的參考價值。

海上風(fēng)電工程場區(qū)通常遠離岸邊。在此過程中，人們可能會在施工階段或運維階段的船只上工作。在這種情況下，風(fēng)機和其他景觀要素可能會對人眼產(chǎn)生較大的沖擊。然而，這種影響通常是短暫和階段性的，隨著施工和運維的完成，視覺影響會逐漸消失。

此外，在海上風(fēng)電工程選址時，會考慮避讓航道并進行通航安全影響分析以及航線影響評估。這些評估考慮了來往船只上人的視覺影響，并采取措施確保對航行船只上的人的視覺影響最小化。因此，海上風(fēng)電工程對經(jīng)過該區(qū)域的船只上人的視覺影響較小。

3.1.1.2 不同相對視距下的景觀敏感度

當(dāng)海上風(fēng)電工程完成后，位于岸邊的人對風(fēng)機的視覺影響可以通過計算景觀敏感度來評估。在這種情況下，我們采用等高線距離為200m 和離海上風(fēng)電場區(qū)距離為30km、40km 以及50km 三種參數(shù)，即離岸0km、10km 以及20km 來進行計算（圖4），此時景觀敏感度Sa 計算結(jié)果分別為0.007、0.005以及0.004，這意味著在沒有遮擋物的前提下，風(fēng)機對陸上的景觀影響較低，在岸邊觀察風(fēng)機時，風(fēng)機已如同火柴棒大小。景觀敏感度的具體計算方式可能是基于一定的評估指標(biāo)和方法，但從結(jié)果來看，陸上對海上風(fēng)電場風(fēng)機的景觀敏感度均低于0.01，計算結(jié)果表明風(fēng)機在該位置上對岸邊的人的視覺影響較小，且離岸越遠，景觀敏感度越低。

3.1.2 海上光伏工程

3.1.2.1 不同景觀敏感度下的相對視距

光伏陣列板等高距設(shè)定為10m，根據(jù)景觀敏感度的等級劃分計算相對視距，計算結(jié)果見表2，根據(jù)計算結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

（1）當(dāng)人距離海上光伏陣列板0～17.3m 時，處于景觀敏感度一級，此時整個海上光伏工程光伏陣列板的整體細節(jié)較清晰。

（2）當(dāng)人距離海上光伏陣列板17.3～38.7 m時，處于景觀敏感度二級，此時易觀察到整個海上光伏項目的光伏陣列板整體的格局。

（3）當(dāng)人距離海上光伏陣列板大于38.7m 時，處于景觀敏感度三級，整個海上光伏工程光伏陣列板只呈現(xiàn)出一個模糊的輪廓。

海上光伏項目施工與其他建設(shè)項目一樣，也可能對周圍景觀產(chǎn)生一定的影響。光伏組件排列成規(guī)律的陣列，可能會在海上形成一片統(tǒng)一的景觀，與周圍的自然環(huán)境形成對比。但根據(jù)計算結(jié)果顯示，當(dāng)相對視距增加時，相對坡度變小，景觀敏感度降低，對人眼的沖擊度也隨之變小。其次，海上光伏施工過程中使用的設(shè)備和結(jié)構(gòu)也可能對景觀產(chǎn)生一定的影響。例如，施工期間使用的起重機、安裝樁等設(shè)備可能會在一定程度上改變海域的外觀。然而，這些設(shè)備和結(jié)構(gòu)通常是臨時性的，一旦施工完成，它們將被移除，對景觀的影響也會消失。

3.1.2.2 不同相對視距下的景觀敏感度

同樣，當(dāng)海上光伏工程完成后，位于岸邊的人對風(fēng)機的視覺影響可以通過計算景觀敏感度來評估（圖5）。采用等高線距離為10m 和距離海上光伏場區(qū)為200m、500m 以及1000m 三種參數(shù)，即離岸0m、300m 以及800m 來進行計算，景觀敏感度Sa 計算結(jié)果分別為0.05、0.02以及0.01，景觀敏感度處于較低值，在岸邊觀察光伏陣列時，光伏陣列已如同火柴盒大小。在陸上觀察海上光伏工程，光伏陣列板的存在對周圍環(huán)境的景觀影響較低，且離岸越遠，景觀敏感度越低。

3.2 相對視高對景觀敏感度的影響

在距離海岸線500m 處觀察海上風(fēng)電工程的風(fēng)機（圖6），隨著視高從0m 到50m 再到100m，Sa 從0.006到0.004再到0.003，均處于三級景觀敏感度地帶，屬于遠景帶，但結(jié)果表明隨著相對視高的增加，風(fēng)機對景觀的影響度在減少。

對于海上光伏項目，隨著視高從0m 到50m再到100m，Sa 從0.014到0.057再到0.128（圖7），從接近地面的視高觀察光伏板時，觀察者可能會更加注意到光伏板與地面的對比效果，特別是光伏板的規(guī)則排列和它們對自然地形的遮擋;從高視高位置看，觀察者看到的是整體布局而非具體細節(jié)，景觀敏感度隨之增加。此外，低視高下的觀察者更可能體驗到光伏板的反光問題，特別是在日出和日落時，但從高處看，反射問題可能不會那么突出。

4 討論

這些評估結(jié)果對于海上風(fēng)電以及光伏項目的選址和規(guī)劃具有重要的參考價值，通過科學(xué)的規(guī)劃和有效的環(huán)境管理措施，可以最大限度地減少對景觀的影響，同時實現(xiàn)可持續(xù)能源的發(fā)展目標(biāo)。

海上風(fēng)電工程和海上光伏工程在施工期間對景觀視覺質(zhì)量影響較為明顯，施工完成后，人員撤出風(fēng)電場區(qū)和光伏場區(qū)，影響也隨之消失。在目前國家政策對海上風(fēng)電和海上光伏項目的離岸距離的要求下，隨著離岸距離的增加，風(fēng)機和光伏陣列等要素逐步被弱化，減少了對人的視覺沖擊，其對景觀視覺質(zhì)量的影響也隨之減少。

以海上風(fēng)電工程離岸30km 以上，海上光伏工程離岸200m 以上為基礎(chǔ)，在岸邊觀察海上風(fēng)電工程和海上光伏工程時，風(fēng)機可視同為火柴棒大小，光伏陣列可視同為火柴盒大小，都處于較低的景觀敏感值，處于遠景帶。相較于海上風(fēng)電工程，海上光伏工程對視覺的影響較為明顯，原因可能是光伏陣列排列較為緊密，且相對接近海平面，在相同的觀察地點對人的視覺沖擊較大。

針對海上風(fēng)電工程，可采取塔身設(shè)計、顏色選擇、葉片形狀等多個方面的優(yōu)化措施，以減少風(fēng)機的視覺沖擊;對于海上光伏工程項目，項目建成后，由于光伏電池板的存在，本身就成了一個空間異質(zhì)性的區(qū)域，可使用景觀融合等措施，以盡可能地減少光伏電池板對原有景觀的影響。隨著越來越多的風(fēng)電場開始運營，越來越多的人體驗到海上風(fēng)電場的視覺影響，如果體驗到的影響與最初感知到的視覺干擾不同，公眾的積極態(tài)度可能會改變，已有研究表明公眾對遠離海岸的海上風(fēng)電場的視覺影響有更積極的看法[15]。此外海上光伏產(chǎn)業(yè)可通過降低光伏應(yīng)用成本以及注重公眾接受度和心理決定因素來減少其對景觀視覺的影響[16]。

制定海上風(fēng)電和光伏對景觀視覺質(zhì)量影響評價體系能夠更好地平衡可再生能源發(fā)展和環(huán)境保護之間的關(guān)系，最大限度地減少景觀視覺沖擊，為公眾創(chuàng)造美麗宜居的環(huán)境。

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