黑龍江省風電工程水土流失防治技術探討

艾曉燕

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院,黑龍江哈爾濱 150080)

黑龍江省風電工程水土流失防治技術探討

艾曉燕

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院,黑龍江哈爾濱 150080)

水土流失;防治技術;植被恢復;風電工程;黑龍江

黑龍江省已運行、在建和處于立項階段的風電工程項目以山丘區、西部松嫩平原區居多,河谷區也有分布。根據不同區域風電場的自然背景及工程建設特點,結合風電工程水土保持方案編制和技術評審實踐,探討了如何有效防治水土流失和進行生態修復。

風能資源是一種可再生的綠色能源,風電開發建設備受國際社會關注和各國政府的支持。黑龍江省位于“三北”風能資源豐富區內,風力資源開發潛力很大。據悉,黑龍江省 50 m高風能資源潛力約為 10.2億 k W,技術可開發量 2.3億 k W。截至目前,黑龍江全省已建成風電場 15座,總裝機容量 896 MW;正在建設的 7座,總裝機容量 495 MW;處于立項階段的風電項目約有 100個,以山丘區、西部松嫩平原區居多,河谷區也有分布。預計到 2015年和 2020年,黑龍江省風力發電裝機容量將分別達到 6 000 MW和 10 000 MW。也就是說未來 5年黑龍江省風能資源儲備區將全面鋪開風電工程建設,屆時擾動面積之大、程度之高、產生的水土流失影響及對生態環境的破壞之重都是不容忽視的。因此,掌握風電工程建設水土流失特點、做好水土流失防治工作是建設生態友好型項目的重要保障。

1 風電工程基本情況介紹

風電工程一般由風電機組區、升壓站區、集電線路區(送出線路由電網公司建設)、風電場道路區、臨時生產生活區 5部分組成。目前黑龍江省已運行、在建及處于立項階段的風電工程,單機規模有 750、850、900 、1 300、1 500和 2 000 k W等,均采用“一機一變”的單元接線方式,風機出口電壓為 690 V,通過1 000 V低壓電纜接至 35 k V(10 k V)箱式變電站低壓側,再通過場內集電線路(山丘區多采用地埋、平原區多采用架空)接入220k V(或 110、66 k V)升壓站的低壓母線,最后通過送出線路并入電網。

2 風電工程建設水土流失防治措施

就黑龍江省風電工程擬建區的自然條件及項目建設特點,其水土流失防治應遵循以下原則:①風電工程挖余土石方雖然最終用于回填和風電場內道路填墊,但因存在施工時序的銜接問題,有一部分土石方需要臨時堆放,所以土石方的攔擋防護是控制施工期間水土流失的關鍵。②表層腐殖土需要收集和集中保護,為擾動區植被重建、綠化美化提供土源。另外,應對風沙區和鹽漬化區地表植被的保護有足夠的重視。③剝離的表土及臨時土石方應該堆放在征占地范圍內,或者說工程用地應該考慮臨時堆土用地。堆放形式依各單項工程特點以不影響施工作業而定,一般點式工程將臨時堆土用地規劃在施工空地或場地一角,線性工程應該考慮便于復用而沿途選擇平緩地堆放,以便于管理和防護。④山丘區地形坡度大,施工期間的截流、排導措施對減輕擾動區、開挖及堆墊面的沖刷尤為重要。⑤對擾動區、開挖和堆墊邊坡進行土地整治是保土防蝕、植被景觀重建的重要環節。⑥項目區植被重建是項目區生態環境得到最大限度維護的體現,也是水土流失防治的主要目標之一。⑦基于防洪要求,平原區風電工程涉及外借土石方,自采取料場選址盡量避開農田區。⑧升壓站區應按照園林設計標準進行景觀設計。

2.1 山丘區風電工程建設水土流失防治措施

山丘區風電場建址區地勢高、地形起伏大,基巖上覆風化碎石土較厚,表層腐殖土較薄,植被以次生的闊葉雜木林為主。從調查資料看,山丘區的植被覆蓋普遍較好,現狀水土流失程度較輕;地表擾動后,植被及土壤結構遭到破壞,施工跡面水土流失嚴重。以下針對山丘區風電工程建設特點,分析如何布置水土保持措施。

2.1.1 表土保護及收集措施

山丘、崗地風電場區場地挖填擾動程度高,工程征占地幾乎全部被擾動,山丘區土壤類型以暗棕壤為主,表層腐殖土較薄,應全面進行表土的收集和保護。根據已建工程實施情況,人工配合機械收集表土可行。

2.1.2 臨時土石方攔擋防護措施

(1)將風電機組區和升壓站區剝離的表土與挖方分開堆放,采用編織袋填土石料砌筑攔擋圍欄,既能擋水又能攔土,攔擋圍欄斷面形式和尺寸可根據堆土高度和地形情況確定,也可利用采伐的樹木設置擋渣屏障。

(2)集電線路區一般沿道路或在林地中地埋敷設管道,施工工期較短。因此,做好施工管理和施工期安排是控制水土流失的關鍵。要盡量避開雨季施工,開挖土方沿管溝一側堆放,并布設苫蓋措施。

(3)風電場道路區。路基成型后,臨時土方主要是剝離的表土,一般選擇在道路一側或兩側緩坡地帶平鋪保存,注意控制鋪土厚度以不影響道路通行為好。因地形坡度較大,為防止雨水沖蝕表土,需在鋪土帶兩側設置擋土屏障,可采用單層土袋齊邊緣砌護。

2.1.3 截、排水措施

(1)升壓站區若受外水影響(坡水、周邊匯水),則可在其圍墻外側布置截水設施,收集外水連同站內排水,通過順接工程消能后安全排出。該區內排水應將永久、臨時措施結合,既減少擾動又減少工程量和投資。

(2)風電場道路路基排水應根據地形地勢、路基類型布置。風電場道路一般是沿地形等高線或沿山脊布線,所以路基類型以半填半挖居多,其中:一側挖另側填的路基,挖方一側截、排水設施應該永久、臨時結合布置,并做好消能措施;中間挖兩側填的路段及爬坡路段,可根據線路縱坡大小布設排水設施,平緩的路段可不設排水溝。

(3)各單項工程的施工場地,在場地平整時應考慮排水要求,以能有組織地將內水排出區外為宜。風電機組區地勢高,施工階段基本不受外水干擾;臨時施工區及個別風機組區依地勢情況(如坡地),按照水土保持要求,應該考慮設置外水攔截措施。

2.1.4 施工裸地、開挖和堆墊邊坡整治及防護措施

(1)施工裸地包括臨時施工場地、吊裝場地、集電線路及道路等臨時用地。臨時設施拆除后,應該全面進行場地清理,清除硬化的混凝土、泥結石及磚塊瓦礫,整地覆土。

(2)堆墊邊坡主要包括道路邊坡、升壓站填方邊坡等,開挖邊坡有路塹邊坡、升壓站開挖邊坡和部分風機開挖邊坡。從同類工程現場調查情況,堆墊邊坡一般是根據填方料的力學指標要求,按穩定邊坡比進行放坡。升壓站四周挖填方邊坡、站內階梯邊坡均應設置擋墻及邊坡防護。風電場道路局部路段為了壓縮占地而設計陡坡路基,水土保持要求對高填陡坡路基設置擋墻以加固路基,并根據邊坡巖性、坡長等特征,實施護坡措施。路基填土高度較小的邊坡采用植物護坡,較大的采用綜合護坡(下部工程護坡,上部植物護坡),地質災害易發地段采用工程護坡。風電場道路開挖邊坡較多,從同類工程現場調查情況看,道路開挖邊坡基本未實施防護措施,要從水土保持角度強化這方面的設計和要求。

雖然山體上覆較厚的風化碎石土,但是其有機質含量極低,而且部分開挖面基巖出露,依靠生態的自我修復能力恢復植被會十分緩慢或難以恢復,而且擾動后的碎石土結構比較松散,容易造成滑坡、崩塌等災害。因此,應根據工程區的建設條件,首先對坡體、坡面進行整治,創造良好的植被生長環境[1],為植被重建、生態恢復奠定基礎。

開挖邊坡中,對于基底巖石(土)比較穩定、坡長較小的坡面,可采用直線削坡,配合魚鱗坑進行整治;對于坡長較大的坡面,采取折線削坡,上坡削緩,向下收坡并護砌,配合魚鱗坑整治坡面,以達到邊坡穩定的目的;石質坡面基于少破壞的原則,采取階梯形削坡以縮短坡距,臺階面要做成向內傾斜或在臺階根部開出小基槽,以利于蓄水保土;對于基底巖層不太穩定的坡面,除采取上述措施穩定邊坡外,尚需考慮在坡腳設置擋墻進行防護。

整治后的邊坡以綜合護坡為主。坡腳部位、石質坡面采用骨架護坡,同時設置流水帶,以解決坡面排水問題。對于穩定的陡立或凸起的巖石坡體,采取噴錨掛網的方式美化,開鑿種植槽、種植穴等,為攀緣植物的生長創造環境。具體布置形式可根據巖石坡體具體情況而定,高度、面積不大的坡體,可上、下分割區塊噴錨掛網,并在坡體上部和下部建造種植基槽;高度、面積均較大的坡體可分上、中、下分割區塊噴錨掛網,同時在中部巖壁上開鑿種植穴、魚鱗坑等。

2.1.5 綠化美化與植被重建措施

基于施工面的土地整治、坡面坡體整治,本著適地適樹(草)的原則,進行喬、灌、草立體配置,做好項目區的植被重建工作。利用草本植物生長快、能迅速覆蓋地面的特點,控制地表侵蝕;結合樹木生態效益、經濟效益的長久性,有效防治水土流失。

高陡邊坡和巖石坡體因其生態環境脆弱,植被重建后需要實施一定的管養措施。

(1)綠化美化措施。升壓站區不僅是風電場運行的主要功能區,還是風電場技術和管理中心,所以風電場區綠化美化的重點在升壓站區。基于該區安全要求,不宜栽植高大的樹木,應以建造草坪、花壇,栽植灌木為主進行綠化。

(2)植被重建措施。①施工裸地植被重建。風電場道路施工用地、吊裝場地、集電線路區的臨時用地經整地覆土后立地條件較好,植被恢復不得降低標準;可以選擇適生、經濟價值較高的優良品種進行造林,林下種草增加草本植物速效保土效應。②開挖邊坡植被建設。開挖邊坡可視性顯著,所以植被建設還應考慮景觀要求。土質邊坡采取植樹、種草綜合護坡,樹種注重樹形美觀、喬灌結合配置;高陡邊坡經過梯臺整治后,階面及基槽覆土并種草固土,減輕土壤流失,階面根據覆土厚度栽植側根發達、耐貧瘠的樹種,基槽栽植攀緣植物。石質坡面鑲嵌或鋪裝預制骨架,空隙覆土后植草防護。③高陡裸巖坡體植被建設。根據噴錨掛網布置以及種植槽、魚鱗坑、巖石穴坑規格,結合生長環境的承載量,栽植、種植攀緣植物,苗木宜用當地的藤本植物,木本、草本相結合。④堆墊邊坡植被建設。堆墊邊坡植被建設屬于生態環境的重塑,主要體現在風電場道路區。堆墊邊坡植被建設的意義在于既保持水土又維護工程安全,所以邊坡植被建設采用植樹、種草立體式。樹種選用根系發達、生長快的適生品種,喬、灌配置,并加大栽植密度;林下種草,選用喜陰的草種,增加固土防蝕效應。

2.2 平原區風電工程建設水土流失防治措施

黑龍江省西部風能資源儲備區屬于松嫩平原,為羊草草原植被,其中:南部區域土壤偏鹽堿,植被覆蓋較好,現狀水土流失程度較輕;西部區域風沙較大,植被覆蓋率較低,現狀水土流失較為嚴重。在該區域風電工程建設中,土石料開采、建筑物基礎開挖及填筑活動是產生水土流失的主要工序。

2.2.1 表土保護及收集措施

(1)西部風能資源儲備區土壤類型以風沙土和鹽堿土為主,多年平均降水量小于 450 m m,生態環境相對比較脆弱,施工跡地植被恢復比較緩慢,容易造成植被退化。因此,施工中要盡量減少對地表植被、土壤的擾動和損壞。

施工場地、施工營地硬化要盡量采用磚、石干砌堆墊形式,減少因混凝土灌筑地面而對地表植被層的破壞;臨時用地盡量減少擾動地表、破壞植被層。

(2)對風電機組區、輸電線路塔基、場內施工道路的永久占地的擾動區、硬化場地區進行表土剝離,剝離厚度視土壤層厚度而定;取料場開采前要進行表土剝離,對土壤有一定污染的施工場地也要進行表土剝離,并做好地面防護及污水收集處置措施。

2.2.2 表土及臨時土石方攔擋防護措施

(1)將風電機組和升壓站區表土與土石方分開堆放,并采用密目網、苫布等覆蓋土體表面,起到防風防蝕的作用。

(2)平原區風電工程集電線路采用架空敷設,塔基區動用土石方量較小,工期很短,需將表土及挖方分開堆放,并布設苫蓋措施。

(3)風電場道路區臨時土方主要是剝離的表土,平鋪在道路兩側臨時用地內,稍作壓實即可。

(4)將取料場剝離的表土集中堆放保存,并采用密目網苫蓋、土袋固腳。

2.2.3 截、排水措施

(1)平原區風電場道路多為填方路基,在鹽堿土比重大的區域,道路兩側應該考慮設置梯形土質排水溝;在風沙土比重大的區域,降雨基本不產流,路基兩側可不設排水溝。

(2)各單項工程需要硬化的施工場地要考慮排水要求,以滿足內水能夠有組織排出區外為宜;部分風電機組施工涉及低洼積水地,需設置圍堰和排水設施;在取料期間應做好料場四周的臨時截、排水措施,防治水土流失。

(3)平原區升壓站本身有防洪要求,主體設計時要考慮外洪內澇影響,升壓站內排水工程一般由排水明溝、排水管道及集水井組成。要做好站區內水外排的順接工程,防止對承泄區沖刷。

2.2.4 施工裸地、開挖和堆墊邊坡整治及防護措施

(1)應對施工裸地進行全面場地清理,清除硬化的混凝土、泥結石及磚塊瓦礫。板結的土地需要松土;回填的松方壓實后回填腐殖土;壓占的草地一般不采取全面整地,盡量不要破壞地表植被層。

(2)堆墊邊坡主要包括道路邊坡、升壓站及風電機組區填方邊坡等,開挖邊坡主要是取料場邊坡。①升壓站、風機組區四周填方邊坡采用漿砌石護坡或結合擋墻防護。②風電場道路路基低矮,一般不采取工程防護措施。③取料場開挖邊坡挖深較淺,采用直線削坡、整理邊界;挖深較大的坡面采取階梯形削坡,坡面向內傾斜。

2.2.5 綠化美化、植被重建措施

(1)綠化美化措施。平原區升壓站的綠化原則與山丘區相同,基于安全考慮,不栽植高大的樹木,以建造草坪或花壇、栽植灌木為主進行綠化。西部鹽堿區需要外購腐殖土,以改良土壤;綠化樹草種應該有一定的耐鹽堿特性。

(2)植被重建措施。施工用地土地功能的恢復,表土復用及全面整地是關鍵環節。用地類型多為草地,也有少數耕地和農田防護林,臨時用地恢復原地類,恢復標準不應降低;植被恢復要優選當地耐鹽堿、耐貧瘠的先鋒植物品種,道路兩側可選擇適生的樹種布置行道樹。

取料場原地類多為草地,所以在開采跡地種草恢復植被,坡面采用當地的先鋒草種,底面撒播耐水濕的草種。

3 幾點建議

(1)從調查情況看,平原區風電工程施工跡地的植被重建效果比較好,基本恢復到背景生態狀況;山丘區風電工程施工跡地中,施工平面區植被恢復效果比較好,但是堆墊坡面、開挖面基本未實施植物措施,尤其是道路建設開挖山體形成的高低、陡緩不一的邊坡,沒有得到整治和植被重建。筆者以為,對于人為破壞后的施工跡地、高陡坡面坡體,再造良好的植被生存環境是生態恢復的關鍵所在。

(2)目前,風電項目前期設計文件缺少風電場截排水設計的內容,場內、外道路設計也沒有成型的技術文件,制約了水土保持設計文件編制。風電場道路區恰是植被破壞最嚴重、水土流失顯著的區域,場內截排水也是水土保持關注的重點。因此,建設單位要按照水土保持相關要求,及時委托有資質的單位,做好風電場道路專門設計,完善主設土建工程設計,為建設項目水土流失防治奠定基礎。

(3)風電場項目前期設計文件中,各單項工程永久占地比較明確,但是臨時用地不確定或者用地數量估列不夠,滿足不了工程建設和施工要求,施工階段將會造成超范圍的擾動和水土流失問題。建議主體設計單位細化這部分用地設計,山丘區集電線路盡可能采用地埋方式,減少對植被的破壞,降低工程征地數量。

(4)平原、河谷區有些風電場需要填方,因項目區取料困難,前期設計文件中填方料一般都規劃為外購。建設單位要本著對社會、環境負責的態度,落實好外購填筑料的取向。確實需要自采料的,要擔負起取料場的水土流失防治及生態恢復責任。

[1]金章利,劉高鵬,許文年,等.黃石黃荊山北麓胡家灣采石場生態修復設計[J].中國水土保持,2010(5):61-62.

S 157.2

C

1000-0941(2010)12-0016-03

艾曉燕(1962-),女,黑龍江樺南縣人,高級工程師,主要從事水土保持規劃、設計工作。

2010-09-15

(責任編輯 孫占鋒)