河西走廊風電場道路建設探討

柴亞凡，周 波，羅進選，呂文強

(甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730020)

河西走廊地區因其獨特的地理環境而具有強烈的狹管效應，形成了特有的風能資源聚集帶，更是成為甘肅省風能資源開發利用最為集中的地區。為充分利用河西走廊地區豐富的風能資源，2008年4月，國家發改委審查通過了《酒泉千萬千瓦級風電基地規劃報告》。根據該規劃的總體目標，酒泉風電基地風電裝機容量2015年達到1 271萬kW，2020年將達到2 000萬kW。截至2014年底，甘肅風電并網突破1 000萬kW，裝機容量居全國第二，這標志著酒泉千萬千瓦級風電基地初步建成。截至2016年底，甘肅省風電裝機容量達到1 277萬kW，新能源裝機容量占本地總裝機容量的比例達到41%，位居全國第一。

近年來，河西走廊地區的風電建設已經對當地生態環境產生了直接或間接的影響，主要表現在建設過程中基坑開挖、修筑道路及人類機械活動頻繁等，增大了地表裸露面積，使原生地表的覆蓋物和土壤結構遭受嚴重破壞，導致土壤抗蝕性降低，而且恢復難度大。該區也是我國生態環境脆弱地區，脆弱的生態環境導致該地區環境容量有限，對人類的活動敏感性強，極易加劇當地水土流失。尤其是風電工程配套道路的建設施工擾動面積大，是風電工程建設中水土流失防治的重點區域[1-2]。

本文在全面分析戈壁荒漠區風電場道路設計、施工工藝及其水土流失特征的基礎上，從合理設計道路斷面、優化施工工藝、減少擾動面積等方面進行了詳細闡述，提出了水土流失防治對策，并給出了一種適合該區域布設的竹節狀集沙滲水溝，以期為風電場道路的設計與施工及建成后的施工擾動面生態修復提供技術指導。

1 研究區概況

研究區位于甘肅省河西走廊西端的阿爾金山、祁連山與馬鬃山(北山)之間,全區海拔1 100～1 500 m。屬典型的溫帶大陸性氣候類型區，降水量少，蒸發量大，多大風，年降水量40～150 mm，年蒸發量2 490～3 522 mm，多年平均風速2.2～4.2 m/s，而年均≥8級以上的大風日數15～68 d、沙塵暴日數10 d左右。年日照時數3 033～3 316 h，無霜期118～159 d。風電場集中連片區域地表均被戈壁礫石及細砂覆蓋。土壤類型主要有灌淤土、風沙土、灰棕荒漠土和鹽土等，有機質含量低，肥力差，結構疏松，抗沖性和抗蝕性能弱。植被屬荒漠草原植被類型，覆蓋率僅4%左右。

2 河西走廊風電場道路特點與水土流失特征

2.1 風電場道路特點

風電場道路的作用是將各個風機機位、升壓站與主要進場干線連接起來，以滿足風電場施工及檢修期間交通運輸的需要，因此在風電場建設和運行過程中發揮著重要的作用。風電場道路主要由進場道路和檢修道路兩部分組成，在風電場施工期間為臨時施工道路，在運行期間為永久檢修道路。在施工期作為臨時施工道路使用的時間較短，但其對寬度、轉彎半徑和平整度要求較高；在運行期作為永久檢修道路使用時沒有特殊要求。在風電場建設施工和設備安裝階段，道路除應滿足施工運輸材料和設備的要求外，還應滿足安裝風機的大型起吊機械和運輸大型設備的要求。采用何種運輸工具和起吊設備，應根據風機組件的具體外形尺寸和重量確定。

2.2 風電場道路施工的水土流失特征

河西走廊地區風電場道路建設加劇的水土流失主要是因施工中破壞原地表植被和地表結皮引起的，侵蝕類型以風力侵蝕為主，兼有水力侵蝕。根據有關研究，河西走廊地區風電場道路施工擾動面積約占工程總擾動面積的2/3，土方開挖量占工程開挖總量的3/4以上，平均單個風機需要配套檢修道路的長度為487 m[1]，因此風電場配套道路的建設注定是風電場建設過程中水土流失防治的重點區域和重要環節。

3 風電場道路優化設計與施工工藝

3.1 風電場道路設計要求

目前，國內還沒有專門針對風電場道路制定相應的規范和標準，設計單位都是依據風電場的地形地貌參照風機生產廠家的資料、各大電力集團在實踐中總結出來的經驗性集團設計導則和典型設計[3-4]進行設計，一般風電場道路設計仍參照《廠礦道路設計規范》(GBJ—87)中四級公路[5]標準進行設計，并與風機廠家提供的運輸報告和大件設備運輸廠商提供的資料相結合。目前國內風電機組安裝主要采用履帶吊或汽車吊作為吊裝機具。道路的寬度主要取決于大型吊裝設備大小，根據不同風機類型選擇適合的大型吊裝設備。每個履帶吊對道路的要求也不同。

風電場道路對整個風電場工程來說是輔助工程，對風電場道路的研究和設計也多見于山地風電場，對戈壁荒漠區風電場道路的設計和研究則較少。由于戈壁荒漠區平坦開闊，不受建筑物、樹木和農地等因素的制約，道路建設成本較低，因此風電場的設計重點在于確定風機位置和排列方式以最大限度地利用風能資源，而往往忽視了對道路的優化設計。

風電場道路設計時首先需要與已經確定的進場道路相連接，充分利用現有道路，對不能滿足要求的已有道路進行局部改造，其次路徑要與已經確定好的每臺風電機組施工平臺相連接，最后在滿足前兩個要求的前提下，對路徑進行優化，使路徑最短，以達到節約土地、節省投資的目的[6]?？傮w來講，風場道路的設計要求在滿足安全性和可靠性的前提下，遵循永臨結合、經濟合理、因地制宜、節約用地和實用方便的原則。對于分期建設的工程，還應兼顧到前后期項目建設的銜接[7]。

3.2 河西走廊風電場道路施工形式

河西走廊地區風電場地勢平坦，一般不涉及征地拆遷，道路施工相對簡單。道路施工大多采用機械挖填和人工輔助修筑的方式進行。在充分利用現有道路的前提下，為盡量減少施工擾動面積和破壞植被數量，必須嚴格控制施工作業帶。在局部地段開挖和填筑路基時，應在路基填方段最大限度地利用挖方，盡可能做到挖填平衡。簡易施工道路寬度主要取決于大型吊裝設備大小，路面寬度一般為7～10 m，采用泥結碎石路面。待風力發電機組設備吊裝完畢后，在簡易施工道路的基礎上保留場內永久檢修道路，路面寬度一般為4～6 m，由于運行期風電場內交通量不大，從經濟實用的角度考慮，一般采用級配碎石路面，其余路面自然恢復即可。

道路施工還應優化施工工藝，合理安排工期。風電場內施工道路的施工除參照相關標準進行外，還應結合當地自然條件優化施工工藝，一般可從以下幾個方面考慮：一是嚴格控制施工工期，盡量縮短各工序間的間隔期，以縮短施工期水土流失時段；二是控制臨時堆土數量與堆放時間，減少水土流失量；三是避免在大風等極端天氣施工，以減少大風造成的風力侵蝕；四是施工放樣時，結合中線測量，放出邊線樁，在邊線樁外圍設置警示線，以防止施工車輛肆意碾壓、破壞施工范圍外的原地貌；五是路基碾壓時，遵循先輕后重、先慢后快、先邊后中、先高后低的原則。對于道路截排水溝施工工藝，還應從以下幾個方面考慮：一是待風力發電機組設備吊裝完畢后，結合風電場內永久檢修道路安排截排水溝施工；二是開挖土方臨時堆放在靠近路基一側，并做好臨時苫蓋措施。

3.3 道路截排水溝的修筑

戈壁荒漠區地勢平坦，降水稀少，一般認為無需修筑道路排水溝。然而研究證明，該區域土壤滲透性差，點暴雨造成的山洪頻繁發生，不僅造成嚴重的水土流失，而且還會影響到風電工程本身的安全運行。實踐證明風電場道路配套截排水溝有著不可估量的作用。首先風電場道路上游一側排水溝的修建有效阻擋了道路外雨水對場內道路的沖刷；其次由于道路兩側排水溝道的限制，施工和檢修車輛被嚴格限制在場內道路運行，避免了肆意行駛對道路外地表的碾壓與破壞；最后截排水溝還因為自身地勢低，在風沙流遇到阻隔后很容易沉積，可以作為風沙沉降點。

戈壁荒漠區地勢平坦，點暴雨造成的山洪依地勢漫流，并無排出途徑，道路兩側的截排水溝只能起到一定的匯流和疏導作用，容易造成地勢低洼路段道路被沖毀。為了使檢修道路兩側截排水溝最大限度地發揮攔蓄作用，有學者根據實踐經驗設計了竹節狀集沙滲水溝，其特點是在修筑截排水溝時每隔10～20 m保留一個土質格擋，相鄰格擋的間距具體視坡降而定，坡降大的區域格擋距離應當縮短，格擋縱斷面呈梯形，頂寬不小于10 cm,底寬不小于26 cm，格擋頂端距原地面至少30 cm。這種呈竹節狀的截排水溝不僅能有效匯流和疏導洪水，還可以最大限度地發揮攔蓄作用，有效沉積風蝕形成的風沙流，以達到蓄水保土、防治水土流失的目的。隨著河西走廊地區風電場建設規模的不斷擴大，這種竹節狀集沙滲水溝也將在該地區進一步推廣和應用，以有效防治風電場配套道路建設過程中的水土流失。

4 結 語

(1)河西走廊地區的風電場道路建設應盡可能利用原有道路，合理規劃設計，優化施工工藝，加強施工管理，盡量減少施工擾動面積，保護好原地表植被和結皮。

(2)要嚴格按照水土保持方案要求，及時采取灑水和苫蓋等臨時防治措施。在施工中要加強施工管理，防止施工車輛和人員肆意碾壓、破壞施工范圍外的原地表，施工結束后要及時進行土地整治和植被恢復。

(3)竹節狀集沙滲水溝可以起到蓄水保土、防治水土流失、保障風電場安全運行的作用。關于風電場道路的優化設計有待于我們繼續總結經驗，在實踐中不斷探索。