壩上地區(qū)生產建設項目水土流失因素分析

趙名彥，李芳然，李如意，劉子輝，霍惠玉

(河北省水利科學研究院，河北 石家莊 050051)

位于河北省西北部的張家口市張北縣、康保縣、尚義縣、沽源縣及承德市豐寧滿族自治縣(以下簡稱豐安縣)、圍場滿族自治縣(以下簡稱圍場縣)的部分地區(qū)屬于河北省“壩上”地區(qū)。據統(tǒng)計，張家口市、承德市水土流失面積分別占全省水土流失面積的31.34%和31.0%，是河北省水土流失面積最大的地區(qū)。而位于其中的壩上地區(qū)風大沙多、生態(tài)脆弱，是水土流失易發(fā)區(qū)，也是水土流失主要分布區(qū)域。自2010年開始，壩上地區(qū)憑借其得天獨厚的太陽能、風能資源優(yōu)勢，吸引了大批光伏、風電企業(yè)入駐建場。以光伏發(fā)電、風力發(fā)電、農光互補、風光互補為代表的新能源項目及依托當地自然景觀的旅游觀光項目等各類生產建設項目的興起和投建在帶動當地經濟發(fā)展的同時，也給當地的水土流失防治工作帶來了一定壓力。

1 水土流失背景因素及現狀

1.1 水土流失背景因素

壩上地區(qū)年平均氣溫-3℃～4.0℃，年均降水量340～470 mm，年均蒸發(fā)量為降水量的4倍左右。年主導風向為西北風，多年平均風速3.7～5.5 m/s，大風日數60～70 d[1-2]。冬季寒冷漫長，夏季涼爽期短，全年干燥少雨且多風，干旱、風沙和霜凍等自然災害頻發(fā)，是我國生態(tài)脆弱地帶之一。土壤多為栗鈣土(張家口壩上地區(qū)地帶性土壤)和棕壤土(承德壩上地區(qū)地帶性土壤)[3]，土壤層薄且結構松散，以沙壤質和沙壤土為主，土壤有機質含量極低，植被生長緩慢、覆蓋率低，屬水土流失和土地沙化敏感區(qū)域[4]。大風日數長、年均氣溫低、土壤貧瘠是導致壩上地區(qū)本底水土流失的自然因素。

1.2 水土流失現狀及規(guī)劃

張家口和承德壩上高原分別屬于河北省水土保持分區(qū)的冀西北壩上高原防風固沙與生態(tài)維護區(qū)、燕山北部高原山地水源涵養(yǎng)與防風固沙區(qū)，壩上地區(qū)的水土保持始終是一項嚴峻且重要的任務。張家口市沽源縣、張北縣、康保縣分別被列為燕山國家級水土流失重點預防區(qū)、永定河上游國家級水土流失重點治理區(qū)、壩上省級水土流失重點預防區(qū)；承德市豐寧縣和圍場縣壩上區(qū)被列為燕山國家級水土流失重點預防區(qū)(表1)。壩上地區(qū)為輕度水力與輕度風力交錯侵蝕區(qū)，風力侵蝕主要發(fā)生在植被稀疏的沙化土地，水力侵蝕主要分布在壩頭荒坡地和坡耕地。據統(tǒng)計，承德壩上區(qū)域水土流失面積5 074.33 km2，其中水力侵蝕面積4 447.74 km2、風力侵蝕面積626.59 km2；張家口壩上區(qū)域水土流失面積6 327.36 km2，其中水力侵蝕面積1 992.98 km2、風力侵蝕面積4 334.38 km2。經調查，張家口、承德壩上區(qū)域背景土壤侵蝕強度多為輕度。

表1 河北省壩上地區(qū)水土保持區(qū)劃

2 生產建設項目引發(fā)的水土流失因素分析

壩上地區(qū)生態(tài)脆弱，本底水土流失易發(fā)。壩上地區(qū)天然草地作為原生植被，其含水率、有機質含量、空氣動力學粗糙度均高于退耕地、耕地，地表輸沙量低[5]。不盲目破壞荒草地，順應其自然生長狀態(tài)的理念逐步改變壩上地區(qū)生產建設項目的施工方式，大規(guī)模場平、削山平整的施工方式逐步被淘汰。生產建設項目引起的水土流失主要來自于項目建設過程中場地平整導致的地面和邊坡裸露、基礎開挖產生的臨時松散堆土、施工過程中地表擾動導致地表土壤硬度增加等。以壩上地區(qū)近年來數量較多、較具代表性的建設項目——風電、光伏電場項目為例進行分析。

2.1 建設特點

壩上地區(qū)地形平坦、壩頭地區(qū)地形起伏緩和，區(qū)域內建設的項目多無須進行大規(guī)模土地平整。根據實地調查結果，風電場、光伏電場施工擾動范圍主要是施工檢修道路、風機吊裝平臺(光伏板及板間安裝施工場地)、逆變器及箱變、升壓站及其臨時施工生產生活區(qū)。風機、光伏組件基礎，逆變器及箱變基礎、升壓站基礎，直埋集電線路挖填，施工檢修道路平整等產生的土方量小，場地內部調運后一般可達平衡或產生少量棄渣。

風電場及光伏場區(qū)實際永久占地少，風機平臺、光伏板間區(qū)域在施工完畢后可實現高恢復率和高利用率。如康保某100 MW風電場項目工程總占地35.59 hm2，其中的升壓站、風機基礎、逆變器及箱變、道路區(qū)永久占地僅占到10.81%，而風機平臺基座上方地面區(qū)域仍可實現地表植被恢復。承德圍場壩上地區(qū)某30 MW光伏發(fā)電項目工程總占地167.8 3hm2，永久占地光伏組件基礎、箱變和逆變器僅占1.09%。

2.2 水土流失分析

(1)“三通一平”階段。壩上較平坦區(qū)無須進行全面場平及道路平整，此階段不會造成較明顯水土流失。坡地地帶光伏電場項目一般采取“隨坡就勢”布設原則和鉆孔灌注樁施工形式，對地表破壞較小；風電場項目基礎施工、風機組吊裝施工需進行小規(guī)模場地平整，平整后的場地植被破壞，地表裸露，會在風力作用下產生風蝕。施工平臺及道路“高挖低填”作業(yè)面產生的道路裸露邊坡若不采取適當措施，則松散坡面極易在風力、水力交錯作用下產生面蝕和溝蝕。

值得注意的是，壩上地區(qū)坡度緩和，部分工程本著以生態(tài)環(huán)境為先的原則和理念，規(guī)劃好施工檢修路線后不再對道路進行規(guī)模化平整，實現了在滿足施工條件要求下擾動最小化。以康保縣某風電場為例，該風電場于2018年完工至今，次要施工檢修道路僅兩行車輪裸露面，周邊植被生長旺盛，未出現土壤沙化或流失現象，較通常的4 m寬施工檢修道路土壤流失量年均減少0.7 t/km2。實地調查表明，這種環(huán)境為本、因地制宜的施工方式在施工過程及施工結束后產生的水土流失量極小。

(2)主體施工、建設階段。該階段主要是升壓站基礎和結構施工、光伏樁基礎施工及組件安裝、風機基礎施工及風機組裝和吊裝、逆變器及箱變基礎施工和整機安裝、集電線路施工。主體施工水土流失重點因素為基礎施工、線路管溝開挖產生的臨時堆土或棄渣、作業(yè)面施工擾動導致的表層土體結構破壞。開挖出的土體結構松散、黏度小，抗水蝕、風蝕能力差；機械運輸碾壓、人為施工活動后作業(yè)面表土層變得松散、土壤粒度變小，加之表土層厚度薄，粉塵釋放量增大。因此，施工過程中水土流失重點區(qū)域為臨時堆土、臨時施工擾動的地表區(qū)域。根據壩上地區(qū)風電、光伏項目建設期多年監(jiān)測經驗，施工建設期是水土流失重點時段。施工期各建設區(qū)的防治重點見表2。

表2 施工建設期水土流失因素(以風電、光伏場區(qū)為例)

(3)施工結束后自然恢復期。施工結束后升壓站內綠化區(qū)、施工臨時生產區(qū)、風機平臺、光伏板間空地是水土流失重點區(qū)域。施工結束后的水土流失量與施工時序密切相關，歸根結底取決于植被恢復速率和生長狀況。對于風電、光伏建設項目，風機單座平臺、光伏單兆發(fā)電單元，已完成的在停止人為擾動后可利用表層土中發(fā)達的種子庫完成植被自然恢復，并產生較好的水土保持效果。康保地區(qū)風電場項目實地勘查結果表明，風機平臺的植被覆蓋度與施工完成時間呈明顯相關性，自然恢復的灌草(針茅、黃花蒿、百里香、益母草、車前草、野燕麥等)生長優(yōu)勢較人工種植(早熟禾、沙棘)更為明顯，覆蓋度可達到60%以上。施工生產區(qū)、升壓站、裸露的風機平臺及光伏板間區(qū)域完工時若處于4—5月份，適時進行植物種植、栽植，在時節(jié)、氣候適宜的條件下，植被在雨季可初步發(fā)揮作用，植被生長狀況良好、地表覆蓋度增大、根系發(fā)達固土能力增強，風季也可呈現顯著的抗風蝕能力。反之，完工時間若錯過了植被恢復、種植期，則這些地帶的水土流失量會大大增加。

3 針對性防治措施

(1)從施工方式、施工時序入手，做好臨時防護，從源頭控制水土流失。先破壞再治理的建設方式在壩上地區(qū)尤其需摒棄，因其不僅會造成不可逆的水土流失、生態(tài)破壞，還將大大增加后期治理成本。壩上地區(qū)施工地形條件相對較好，切忌為達到施工便利目的而大面積場平。采用先進的施工方式與施工器械，如光伏基礎施工采用鉆孔灌注樁，風機采用新式吊裝設備，盡量減少施工過程臨時擾動；施工過程中做到土方先擋后堆，裸露的地面及堆土邊坡做好臨時遮蓋防護；合理安排施工時序，基礎施工、管溝開挖盡量避開雨季，不能避開則密切關注天氣變化，合理安排工期，提前做好臨時排水、攔擋等防護措施；合理安排綠化時段，有條件的區(qū)域及時綠化，避免地表長時間裸露。

(2)保護表土，注重植物措施。表土是植被賴以生長的介質，其中更蘊含豐富的種子庫，對壩上地區(qū)荒草地的表層土壤進行采樣檢測結果顯示，0～10 cm土層種子萌發(fā)數占78.2 %～88.5 %，10～20 cm土層的占8.9 % ～15.7 %，20～30 cm土層的占2.6 %～7.1%[6]。壩上地區(qū)表層土薄，表土資源寶貴，做好表土“應剝盡剝”、分層剝離與堆放，充分保存、利用好表土資源對于后期植被恢復尤為關鍵。在相對緩和的地形條件下，植物措施是綠色、有效、必要的防護方式，可采取人工種植植被與自然恢復相結合的方式。壩上地區(qū)原生植被具有耐寒、抗旱、抗風蝕、生長速度快的優(yōu)良特性，利用土壤中的種子庫恢復植被可加快植物防護屏障的構建。對于植被恢復緩慢、站場區(qū)、道路等需人工綠化的區(qū)域要選取當地適生的優(yōu)勢草本、灌木、喬木，并加強后期的管護、封育。

(3)做好工程措施，實現全面防護。以風電、光伏場區(qū)為例，升壓站區(qū)、道路、平臺等高挖低填區(qū)域形成的邊坡需借助工程措施形成全面的防治體系。為利排水，升壓站一般會采取地基填高方式，在升壓站周邊布設漿砌石排水溝、放坡設置植草磚護坡或工程護坡，防止雨水對基礎沖刷，同時實現美觀、整潔；升壓站內變壓器周邊、道路兩側以碎石子、透水磚代替硬化地面，實現站內水源涵養(yǎng)；電場區(qū)平臺、道路邊坡防護采用漿砌石、干砌石、植生袋防護，有條件時可就地取材。

(4)改變效益、效率至上的傳統(tǒng)思路，打造全流程清潔環(huán)保、注重景觀和諧、維護水土資源、確保生態(tài)良好型的精品工程項目。從主體設計、水土保持、環(huán)境影響評價等各環(huán)節(jié)嚴格把控、優(yōu)化創(chuàng)新、保障落實，使項目入駐發(fā)揮改善生態(tài)環(huán)境、提升水土保持的正向助推作用。將生產建設項目與壩上地區(qū)優(yōu)美的自然風光融為一體，在創(chuàng)造經濟效益的同時，發(fā)展+旅游觀光模式，帶動第三產業(yè)發(fā)展。依托青山草原，最大限度地保護好一草一木，真正實現高質量發(fā)展。