光伏發電項目的水土流失特點及防治措施布局

長治市水利發展中心 張汝翀

2020年9月22日，我國鄭重向世界宣布，中國的二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值(即碳達峰)，努力爭取2060年前實現碳中和[1]。在實現“雙碳”目標的愿景下，構建以新能源為主體的新型電力系統，實現能源體系的清潔、低碳，是我國整個能源行業自上而下共同努力的目標[2]。

太陽能作為一種永續利用的清潔能源，是較為理想的可再生資源，太陽能利用技術主要包括光伏發電、太陽能熱發電、光化學、光感應和光生物轉化等多種形式。其中光伏發電的并網裝機容量占全部太陽能發電并網裝機容量的99%以上，光伏發電已成為太陽能發電技術的主力軍[3]。光伏發電的大規模開發利用有效規避了傳統火電機組的高能耗、高排放特征，在減少污染物排放和溫室氣體排放的同時，為全社會提供了大量清潔電力供給。長遠來看，光伏發電的發展對中國推進終端用能電氣化、提升非化石能源占比、打好大氣污染防治攻堅戰及如期實現碳達峰、碳中和目標提供了堅強保障[4]。

本文以恒平能源屯留區一期10萬千瓦光伏發電項目為例，從水土保持角度探討光伏發電項目建設時的水土流失特點、應具備的水土保持防治措施布局及方案設計，以期為同類地區光伏發電工程的水土保持工作提供參考。

一、項目及項目區概況

恒平能源屯留區一期10萬千瓦光伏發電項目位于山西省長治市屯留區境內，主要建設內容包括：新建光伏陣列場區由32個3.125MW的光伏發電單元組成；新建110KV升壓站一座；新建輸出線路接至羿神110KV變電站的110KV母線，長度35km。其中，項目永久占地77.41hm2，臨時占地面積7.93hm2。施工期主體工程共動用土石方總量21.52萬m3，其中總挖方量10.76萬m3，總填方量10.76萬m3。

屯留區屬于暖溫帶半濕潤性大陸性季風氣候，多年平均氣溫為9.5℃，最高氣溫為38.1℃，最低氣溫為-29.1℃，≥10℃的活動積溫為3277.2℃，全市無霜期160天。多年平均降水量為530.8mm，最大降水量814.3mm，最小降水量433.2mm，降水主要在7、8、9月。多年平均蒸發量1768.1mm，最大凍土深度為82cm。本項目擬建場地位于低山丘陵區、山坡和溝谷上端部位，屬于太行山典型的丘陵土石山區，場地最高點位于光伏場區內北側，高程1176m，最低點位于光伏場區中部，高程1028m，高差為148m。區域土壤主要為山地褐土，區域內植被稀少，裸地較多，植被覆蓋較差，植被覆蓋率為22.6%。本項目水土流失類型區劃為北方土石山區，區域內容許土壤流失量200t/km2·a，土壤侵蝕類型主要為水力侵蝕。根據項目區地面坡度和林草覆蓋度結合《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007），對項目區的土壤侵蝕強度進行劃分。項目區土壤侵蝕現狀統計如表1所示，加權平均土壤侵蝕模數為1223t/km2·a。

表1 項目區土壤侵蝕現狀表

二、項目水土流失特點

本項目由光伏陣列場區、升壓站、進場道路、輸電線路、供水管線、施工臨建區等部分組成。

光伏陣列場區對地表的擾動主要為光伏組件支架基礎開挖、箱變基礎開挖，場內直埋集電線路電纜溝開挖和檢修道路施工對地表的擾動，擾動面積75.7hm2；升壓站對地表的擾動主要表現在各建筑物建設對地表的擾動，擾動面積0.5hm2；進場道路對地表的擾動主要為新建道路對地表的擾動，擾動面積2.0hm2；輸電線路對地表的擾動主要表現在集電線路電纜溝開挖土石方，外送輸電線路主要為鐵塔建設、材料堆放場地、牽張場和臨時施工道路對地表的擾動，擾動面積6.73hm2；供水管線和施工臨建區對地表的擾動主要表現在管溝開挖、建筑材料占壓和人為活動對地表的擾動，擾動面積0.41hm2。各防治區水土流失情況見表2。

表2 各防治區水土流失情況

其中，光伏發電項目是施工擾動最大的區域，施工期動用土石方數量多、施工強度大，基礎開挖、搬運和填筑等土建工程是產生水土流失的重點環節，短時間內會造成較為嚴重的地表擾動后果和水土流失危害[5]。因此，在光伏陣列場區采取有效的水土保持防治措施，是控制光伏發電項目水土流失總量的關鍵。

三、水土保持防治分區與措施總體布局

根據項目建設布局和施工工藝，在對主體工程設計中具有水土保持功能措施分析評價的基礎上，提出防治水土流失需要補充、完善和細化的防治措施，將水土保持工程措施、植物措施和臨時措施有機結合，形成綜合防治措施體系。

（一）光伏陣列場區防治區

主體工程未對光伏場區進行水土保持措施布設。方案設計在施工前對光伏場區箱變基礎處、電纜溝開挖和場內檢修道路進行表土剝離，并將其剝離的表土就近在箱變周圍和檢修道路兩側平緩區域進行苫蓋保存，用于后期的植被恢復；在施工結束后對場區需綠化的區域進行土地整治，整地面積為光伏場區內除箱變室、場內道路路面和原有植被面積等，整地面積約為227hm2(包括復耕面積)，能達到后期植被恢復的要求。

本項目光伏場區占地為其它草地和裸地，根據現場調查，其它草地部分原地貌植被生長良好，光伏板建成后地表植被可有效抵御光伏板前沿雨水濺蝕，無需在每處光伏板下方布設預防濺蝕措施，對于光伏陣列場區裸地部分，降水通過漫流，最后匯入場內道路排水溝或自然溝道內。裸地部分植被稀疏，由于光伏板的架設改變了降雨入滲過程和地表徑流，增加了地表的沖刷，為此方案對不滿足防沖區域(光伏板下沿區域)考慮鋪設2cm厚的碎石，電池組件下沿離地面平均高為80cm，經估算，鋪設防沖碎石的寬度為0.7m，本項目占用裸地部分共安裝72450塊電池組件，每塊電池組件長度為1.97m，共需鋪設碎石9.99hm2，需碎石量為0.6 萬 m3。

方案設計為在道路較陡的路段開挖一側布設排水溝，以減少周圍坡面匯水對道路的沖刷，場內檢修道路較陡的路段約1100m，對道路布設漿砌石排水溝，采用M7.5漿砌石砌筑，分段排入自然溝道內。根據《水土保持工程設計規范》(GB51018-2014)，排水工程等級為3級。排水溝采用矩形斷面，底寬0.4m，深0.4m，漿砌石壁厚0.3m，長1100m，共開挖土方770m3(開挖土方可作為檢修道路坡面綠化覆土)，需漿砌石量為594m3。分段排入自然溝道，并在每一段排水溝末端布設漿砌石順接工程，長2m，寬1m，厚0.5m，共計布設4處，漿砌石量4m3。

方案設計光伏板之間的空地處、箱變周邊擾動區城、集電線路開挖后的擾動區域、檢修道路修建形成的開挖面和回填面，采用撒播籽的方式進行綠化，選擇紫花苜蓿和白羊草混播，牧草既可治理水土流失，又有經濟效益，草籽量按1:1混合，選擇品質優良的一級草籽，播種密度：紫花苜30kg/hm2、白羊草30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。共計撒播草籽22.71hm2，需草籽1362.6kg。

（二）升壓站防治區

主設工程已在110kV升壓站站外布設漿砌石擋墻防護工程、埋地排水管及排水溝，在110kV升壓站生活區內布置灌木花草，以達到凈化空氣、降低場地輻射熱、減少噪聲的作用，草的品種選用耐踐踏、再生力強的品種，以達到整體的環境美化。

本方案設計在施工前對升壓站區進行表土剝離，并對剝離的表土就近在站內空閑處進行苫蓋保存，用于后期的植被恢復。

（三）進場道路防治區

進場道路防治區主要為各陣列地塊進場道路，本方案設計對道路工程表土資源較好路段進行表土剝離，在實際施工過程中應細化施工工藝，采取分層開挖方式，將收集的表土集中堆放，并在道路邊沿側進行苫蓋保存，用于后期的植被恢復。

根據現場調查和地形圖，結合現場鄉村道路情況，進場道路引自鄉村道路，連接各光伏陣列地塊內的檢修道路，全部為爬山道路，因此在道路開挖一側布設排水溝，以減少周圍坡面匯水對道路的沖刷，場內檢修道路較陡的路段約1853m，對道路布設漿砌石排水溝，采用M75漿砌石砌筑，排入鄉村道路排水溝內。根據《水土保持工程設計規范》(GB51018-2014)，排水工程等級為3級。排水溝采用矩形斷面，底寬0.4m，深0.4m，漿砌石壁厚0.3m，長1853m，共開挖土方1297m3(開挖土方可做為檢修道路坡面綠化覆土)，需漿砌石量為1001m3。

施工道路施工時形成的斜坡面通過撒播草籽的方式進行治理，草種選用紫花苜蓿，穴播量60kg/hm2。草種要求籽粒飽滿，發芽率90%以上，純凈度95%以上，無病蟲害。經估算，撒播草籽面積0.84hm2，需紫花苜蓿草種50.4kg。進場道路采用永臨結合，項目運行后作為永久道路，在道路回填一側種植行道樹和撒播草籽，樹種選用油松，苗高1.0-1.5m，穴狀整地60×60cm，株距為2.0m，需種植紫穗槐927株，需苗量946株（考慮2%的損耗）。草種選用紫花苜蓿，穴播量60kg/hm2。草種要求籽粒飽滿，發芽率90%以上，純凈度95%以上，無病蟲害。經估算，撒播草籽面積0.46hm2，需紫花苜蓿草種27.6kg。

（四）輸電線路防治區

本項目輸電線路包括三部分：施工用電線路、集電線路和外送輸電線路，主體未對輸電線路進行水土保持措施布設。

方案設計在施工前進行表土剝離并就近堆放，堆土斷面為梯形，堆置高度1.0m，內外側邊坡均為1:1，在堆土邊坡及頂部苫蓋彩條布、以防造成水土流失。輸電線路的材料堆放場和牽張場在施工前對原地貌的植被或作物進行清理，再經平整后用于堆放鋼材等材料，為了避免對地面土壤結構造成破壞，方案設計在材料堆放場地面布設彩條布苫蓋，施工結束后揭除便可直接進行植被恢復建設。

施工結束后對施工擾動區進行土地整治，以便于對臨時占地進行植被恢復。植被恢復采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質優良的一級草籽，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草 30kg/hm2( 即混合撒播用量60kg/hm2)。

（五）供水管線防治區

主體未對供水管線進行水土保持措施布設。設計在電纜溝開挖前先進行表土剝離，堆放在電纜溝邊沿側，堆高2.0m，坡比1:1，堆土四周先灑水由鐵鍬拍實，進行密目網苫蓋；施工過程中對供水管線開挖土方進行防護，堆放在管溝一側，堆高1.0m，坡比1:1，四周灑水后用鐵鍬拍實，并進行苦蓋處理。

施工結束后，對場區需綠化的區域進行土地整治，整地面積為供水管線工作面，以達到后期植被恢復的要求。植被恢復采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質優良的一級草籽，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草 30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。

（六）施工臨建區防治區

主體未對施工臨建區進行水土保持措施布設。在電纜溝開挖前先進行表土剝離，堆放在電纜溝邊沿側并進行苫蓋處理。施工結束后，對場區需綠化的區域進行土地整治，植被恢復采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質優良的一級草，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。

四、結論

本項目占地面積85.34hm2，光伏陣列場區表土剝離后進行臨時防護，對場內道路布設排水溝，施工結束后進行全面整地、植被恢復；升壓站表土剝離進行臨時防護；進場道路表土剝離后進行臨時防護，布設道路排水溝，道路種植行道樹，兩側坡面進行綠化；輸電線路表土剝離后進行臨時防護，臨時占地進行全面整地、植被恢復等措施；供水管線和施工臨建區表土剝離后進行臨時防護，臨時占地進行全面整地、植被恢復等措施。通過各項水土保持措施的實施，可大大減少工程施工期的水土流失量，改善和提高工程區域的生態環境質量，方案實施以后，項目建設造成的水土流失可以得到有效治理，各項目防治措施指標均能達到預定目標，并具有一定的生態效益、社會效益。

施工期應劃定施工活動范圍，嚴格控制和管理車輛機械的運行范圍，不得隨意行駛、任意碾壓。施工單位不得隨意占地，防止擴大對地表的擾動范圍；設立保護地表及植被的警示牌。教育施工人員保護植被、保護地表，施工過程確需清除地表植被時，應盡量保留樹木，盡量移栽使用；注意施工及生活用火安全，防止火災燒毀地表植被；對防洪設施進行經常性檢查維護，保證其防洪效果和通暢；由于本項目施工周期較長，道路工程不可避免地會經過汛期，部分施工道路和棄渣道路可沿溝道布設，施工隊伍在施工過程中應做好汛期道路度汛工作；土建工程完工后，施工隊伍撤離現場前，由當地水行政主管部門進行初步驗收；隨時投入運行的水土保持工程應有明確的管理維護要求。