海上風電和光伏對景觀視覺質量影響評價

摘要：實施海上風電和光伏工程項目是實現雙碳目標的重要途徑之一，而其對周圍環境產生的視覺質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）應用到海上工程，以此量化海上風電和光伏工程的景觀視覺質量影響。結果表明：（1）取海上風電場工程的風機輪轂高度離海平面距離為200m，場區離岸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風機的輪廓;（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 對海上風電工程和海上光伏工程的景觀敏感度進行分析，海上風電工程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電和海上光伏項目離岸距離的要求下，風機和光伏陣列板等要素被弱化，大大減少了風機和光伏陣列對人的視覺沖擊。

關鍵詞：海上風電;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 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）12-0037-09

1 國內外景觀評價研究現狀

景觀視覺質量的研究范圍相當廣泛，包括但不限于森林、水域、道路、植物、礦區和鄉村等各種景觀。景觀視覺質量研究具有巨大的潛力和應用價值，能夠為我們提供更全面、準確的評估結果，為保護和改善自然和人工景觀的質量提供科學依據。同時，也能夠促進人們對于景觀價值的認知和理解，從而更好地實現可持續的環境和社會發展。

同時，景觀視覺質量評估方法也日益多樣化，并且關注重點多樣化，既可以關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展，評估范圍也從僅僅關注美學價值，擴展到環境價值、生態安全等多個方面[1]。

我國的景觀視覺質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，并且多關注于園林景觀[2]。景觀視覺質量評價一般利用地理信息系統與遙感作為技術支持，利用ArcGIS軟件進行空間處理和研究，輔以問卷調查、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量影響評價是景觀領域的新興研究熱點和趨勢。隨著能源行業的快速發展和海上工程基礎設施的建設，人們越來越重視海上工程設施對周圍環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]、濱海廊道開發建設工程[8]等。

海上風電和海上光伏項目對視覺會產生一定的影響。這些海上工程項目通常需要在海上或海岸線附近建設大規模的風力渦輪機和光伏電池板，這些設施在海上或海岸線上形成了新的景觀。從視覺角度來看，風力渦輪機的巨大旋轉葉片和光伏電池板的大面積布設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，由于這些設施的高度和密集程度，可能對觀景體驗產生一定的影響。海上工程設施的可見性是一個重要的視覺影響因素。因此，對于海上風電和海上光伏的景觀效果評價尤為重要。

國外對海上工程經典的影響因素分析是基于客觀景觀視覺質量的分析，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指標[9]，隨著可再生能源的快速發展，海上風電和光伏發電正逐漸成為一種重要的清潔能源來源。盡管海上風電是實現溫室氣體零排放的有效途徑，但群體對海上風電可能會對當地造成的視覺影響的擔憂是限制其發展的一個重要因素。由于海上風電風機的高度較高，可以從相當遠的距離被看到，影響自然景觀，這是附近沿海地區和村莊可能反對實施海上風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電和海上光伏工程設施對景觀視覺質量的影響，主要是因為缺乏針對海上工程系統、科學的景觀視覺質量評價規范和相應指標的應用，尤其是缺少量化的評價方法。

因此，為將海上風電和光伏對自然景觀視覺質量影響可視化，本文嘗試將傳統的景觀視覺質量影響評價指標應用到海上風電和海上光伏項目，選取景觀敏感度（Sa）作為量化指標，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

2.1.1 景觀敏感度（Sa）

海上風電工程的風機和海上光伏工程的陣列板的可視面積越大，其被人關注的概率越高，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;中景帶的景觀細節較為簡化，景觀的整體結構和格局較為清晰;遠景帶景觀在人的視野中基本只呈現整體的輪廓[12]。

2.1.3 相對視高（Sh）

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

2.2 情景設定

2.2.1 研究對象

本研究將海上風電的風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 等高距設定

隨著風力發電機葉片生產商在技術方面的研究深入，葉片尺寸向大型化發展，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 相對視距距離設定

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

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200m、500m、1000m 為海上光伏工程的景觀敏感度的計算基礎（圖2）。

2.2.4 視高設定

考慮到沿海地區山勢地形起伏對景觀視覺質量的影響，基于離岸500m 處分別設定高度為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，依據不同等級分為了近景帶、中景帶和遠景帶三個景觀帶。當1gt;Sa≥1/2，景觀敏感度為一級，景觀分類為近景帶;當1/2gt;Sa≥1/4，景觀敏感度為二級，景觀分類為中景帶;當1/4gt;Sa≥0，景觀敏感度為三級，景觀分類為遠景帶。

3 結果與分析

3.1 相對視距對景觀敏感度的影響

3.1.1 海上風電工程

3.1.1.1 不同景觀敏感度下的相對視距

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

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

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

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

綜上所述，人與風機之間的距離對于觀察到風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和整體格局逐漸減弱，只能看到風機的模糊輪廓。這些信息對于風電工程項目的規劃和設計具有重要的參考價值。

海上風電工程場區通常遠離岸邊。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，風機和其他景觀要素可能會對人眼產生較大的沖擊。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，海上風電工程對經過該區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

當海上風電工程完成后，位于岸邊的人對風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 和離海上風電場區距離為30km、40km 以及50km 三種參數，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，風機對陸上的景觀影響較低，在岸邊觀察風機時，風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和方法，但從結果來看，陸上對海上風電場風機的景觀敏感度均低于0.01，計算結果表明風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定為10m，根據景觀敏感度的等級劃分計算相對視距，計算結果見表2，根據計算結果可以得出以下結論。

（1）當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較清晰。

（2）當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出一個模糊的輪廓。

海上光伏項目施工與其他建設項目一樣，也可能對周圍景觀產生一定的影響。光伏組件排列成規律的陣列，可能會在海上形成一片統一的景觀，與周圍的自然環境形成對比。但根據計算結果顯示，當相對視距增加時，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備和結構也可能對景觀產生一定的影響。例如，施工期間使用的起重機、安裝樁等設備可能會在一定程度上改變海域的外觀。然而，這些設備和結構通常是臨時性的，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，當海上光伏工程完成后，位于岸邊的人對風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為200m、500m 以及1000m 三種參數，即離岸0m、300m 以及800m 來進行計算，景觀敏感度Sa 計算結果分別為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 處觀察海上風電工程的風機（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，但結果表明隨著相對視高的增加，風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，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

這些評估結果對于海上風電以及光伏項目的選址和規劃具有重要的參考價值，通過科學的規劃和有效的環境管理措施，可以最大限度地減少對景觀的影響，同時實現可持續能源的發展目標。

海上風電工程和海上光伏工程在施工期間對景觀視覺質量影響較為明顯，施工完成后，人員撤出風電場區和光伏場區，影響也隨之消失。在目前國家政策對海上風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，其對景觀視覺質量的影響也隨之減少。

以海上風電工程離岸30km 以上，海上光伏工程離岸200m 以上為基礎，在岸邊觀察海上風電工程和海上光伏工程時，風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。

針對海上風電工程，可采取塔身設計、顏色選擇、葉片形狀等多個方面的優化措施，以減少風機的視覺沖擊;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性的區域，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。隨著越來越多的風電場開始運營，越來越多的人體驗到海上風電場的視覺影響，如果體驗到的影響與最初感知到的視覺干擾不同，公眾的積極態度可能會改變，已有研究表明公眾對遠離海岸的海上風電場的視覺影響有更積極的看法[15]。此外海上光伏產業可通過降低光伏應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]。

制定海上風電和光伏對景觀視覺質量影響評價體系能夠更好地平衡可再生能源發展和環境保護之間的關系，最大限度地減少景觀視覺沖擊，為公眾創造美麗宜居的環境。

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