黑龙江省风电工程水土流失防治技术探讨

艾晓燕

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,黑龙江哈尔滨 150080)

黑龙江省风电工程水土流失防治技术探讨

艾晓燕

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,黑龙江哈尔滨 150080)

水土流失;防治技术;植被恢复;风电工程;黑龙江

黑龙江省已运行、在建和处于立项阶段的风电工程项目以山丘区、西部松嫩平原区居多,河谷区也有分布。根据不同区域风电场的自然背景及工程建设特点,结合风电工程水土保持方案编制和技术评审实践,探讨了如何有效防治水土流失和进行生态修复。

风能资源是一种可再生的绿色能源,风电开发建设备受国际社会关注和各国政府的支持。黑龙江省位于“三北”风能资源丰富区内,风力资源开发潜力很大。据悉,黑龙江省 50 m高风能资源潜力约为 10.2亿 k W,技术可开发量 2.3亿 k W。截至目前,黑龙江全省已建成风电场 15座,总装机容量 896 MW;正在建设的 7座,总装机容量 495 MW;处于立项阶段的风电项目约有 100个,以山丘区、西部松嫩平原区居多,河谷区也有分布。预计到 2015年和 2020年,黑龙江省风力发电装机容量将分别达到 6 000 MW和 10 000 MW。也就是说未来 5年黑龙江省风能资源储备区将全面铺开风电工程建设,届时扰动面积之大、程度之高、产生的水土流失影响及对生态环境的破坏之重都是不容忽视的。因此,掌握风电工程建设水土流失特点、做好水土流失防治工作是建设生态友好型项目的重要保障。

1 风电工程基本情况介绍

风电工程一般由风电机组区、升压站区、集电线路区(送出线路由电网公司建设)、风电场道路区、临时生产生活区 5部分组成。目前黑龙江省已运行、在建及处于立项阶段的风电工程,单机规模有 750、850、900 、1 300、1 500和 2 000 k W等,均采用“一机一变”的单元接线方式,风机出口电压为 690 V,通过1 000 V低压电缆接至 35 k V(10 k V)箱式变电站低压侧,再通过场内集电线路(山丘区多采用地埋、平原区多采用架空)接入220k V(或 110、66 k V)升压站的低压母线,最后通过送出线路并入电网。

2 风电工程建设水土流失防治措施

就黑龙江省风电工程拟建区的自然条件及项目建设特点,其水土流失防治应遵循以下原则:①风电工程挖余土石方虽然最终用于回填和风电场内道路填垫,但因存在施工时序的衔接问题,有一部分土石方需要临时堆放,所以土石方的拦挡防护是控制施工期间水土流失的关键。②表层腐殖土需要收集和集中保护,为扰动区植被重建、绿化美化提供土源。另外,应对风沙区和盐渍化区地表植被的保护有足够的重视。③剥离的表土及临时土石方应该堆放在征占地范围内,或者说工程用地应该考虑临时堆土用地。堆放形式依各单项工程特点以不影响施工作业而定,一般点式工程将临时堆土用地规划在施工空地或场地一角,线性工程应该考虑便于复用而沿途选择平缓地堆放,以便于管理和防护。④山丘区地形坡度大,施工期间的截流、排导措施对减轻扰动区、开挖及堆垫面的冲刷尤为重要。⑤对扰动区、开挖和堆垫边坡进行土地整治是保土防蚀、植被景观重建的重要环节。⑥项目区植被重建是项目区生态环境得到最大限度维护的体现,也是水土流失防治的主要目标之一。⑦基于防洪要求,平原区风电工程涉及外借土石方,自采取料场选址尽量避开农田区。⑧升压站区应按照园林设计标准进行景观设计。

2.1 山丘区风电工程建设水土流失防治措施

山丘区风电场建址区地势高、地形起伏大,基岩上覆风化碎石土较厚,表层腐殖土较薄,植被以次生的阔叶杂木林为主。从调查资料看,山丘区的植被覆盖普遍较好,现状水土流失程度较轻;地表扰动后,植被及土壤结构遭到破坏,施工迹面水土流失严重。以下针对山丘区风电工程建设特点,分析如何布置水土保持措施。

2.1.1 表土保护及收集措施

山丘、岗地风电场区场地挖填扰动程度高,工程征占地几乎全部被扰动,山丘区土壤类型以暗棕壤为主,表层腐殖土较薄,应全面进行表土的收集和保护。根据已建工程实施情况,人工配合机械收集表土可行。

2.1.2 临时土石方拦挡防护措施

(1)将风电机组区和升压站区剥离的表土与挖方分开堆放,采用编织袋填土石料砌筑拦挡围栏,既能挡水又能拦土,拦挡围栏断面形式和尺寸可根据堆土高度和地形情况确定,也可利用采伐的树木设置挡渣屏障。

(2)集电线路区一般沿道路或在林地中地埋敷设管道,施工工期较短。因此,做好施工管理和施工期安排是控制水土流失的关键。要尽量避开雨季施工,开挖土方沿管沟一侧堆放,并布设苫盖措施。

(3)风电场道路区。路基成型后,临时土方主要是剥离的表土,一般选择在道路一侧或两侧缓坡地带平铺保存,注意控制铺土厚度以不影响道路通行为好。因地形坡度较大,为防止雨水冲蚀表土,需在铺土带两侧设置挡土屏障,可采用单层土袋齐边缘砌护。

2.1.3 截、排水措施

(1)升压站区若受外水影响(坡水、周边汇水),则可在其围墙外侧布置截水设施,收集外水连同站内排水,通过顺接工程消能后安全排出。该区内排水应将永久、临时措施结合,既减少扰动又减少工程量和投资。

(2)风电场道路路基排水应根据地形地势、路基类型布置。风电场道路一般是沿地形等高线或沿山脊布线,所以路基类型以半填半挖居多,其中:一侧挖另侧填的路基,挖方一侧截、排水设施应该永久、临时结合布置,并做好消能措施;中间挖两侧填的路段及爬坡路段,可根据线路纵坡大小布设排水设施,平缓的路段可不设排水沟。

(3)各单项工程的施工场地,在场地平整时应考虑排水要求,以能有组织地将内水排出区外为宜。风电机组区地势高,施工阶段基本不受外水干扰;临时施工区及个别风机组区依地势情况(如坡地),按照水土保持要求,应该考虑设置外水拦截措施。

2.1.4 施工裸地、开挖和堆垫边坡整治及防护措施

(1)施工裸地包括临时施工场地、吊装场地、集电线路及道路等临时用地。临时设施拆除后,应该全面进行场地清理,清除硬化的混凝土、泥结石及砖块瓦砾,整地覆土。

(2)堆垫边坡主要包括道路边坡、升压站填方边坡等,开挖边坡有路堑边坡、升压站开挖边坡和部分风机开挖边坡。从同类工程现场调查情况,堆垫边坡一般是根据填方料的力学指标要求,按稳定边坡比进行放坡。升压站四周挖填方边坡、站内阶梯边坡均应设置挡墙及边坡防护。风电场道路局部路段为了压缩占地而设计陡坡路基,水土保持要求对高填陡坡路基设置挡墙以加固路基,并根据边坡岩性、坡长等特征,实施护坡措施。路基填土高度较小的边坡采用植物护坡,较大的采用综合护坡(下部工程护坡,上部植物护坡),地质灾害易发地段采用工程护坡。风电场道路开挖边坡较多,从同类工程现场调查情况看,道路开挖边坡基本未实施防护措施,要从水土保持角度强化这方面的设计和要求。

虽然山体上覆较厚的风化碎石土,但是其有机质含量极低,而且部分开挖面基岩出露,依靠生态的自我修复能力恢复植被会十分缓慢或难以恢复,而且扰动后的碎石土结构比较松散,容易造成滑坡、崩塌等灾害。因此,应根据工程区的建设条件,首先对坡体、坡面进行整治,创造良好的植被生长环境[1],为植被重建、生态恢复奠定基础。

开挖边坡中,对于基底岩石(土)比较稳定、坡长较小的坡面,可采用直线削坡,配合鱼鳞坑进行整治;对于坡长较大的坡面,采取折线削坡,上坡削缓,向下收坡并护砌,配合鱼鳞坑整治坡面,以达到边坡稳定的目的;石质坡面基于少破坏的原则,采取阶梯形削坡以缩短坡距,台阶面要做成向内倾斜或在台阶根部开出小基槽,以利于蓄水保土;对于基底岩层不太稳定的坡面,除采取上述措施稳定边坡外,尚需考虑在坡脚设置挡墙进行防护。

整治后的边坡以综合护坡为主。坡脚部位、石质坡面采用骨架护坡,同时设置流水带,以解决坡面排水问题。对于稳定的陡立或凸起的岩石坡体,采取喷锚挂网的方式美化,开凿种植槽、种植穴等,为攀缘植物的生长创造环境。具体布置形式可根据岩石坡体具体情况而定,高度、面积不大的坡体,可上、下分割区块喷锚挂网,并在坡体上部和下部建造种植基槽;高度、面积均较大的坡体可分上、中、下分割区块喷锚挂网,同时在中部岩壁上开凿种植穴、鱼鳞坑等。

2.1.5 绿化美化与植被重建措施

基于施工面的土地整治、坡面坡体整治,本着适地适树(草)的原则,进行乔、灌、草立体配置,做好项目区的植被重建工作。利用草本植物生长快、能迅速覆盖地面的特点,控制地表侵蚀;结合树木生态效益、经济效益的长久性,有效防治水土流失。

高陡边坡和岩石坡体因其生态环境脆弱,植被重建后需要实施一定的管养措施。

(1)绿化美化措施。升压站区不仅是风电场运行的主要功能区,还是风电场技术和管理中心,所以风电场区绿化美化的重点在升压站区。基于该区安全要求,不宜栽植高大的树木,应以建造草坪、花坛,栽植灌木为主进行绿化。

(2)植被重建措施。①施工裸地植被重建。风电场道路施工用地、吊装场地、集电线路区的临时用地经整地覆土后立地条件较好,植被恢复不得降低标准;可以选择适生、经济价值较高的优良品种进行造林,林下种草增加草本植物速效保土效应。②开挖边坡植被建设。开挖边坡可视性显著,所以植被建设还应考虑景观要求。土质边坡采取植树、种草综合护坡,树种注重树形美观、乔灌结合配置;高陡边坡经过梯台整治后,阶面及基槽覆土并种草固土,减轻土壤流失,阶面根据覆土厚度栽植侧根发达、耐贫瘠的树种,基槽栽植攀缘植物。石质坡面镶嵌或铺装预制骨架,空隙覆土后植草防护。③高陡裸岩坡体植被建设。根据喷锚挂网布置以及种植槽、鱼鳞坑、岩石穴坑规格,结合生长环境的承载量,栽植、种植攀缘植物,苗木宜用当地的藤本植物,木本、草本相结合。④堆垫边坡植被建设。堆垫边坡植被建设属于生态环境的重塑,主要体现在风电场道路区。堆垫边坡植被建设的意义在于既保持水土又维护工程安全,所以边坡植被建设采用植树、种草立体式。树种选用根系发达、生长快的适生品种,乔、灌配置,并加大栽植密度;林下种草,选用喜阴的草种,增加固土防蚀效应。

2.2 平原区风电工程建设水土流失防治措施

黑龙江省西部风能资源储备区属于松嫩平原,为羊草草原植被,其中:南部区域土壤偏盐碱,植被覆盖较好,现状水土流失程度较轻;西部区域风沙较大,植被覆盖率较低,现状水土流失较为严重。在该区域风电工程建设中,土石料开采、建筑物基础开挖及填筑活动是产生水土流失的主要工序。

2.2.1 表土保护及收集措施

(1)西部风能资源储备区土壤类型以风沙土和盐碱土为主,多年平均降水量小于 450 m m,生态环境相对比较脆弱,施工迹地植被恢复比较缓慢,容易造成植被退化。因此,施工中要尽量减少对地表植被、土壤的扰动和损坏。

施工场地、施工营地硬化要尽量采用砖、石干砌堆垫形式,减少因混凝土灌筑地面而对地表植被层的破坏;临时用地尽量减少扰动地表、破坏植被层。

(2)对风电机组区、输电线路塔基、场内施工道路的永久占地的扰动区、硬化场地区进行表土剥离,剥离厚度视土壤层厚度而定;取料场开采前要进行表土剥离,对土壤有一定污染的施工场地也要进行表土剥离,并做好地面防护及污水收集处置措施。

2.2.2 表土及临时土石方拦挡防护措施

(1)将风电机组和升压站区表土与土石方分开堆放,并采用密目网、苫布等覆盖土体表面,起到防风防蚀的作用。

(2)平原区风电工程集电线路采用架空敷设,塔基区动用土石方量较小,工期很短,需将表土及挖方分开堆放,并布设苫盖措施。

(3)风电场道路区临时土方主要是剥离的表土,平铺在道路两侧临时用地内,稍作压实即可。

(4)将取料场剥离的表土集中堆放保存,并采用密目网苫盖、土袋固脚。

2.2.3 截、排水措施

(1)平原区风电场道路多为填方路基,在盐碱土比重大的区域,道路两侧应该考虑设置梯形土质排水沟;在风沙土比重大的区域,降雨基本不产流,路基两侧可不设排水沟。

(2)各单项工程需要硬化的施工场地要考虑排水要求,以满足内水能够有组织排出区外为宜;部分风电机组施工涉及低洼积水地,需设置围堰和排水设施;在取料期间应做好料场四周的临时截、排水措施,防治水土流失。

(3)平原区升压站本身有防洪要求,主体设计时要考虑外洪内涝影响,升压站内排水工程一般由排水明沟、排水管道及集水井组成。要做好站区内水外排的顺接工程,防止对承泄区冲刷。

2.2.4 施工裸地、开挖和堆垫边坡整治及防护措施

(1)应对施工裸地进行全面场地清理,清除硬化的混凝土、泥结石及砖块瓦砾。板结的土地需要松土;回填的松方压实后回填腐殖土;压占的草地一般不采取全面整地,尽量不要破坏地表植被层。

(2)堆垫边坡主要包括道路边坡、升压站及风电机组区填方边坡等,开挖边坡主要是取料场边坡。①升压站、风机组区四周填方边坡采用浆砌石护坡或结合挡墙防护。②风电场道路路基低矮,一般不采取工程防护措施。③取料场开挖边坡挖深较浅,采用直线削坡、整理边界;挖深较大的坡面采取阶梯形削坡,坡面向内倾斜。

2.2.5 绿化美化、植被重建措施

(1)绿化美化措施。平原区升压站的绿化原则与山丘区相同,基于安全考虑,不栽植高大的树木,以建造草坪或花坛、栽植灌木为主进行绿化。西部盐碱区需要外购腐殖土,以改良土壤;绿化树草种应该有一定的耐盐碱特性。

(2)植被重建措施。施工用地土地功能的恢复,表土复用及全面整地是关键环节。用地类型多为草地,也有少数耕地和农田防护林,临时用地恢复原地类,恢复标准不应降低;植被恢复要优选当地耐盐碱、耐贫瘠的先锋植物品种,道路两侧可选择适生的树种布置行道树。

取料场原地类多为草地,所以在开采迹地种草恢复植被,坡面采用当地的先锋草种,底面撒播耐水湿的草种。

3 几点建议

(1)从调查情况看,平原区风电工程施工迹地的植被重建效果比较好,基本恢复到背景生态状况;山丘区风电工程施工迹地中,施工平面区植被恢复效果比较好,但是堆垫坡面、开挖面基本未实施植物措施,尤其是道路建设开挖山体形成的高低、陡缓不一的边坡,没有得到整治和植被重建。笔者以为,对于人为破坏后的施工迹地、高陡坡面坡体,再造良好的植被生存环境是生态恢复的关键所在。

(2)目前,风电项目前期设计文件缺少风电场截排水设计的内容,场内、外道路设计也没有成型的技术文件,制约了水土保持设计文件编制。风电场道路区恰是植被破坏最严重、水土流失显著的区域,场内截排水也是水土保持关注的重点。因此,建设单位要按照水土保持相关要求,及时委托有资质的单位,做好风电场道路专门设计,完善主设土建工程设计,为建设项目水土流失防治奠定基础。

(3)风电场项目前期设计文件中,各单项工程永久占地比较明确,但是临时用地不确定或者用地数量估列不够,满足不了工程建设和施工要求,施工阶段将会造成超范围的扰动和水土流失问题。建议主体设计单位细化这部分用地设计,山丘区集电线路尽可能采用地埋方式,减少对植被的破坏,降低工程征地数量。

(4)平原、河谷区有些风电场需要填方,因项目区取料困难,前期设计文件中填方料一般都规划为外购。建设单位要本着对社会、环境负责的态度,落实好外购填筑料的取向。确实需要自采料的,要担负起取料场的水土流失防治及生态恢复责任。

[1]金章利,刘高鹏,许文年,等.黄石黄荆山北麓胡家湾采石场生态修复设计[J].中国水土保持,2010(5):61-62.

S 157.2

C

1000-0941(2010)12-0016-03

艾晓燕(1962-),女,黑龙江桦南县人,高级工程师,主要从事水土保持规划、设计工作。

2010-09-15

(责任编辑 孙占锋)