台山紫罗山风电场工程水土流失特征及水土保持设计

【摘要】风力发电作为一种清洁、可再生能源，正在我国被大力推广。广东省在1989年即进行风能资源普查，陆上风电可装机容量约1700万千瓦；到2015年风电装机容量达到350万千瓦，仍有大量风电工程需要投入建设。风电场大力发展的同时，其建设过程中也不可避免的扰动土地、破坏植被，造成严重的水土流失。本文以台山紫罗山风电场为例，针对施工扰动及水土流失特征进行水土保持措施设计，希望对同类工程的水土流失防治起到一定的帮助。

【关键词】风电场工程；水土流失；水土保持；特征；设计

1、项目及项目区自然概况

1.1 项目概况

项目位于广东省台山市北陡镇中部的紫罗山～南山头一带，地处北纬21°48′01″～21°52′10″、东经112°21′5″～112°24′44″之间。场址范围東西长5.5km，南北宽3.0km；总装机容量49.5MW，安装33台单机容量为1500kW的风力发电机组。风电场采用二级升压方式，场内集电线路采用35kV架空线接至110kV升压站，之后以1回110kV架空线路接入110kV狮山变电站（输电线路另外立项建设）。风电场年上网电量为108046万kW·h，全年满发小时数为2182.7h。按照项目组成可分为风电机组工程、道路工程、集电线路、升压站、施工临建区以及弃土场共6部分。

1.2 项目区自然概况

项目区由中山地貌、河谷及滨海平原地貌组成，地势西高东低；气候属亚热带季风海洋性气候，年平均气温为21.8℃，年平均降雨量为1936mm，4～9月为雨季。土壤以红壤、赤红壤为主；地带性植被为亚热带常绿阔叶林，植被覆盖率在70%以上。测风塔70m测层以S～SSW及E主导风能风向，其次为E及N方向。项目区植被良好，水土流失类型属南方红壤丘陵区水力侵蚀范畴，以面蚀为主，在部分低山矮丘上兼有沟蚀，自然侵蚀强度轻微，水土流失容许值500t/km2.a。

2、分区水土流失特征分析

2.1 水力侵蚀特征分析

（1）风电机组工程：机组位于山顶或山脊，挖方边坡上游汇水面积较少，侵蚀外营力为降雨。在挖方边坡的中上部以雨滴击溅侵蚀为主；下部随着坡面产流的增加，出现面蚀和细沟侵蚀，侵蚀强度主要在中度～强烈。平台填方边坡易受到来自挖方边坡、平台的水流冲刷以及雨滴的击溅，逐步由细沟侵蚀演变为浅沟侵蚀，严重者导致边坡坍塌，侵蚀强度往往达到强烈。

（2）道路工程：路基挖方就地堆放，少部分全挖路段则就近选择山沟堆放弃土。挖方边坡平整、密实，具备较强抗蚀性，但同时径流系数大、产流快，主要受坡顶外围地表水冲刷产生细沟侵蚀。填方边坡结构较松散，产生雨滴击溅侵蚀、面蚀以及细沟侵蚀；局部边坡易于受到路基上方山坡汇水以及沿道路汇集的大股水流冲刷而产生浅沟侵蚀，侵蚀强度在强烈以上。

（3）集电线路：对地表的扰动主要表现在塔基基础开挖。土方堆放高度在1m内，结构松散，以雨滴击溅侵蚀和细沟侵蚀为主，侵蚀强度主要在中度。

（4）110kV升压站：升压站地势较为平坦，场地平整期间移挖做填，边坡成型后喷播植草恢复植被；站内空地亦能及时铺草皮绿化，区内空地裸露时间短，土壤侵蚀强度可控制在中度。

（5）施工临建工程：该区地势平坦，简单的场地平整即可，水土流失轻微。

（6）弃土场：弃土场三面环山，坡面汇水为土壤侵蚀的主要外营力，水流冲刷处可产生较大冲沟，其它区域以面蚀和细沟侵蚀为主，侵蚀强度可达强烈以上。

2.2 风力侵蚀特征分析

场址近地面风速为4.0m/s。每个机组都垂直于盛行风向。干燥的冬季，裸露的松散面极易遭受风力侵蚀。根据张志芬等人采用标桩法对内蒙古通辽珠日河风电场的风力侵蚀监测，土料堆放区风力侵蚀模数为7327t/km2.a，基础施工周边为6720 t/km2.a，路基两侧6393 t/km2.a，项目周边空地1540 t/km2.a，施工扰动区域侵蚀强度均达到强烈。扰动区域侵蚀强度较背景值增加4～5倍。内蒙古通辽市年平均气温0-6℃，降水量350-400mm，风速3-4.4m/s，属半干旱区。强劲的风力、干旱的气候是造成珠日河风电场强烈风力侵蚀的主要原因。本次研究的台山紫罗山风电场地处湿润区，年平均气温21.8℃，降雨量为1936mm，降雨对风力侵蚀的气候因子指数具有较大的反相关性，对风力侵蚀强度具有较大的影响，但也限于春、夏、秋降雨多的季节，在气候相对干燥的冬季风力侵蚀强度也将达到中度，不容忽视扰动区干燥、松散的裸露地表的风力侵蚀。

3、水土流失防治措施设计

3.1 管理措施

（1）建设单位加强管理，督促施工单位严格按照水土保持方案实施各项水土保持措施，确保水土保持措施与主体工程同时建设、同时验收。

（2）施工单位作为水土流失防治的主体，其参与程度决定了防治水土流失的成败：主要表现在指定专人负责水土保持工作、建立施工台账以及加强宣传教育等3方面。专人负责可以快速对接监督监测以及落实防治措施和整改意见；建立施工台账，既利于施工单位自身控制施工范围、明确防治责任，也便于后续水土保持专项验收；加强宣传教育则可以提高施工人员的水土保持意识，起到预防和保护水土保持设施的作用。

（3）水土保持监测单位需定期进场开展监测工作，重点监测施工期扰动面积、水土保持设施是否及时实施、施工期水土流失危害等。针对施工期发生的诸如扰动面积随意扩大、弃土场位置变更或增加、水土保持措施延后实施或落实不到位等问题须及时向建设单位及水行政主管部门反应，便于尽早纠正施工单位的不当行为，有利于水土流失的防治。

3.2 风电机组工程区

风电机组工程区水土流失防治的重点为平台填筑边坡和山体开挖边坡的植被恢复。

（1）工程措施：针对山坡陡峻的区域，在坡脚位置修建浆砌石矮脚墙，坡面采用浆砌石框架植草护坡。山体开挖前，汇水面积较大的区域设置截水沟，减弱侵蚀营力；截水沟需连接至平台排水沟，不得随意截止于下游山坡。施工平台尽量保持内倾2%，便于控制平台汇水，配合平台内的排水沟快速排除雨水，避免冲刷填方边坡。排水沟末端设置沉沙池，之后接至道路边沟。

（2）植物措施：边坡成型后及时恢复植被。挖方边坡可采用浆砌石框架植草或三维网植草；填方边坡可采用植草或喷播植草，并按照株行距3m×3m栽植兼顾景观效果的灌木，如野牡丹、勒杜鹃等。待风机安装完毕进行全面整地，撒播草灌或铺草皮恢复植被；草灌种子比例为2：1。

（3）临时措施：平台挖填前剥离肥沃的表层土壤，作为后期平台绿化覆土。表土临时堆放在平台一角，采用彩条布或苫布覆盖，防止雨水冲刷和风蚀。平台填筑前，在下游坡脚处设置编织袋土挡墙，防止山体挖填期间土方滚落扩大扰动范围。采用喷播植草的坡面或无法及时恢复植被的坡面应覆盖无纺布，可以起到坡面保湿利于植物成活以及防止风蚀。

3.3 道路工程

道路主要为盘山路，容易汇集山坡雨水，防治重点为雨水疏导、路基边坡的植被恢复。

（1）工程措施：针对汇水面积较大的区域，在挖方边坡外缘设置截水沟；道路保持内倾，内侧设置边沟，浆砌石衬砌；施工期含沙量大，可每隔200m设置沉沙池。道路边沟可就近接入天然水系，不得随意截止于山沟或山坡。工程后期，路面采用混凝土硬化作为检修道路。

（2）植物措施：路基分段施工，开挖前剥离的表土可以直接平铺于已填筑好的路堤边坡，改善立地条件。路基成型后及时对边坡进行植被恢复。挖方边坡土质坚硬、坡陡，可采用喷播植草快速恢复植被；填方边坡较为松散，立地条件较好，可采用植草+灌木恢复植被；路肩按株距3m栽植行道树，树种可选用当地适生的大叶相思、凤凰木、桉树等。

3.4 集电线路工程

集电线路采用架空方式，零星点状扰动地面，程度较轻。防治重点为塔基余土的植被恢复。

（1）植物措施：铁塔架设完毕，及时对堆土区进行整地，撒播草灌恢复植被。

（2）临时措施：塔基基础开挖的土方就近抛于基坑四周，形成高约1.5m的土堆，在汛期可对堆土进行苫盖，防止雨水冲刷流失。

3.5 110kV升压站

（1）工程措施：挖方坡顶设截水沟，接至站外排水沟。站内沿道路布置排水暗管。站址南侧填土坡脚布置站外排水沟，连接山体截水沟和站内排水暗管，最终接至天然水沟前设沉沙池。

（2）植物措施：挖方和填方边坡采取喷播植草防护，站内空地铺草皮绿化。

3.6 施工临建区

（1）植物措施：场地平整后沿四周栽植1～2排速生乔木，当年可长成绿篱，起到降风抑尘以及遮蔽的作用。工程后期清理建筑渣土，土地整治后采取乔木+草灌恢复植被。

（2）临时措施：场平后在场内布置环形排水沟，末端设沉沙池，最终接入附近天然水沟。

3.7 弃土场

（1）工程措施：遵循“先拦后弃”的原则，堆土前在出口设置浆砌石挡土墙；其次在周边开挖截水沟，拦截外围地表水，减弱侵蚀外营力；截水沟出口设置沉沙池，最终接入天然水沟。

（2）植物措施：对堆土面进行土地整治，保持内倾5%的坡度，防止雨水冲刷松散的堆土边坡以及增加雨水入渗。整地后采取乔木+草灌恢复植被，撒播草灌后覆盖无纺布；乔木选用当地适生的乡土树种，株行距为2.5m×2.5m。堆土边坡采用挖穴客土的方式栽植1～2年生带土球树种；按株距0.5m、行距1m栽植草本，可选用香根草。

4、结语

风电机组呈点状零散分布于山顶和山脊，机组施工平台开挖及填筑对地表扰动剧烈，施工期伴随水力和风力侵蚀；道路呈线型分布于山坡和山脊，路基開挖及填筑产生大量挖方和填方边坡，极易受上游山坡汇水冲刷而造成严重水土流失。本文在分析各施工工区的水土流失特征基础上，针对侵蚀外营力设计截水沟及排水沟，拦截、疏导地面雨水，极大的减弱侵蚀强度；针对施工产生的裸露迹地，采取乔木+草灌结合方式恢复植被，从根本上防治水土流失水土流失。希望能对同类型风电场工程的水土流失防治起到一定的参考价值。

参考文献：

[1] 张志芬，娜仁图雅. 标桩法在开发建设项目风力侵蚀监测中的应用——以华能通辽珠日河风电场工程为例[J]. 内蒙古水利，2009，（6）：96.

[2] 王志刚，罗萍. 广东省河口至平台（粤桂界）高速公路水土流失特征与防治措施[J]. 亚热带水土保持，2015，27（2）：50.

作者简介：罗萍（1985-），女，江西赣州人，水土保持工程师，学士学位。主要从事开发建设项目水土保持规划设计工作。