四川攀西山区光伏电站建设期水土流失特点及防治措施简析

尹武君，杨绍凤，杨建霞，杨晓瑞

(1.四川电力设计咨询有限责任公司，成都 610041；2.四川农业大学林学院，成都 611130)

· 生态环境 ·

四川攀西山区光伏电站建设期水土流失特点及防治措施简析

尹武君1，杨绍凤2，杨建霞1，杨晓瑞1

(1.四川电力设计咨询有限责任公司，成都 610041；2.四川农业大学林学院，成都 611130)

分析会东县小龙潭30MWp光伏电站工程的建设特点和建设期主要水土流失特点，据此介绍了工程建设过程中和施工结束后水土流失防治措施的设计和布置，期望以此能为类似地区光伏电站工程水土保持工作提供一定的参考和借鉴。

太阳能；光伏电站；扰动；水土流失防治措施

太阳能是一种可再生的清洁能源，为应对全球化石燃料加速枯竭的能源危机和日益高涨的能源需求，各国正大力推动可再生能源快速发展，改变能源消费结构，可再生能源将逐渐替代常规化石燃料能源[1]，因此光伏发电近几年在我国得到了迅速的发展。攀西地区各地常年日照时数为1 200～2 700h，绝大部分地区超过2 000h，日照时数较四川盆地区多1 000h左右，为全省日照时数高值区之一，太阳能资源丰富程度为资源很丰富，具有较好的太阳能资源开发条件[2]。

攀西地区地形以山地为主，地形坡度较大，兴建光伏电站将不可避免地会改变项目区原有地形、地貌，破坏植被，造成水土流失，从而降低项目区保持水土的能力；尤其施工过程中升压站、配电室、电缆沟和检修道路等设施的基础开挖将会产生裸露的开挖面和填筑面，在降雨、风力、重力等外营力作用下，容易产生水土流失，影响工程周边的环境，必须采取系列水土保持措施加以防治[3～6]。

本文以凉山州会东县小龙潭30MWp光伏电站项目为例，结合项目建设特点、项目区自然环境，对山区光伏电站建设过程中水土流失特点、防治措施设计及效果进行简要分析，可为同类地区相似项目水土保持措施设计工作提供参考。

1 项目区及项目概况

1.1 项目区概况

凉山州会东县小龙潭30MWp光伏电站工程位于会东县城东南约11km，海坝乡和鲁南乡交界处，达拉寨亢家村附近，场址中心坐标：东经102°40′23.70″，北纬26°35′10.50″。

项目所在地属川西高原南缘与云贵高原北侧两大地貌单元的交接地带，海拔2 450m～2 850m，以中山地形为主，地形坡度主要在10°～20°之间，场址内无重大工程地质问题，抗震设防烈度为Ⅶ度。气候类型属中亚热带季风型气候，气候温和，雨热同季，日照充足，无霜期长，具有山地立体气候特色。多年平均气温16.2℃，日照年平均2 332.7h，无霜期年平均为262天，平均年降水量1 066.4mm。电站占地区内土壤类型主要为山地棕壤和草甸土，植被类型主要为禾本科草种，现有林草覆盖率约40%～50%。项目所在地位于西南土石山区，属于国家级水土流失重点治理区中的金沙江下游治理区，水土流失类以水力侵蚀为主，平均土壤侵蚀模数背景值为2 784t/km2·a，土壤侵蚀强度表现为中度[7]。

1.2 项目概况

本项目总装机规模30MWp，建成后，年发电量4 158.6万kW·h。根据本工程及远期工程装机规模及接入系统条件，建设一座35kV升压站，采用一回35kV出线接入会东220kV变电站35kV侧，最后进入四川省电网。

本项目由电池方阵区、控制管理区、集电线路区、交通设施区及站用电源线路区组成，总占地面积71.80hm2，永久占地71.57hm2，临时占地0.23hm2，占地类型为草地。工程建设期土石方开挖总量4.06万m3(包括剥离表土0.52万m3)，回填利用土石方3.54万m3，绿化覆土利用剥离表土0.52万m3，挖填平衡[7]。

2 光伏电站建设特点及建设中的主要水土保持问题

2.1 建设特点

2.1.1 建设周期短

光伏电站施工工期较短，多在6～12个月，各分项工程严格遵循准备工作——实施——检测合格——转入下道工序的原则。据此，光伏阵列工程、升压站工程、施工生产生活区、集电线路工程和道路工程开挖土石方经过调运，用于光伏板支架基础、构建筑基础回填、路基填筑。从施工时序上分析，可做到随挖随填、缩短挖填间隔时间。

2.1.2 施工方法及工艺流程简单

常规山地光伏电站主体工程施工主要包括：光伏阵列支架基础、升压站的控制楼和生活楼施工、电缆沟施工和道路施工等。

光伏阵列支架采用微型钻孔灌注钢管桩作腿脚基础，施工时不需要大的开挖进行基础安装，对地表扰动较小。

升压站的控制楼、生活楼土建施工可能产生水土流失的环节主要在场地平整和基础开挖施工过程中，基础土方开挖采取0.3～0.5m3液压挖掘机开挖，74kW推土机配合集渣，并辅以人工掏挖，修正边坡的方式进行开挖，渣料就地用作场地平整。根据工程施工项目特性，采用机械施工为主，缩短了施工作业周期，减少了地表裸露时间。

集电线路电缆沟基础土方开挖以人工掏挖，修正边坡的方式进行开挖。根据工程施工项目特性，人工为主，减少了地表扰动范围。

施工道路施工前先做场地清理，用推土机将高处土方就近推至低处，推土机推平后，辅以人工平整。路面平整后进行压实，在压实的中基上铺撒颗粒均匀、厚度一致的碎石，其上再铺一层土，经压路机反复碾压后即可使用。主体工程采用的施工工艺和技术成熟，适合工程区的施工特点，减少了施工占地和影响范围。

2.1.3 施工布置紧凑

(1)施工生产生活设施布置

施工生产生活设施根据工程地形及施工特点集中布设，在电池方阵一区东部升压站周围交通方便且地势较为平坦的区域布置生活区、综合仓库和施工机械停放场等设施；综合加工系统位于升压站西侧，用于加工主体工程钢筋及前期临建工程所需钢筋、木材；施工期供电由附近10kV线路接入；施工机械修配、保养则充分利用地方修配力量解决。

(2)施工交通布置

项目施工交通由对外交通和场内交通组成：电站场址附近有会东-海坝-鲁南-鲁南乡道，对外交通较方便；场内交通包括进站道路至控制楼、生产楼之间的混凝土道路和施工场地至各电池方阵组间的混凝土道路和人行便道。

(3)剥离草皮及表土临时堆放场布置

为了保存项目所在区域原始生态植被能力，施工之前进行草皮、表层腐殖土的剥离。鉴于光伏电站工程建设的实际情况，交通设施、集电线路施工期较短(采用逐段施工)，可采取剥离草皮回铺的方式恢复植被，剥离草皮就近平摊或叠置堆放在本区域沿线闲置区域，施工完成一段，草皮回铺一段，尽量减少草皮养护时间；控制管理区、施工生产生活区施工期相对较长(约6～12月)，草皮存活难度较大，拟采用施工前剥离表土堆存并临时防护，施工结束后回覆表土，撒播草籽的方式恢复迹地。

2.2 光伏电站建设中的主要水土保持问题

2.2.1 地表扰动面积大，不同分区扰动程度、特点差异大

根据光伏电站建设特点：地表扰动范围最大的电池方阵区采用钢螺旋桩基础架设的方式，无需进行土石方大量的开挖，基本不会对原土地生产力造成破坏，但其占地面积较大，因此施工期水土流失量不容忽视；交通设施区，扰动地表面积较大，土石方挖填量较大，故在施工期造成水土流失量较大；集电线路区、控制管理区及施工生产生活区在施工中占地面积虽较小，但都需大量的土石开挖活动，对地表局部扰动相对较大，施工期水土流失量也较大。

通过对项目水土流失的影响分析及水土流失量预测，控制管理区、电池方阵区、集电线路区、施工生产生活区、交通设施区以及站用电源引接线路区新增预测水土流失量分别占新增水土流失总量的1.59%、67.30%、6.56%、1.79%、22.78%、0.01%[7]。

针对项目不同区域地表扰动面积和扰动程度的不同，在水土流失防治措施布设时，应因地制宜、因害设防、总体设计、全面布局、科学配置，确定各分区的防治重点和措施配置[6]。

2.2.2 对原生植被影响大，修复难度大

本项目所在地雨水充沛，太阳能资源较为丰富，原有生态系统稳定。光伏电站的建设活动将不可避免的破坏原生植被，改变原生植被结构，进而影响原有生态系统。

电池方阵区在光伏阵列组装完成后，原有的喜阳草种的生长必定会受到抑制，当这些区域植被覆盖率降低后，极易造成水土流失。交通设施区、集电线路区和控制管理区在施工中，土石方开挖量大，地表植被将遭到严重破坏，由于后期地表硬化和表土的流失，部分区域的植被将被永久破坏。

由于项目所在地海拔相对较高，土壤较为贫瘠，表层土壤厚度较薄，厚度约10cm～30cm，部分区域草甸也较薄[6]，一旦在施工过程中被破坏，将很难修复。

2.2.3 建设周期短，水土流失较为集中

本光伏电站的建设周期为8个月，其中土建工期为5个月，水土流失主要集中在施工期升压站的控制楼、生活楼等相关附属建筑基础开挖、道路路基和集电电缆沟槽开挖等环节。相对于其他生产建设项目，光伏电站建设周期短，土建工程施工期较为集中，有效的降低了土壤侵蚀时间，水土流失的时间也较为集中。同时，由于项目整体建设周期较短，这为草甸、表土的剥离和养护，后期表土回覆、草甸回铺等水土流失防治措施的实施提供了可行性。

3 水土流失防治措施配置

3.1 项目区水土流失防治目标

本光伏电站所在区域属金沙江下游国家级水土流失重点治理区，水土流失防治标准执行建设类项目一级标准。至设计水平年工程水土流失防治标准目标值：扰动土地整治率95%、水土流失总治理度98%、水土流失控制比1.0，拦渣率95%，林草植被恢复率99%、林草覆盖率28%[8-9]。

3.2 措施设计原则

根据光伏电站不同水土流失防治分区的特点和水土流失状况，措施配置中，以临时工程措施为主，控制施工期集中、高强度流失，并为植物措施的实施创造条件，同时以植物措施与工程措施相结合，提高水保效果、减少工程投资、改善生态环境，在保持水土的同时，兼顾美化绿化要求。

基于光伏电站建设的特点，绿化措施应以不影响主体工程运行及安全为前提，以草皮回铺和撒播草籽绿化为主。水土保持植物措施布设遵循“适地适树、适地适草”的原则，草籽选择水土保持效果良好的、喜阴的多年生草种。

3.3 主要水土流失防治措施

3.3.1 主体设计工程措施

一般根据电站场地分布情况，主体设计的工程措施主要包括浆砌石挡土墙和浆砌石排水沟，这些具有水土保持功能的措施，既保证了主体工程及边坡的稳定，又起到了一定的防治水土流失作用。

根据山区光伏电站建设的特点，主体设计的浆砌石挡土墙和浆砌石排水沟主要集中布置在箱变基础周边和控制管理区，用以防护上方挖方边坡和下方回填区的基础安全，该项工程措施的实施，能有效控制该区土体稳定，减少水土流失隐患。

同时在升压站周边、场内道路内侧布置混凝土排水沟，排水沟出口最终与场外天然排水沟相接，排水沟标准按20年一遇1h最大洪峰流量进行计算[7]。

3.3.2 新增水土流失防治措施

主体设计的工程措施可以起到一定的水土保持防治效果，但就光伏电站建设过程中水土流失的特点而言，这不足以形成一个完整的水土流失防治体系。对于光伏电站施工前的表土、草皮剥离及防护，施工过程中临时堆土防护，施工结束后土地整治、表土回覆、草皮回铺等主体都未进行设计，在后期水土保持方案设计中作为重点，予以补充和完善，形成完善的水土流失防治措施体系。

3.3.2.1 工程措施

(1)表土剥离及回覆

根据光伏电站建设特点，施工结束后需要回覆表土的区域主要是道路边坡绿化区域、电缆沟回填后区域、升压站内局部绿化区域，为防止多余表土堆放产生严重水土流失，表土剥离严格遵循“用多少，剥离多少”的原则，施工前仅对原地表土层较厚的部位进行表土剥离并集中堆放。各区施工结束后，对工程区需绿化的区域进行表土回铺，以达到迹地恢复绿化的条件。

(2)草皮剥离

考虑草甸区生态环境条件有限，原生草皮破坏后再生困难，人工种草难度大，施工前对电缆沟和施工场地开挖区域原生草皮剥离养护尤为重要。

剥离的草皮集中堆置，草皮剥离时，为避免其根系被破坏而无法利用，建议采用人工稿锹进行剥离，切块尺寸建议为长40cm×宽30cm×厚20cm(厚度可根据现场实际根系深度确定)。剥离草皮时，应连同根部土壤一并剥离，尽量保证切割边缘的平整；草皮剥离和运输过程中，要避免根部土壤脱落，要对草皮下的薄层腐殖土集中堆放，用于后期草皮回铺的覆土需要。

(3)土地整治

土地整治的主要目的是为场地内临时占地迹地恢复创造条件，土地整治的方法及要求：先将表土翻松，再进行细平工作，局部高差较大处，进行土方回填，尽量做到挖填同时进行。平整时应采取就近原则，开挖及回填时应保证表土回填前土块有足够的保水层，防止表土层底部为漏水层，并配合平整进行表层覆土。

3.3.2.2 植物措施

(1)撒播种草

为提高工程区植被覆盖率，又不影响电池组件正常运行，在植被覆盖率偏低区域采取补撒草籽的植物措施，草种选择项目区水土保持效果良好的优势草种。

撒播种草之前应先对施工区进行平整，使下部土体的保水能力达到草被植物生长的要求。播种季节以春、夏两季为宜，春播需在土壤温度稳定通过3℃以上、土壤墒情较好时进行，夏播要选在雨季来临和透雨后进行。播种翌年，对缺苗断垄处进行补播，能够防止表土冲刷即达目标。确定封禁区域周边界线，确保封禁区内草皮能自然恢复。

(2)草皮回铺

施工前进行草皮剥离的区域，在施工结束后及时回铺草皮。草皮回铺前需先平整场地，再回铺15cm～30cm厚有机土(采用剥离表土)，在有机土里掺和一些适宜所选草类生长的有机肥及化肥，并洒水使有机土层保持湿润，再回植草皮。草皮回植时，顶面要求平顺，草皮块厚度不一时，用其底下的有机土找平。草皮块与块间的缝隙用细土填塞，起到根部保湿的作用。草皮摊铺到位后，必须保证草皮的存活，并提供足够的水份和养料。每天洒水不得少于3次，在回铺初期适当施加有机肥料。

3.3.2.3 临时措施

(1)表土临时拦挡、覆盖

施工前工程区剥离的表土集中堆放场区空地内，并采用以土袋挡护，顶部覆盖防雨布的方式进行临时防护。表土最大堆放高度不超过1.5m，土袋(土袋填土为剥离的表土)临时挡墙为双层堆叠。表土表面铺盖防雨布进行临时覆盖，利用装填满表土的土袋压盖在坡脚防雨布上。表土临时堆放结束后拆除临时覆盖措施，将防雨布回收，表土用于场区内绿化覆土。

(2)临时排水沟、沉沙池

临时排水沟和沉沙池布置在升压站和在施工生产生活区周边，以拦截地表径流冲刷，减少水土流失，起到临时防护作用，施工结束后，拆除临时排水沟。临时排水沟采用梯形断面，断面尺寸为上口边0.4m、下底边0.3m、深0.3m，挖成后需拍实。同时，临时排水沟出口处设一个1.5m×1.0m×1.0m(长×宽×深)的临时沉沙池，池壁夯实。

(3)草皮临时养护

草皮堆放于临时堆土场，采用人工分层堆放，将草皮分4层铺于剥离腐殖土(表土)表面，堆放时，用腐殖土填塞缝隙。根据环境条件及时洒水养护，降雨量较少时，每周洒水1～2次，防止土壤干裂，适量满足草地植物对营养和水分的需要，见下图。

图 草皮利用施工工艺流程Fig. The construction technology and procedure of using turf

如果堆存草皮需跨冬季，应做好覆盖防冻、补水工作。

4 水土流失防治措施效果分析

4.1 水土流失防治措施实施情况分析

通过分析本工程电站水土保持设施验收技术评估报告，结合现场回访调查，在电站建设过程中，工程区水土流失防治分区科学，实际实施的水土保持措施总体布局较为合理，注重植物措施和工程措施相结合，永久措施和临时措施的结合，采取综合治理措施防治工程建设引起的水土流失。电站方案设计水土流失防治措施工程量与实际实施水土流失防治措施工程对比详见表1。

表1 水土流失防治措施设计与完成工程量对比情况Tab.1 The contrast of design and completion engineering quality about control measures for soil and water losses

从表1可知，工程建设过程中对表土剥离、表土回覆等工程措施进行了优化，布设了完善的土地整治、绿化等措施，施工过程中实施了完善的临时拦挡和遮盖、临时排水等措施。在整个建设过程中，水土保持措施体系将治理水土流失与恢复项目建设区植被相结合，统一布局各种水土保持措施，对治理和控制水土流失，改善生态环境，保证电站主体工程的安全运行起到了积极作用。

4.2 工程区不同时段水土流失量对比分析

由于光伏电站地处山区，地形坡度起伏较大，工程建设不可避免地会破坏区内植被、扰动地表，造成水土流失，合理的布设水土保持措施体系，可有效防治和控制工程建设过程中引起的水土流失。本文采用公式计算法分别对工程区水土流失背景值、建设期水土流失量和设计水平年水土流失量进行计算。水土流失量按下式计算：

式中：W——地表土壤流失量，t；

n——预测单元，1，2，3，……n；

k——预测时段，1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期，本工程将施工准备期和施工期合并预测；

Fi——第i个预测单元的面积，km2；

Mik——不同预测单元不同时段土壤侵蚀模数，t/km2·a ；

Ti——预测时段，a。

工程区域不同时段水土流失量对比情况详见表2。

表2 不同时段水土流失量对比情况Tab.2 The contrast of amount of water and soil loss at different time (t)

根据表2相关数据分析，工程建设区水土流失总量背景值为1 998.8t。在工程建设过程中，随着土石方开挖、回填等施工活动的开展，为水土流失的产生提供了物质来源，如不完善水土流失防治措施体系，建设期内可能产生的水土流失总量将达到3 168.1t，随着水土流失防治措施体系发挥效用，至设计水平年可能产生的水土流失总量将降为1 994.5t，基本达到工程建设前原地貌水平。

4.3 水土保持效果分析

工程各区域在施工过程中，以设计的水土流失防治措施体系为基础，采取了适宜的水土保持措施，并对部分措施进行了优化，有效地控制了因工程建设造成的水土流失，而且也保证了工程的安全运行。本文根据实际调查的水土保持措施实施工程量，分析计算了水土流失防治措施效果，以此说明完善的水土流失防治措施体系能够有效地预防和治理工程建设期产生的水土流失，并且在工程完工后可改善工程区域的生态环境。

本文主要采用扰动土地治理率、水土流失总治理度、土壤流失控制比、林草植被恢复率、林草覆盖率等六项指标对水土流失防治措施效果进行说明，计算结果详见表3。

表3 水土流失防治措施效果计算Tab.3 Calculation of effects for soil and water losses

根据表3相关计算结果，结合现场调查情况可知，通过实施完善的水土流失防治措施，工程投运初期，水土流失治理效果较好，因工程建设造成的水土流失基本得到有效的治理，各项指标均达到了工程水土保持方案设计要求。

5 结 论

光伏电站具有建设周期短、土建施工集中、水土流失的时间也较为集中的特点。同时，光伏电站建设过程中扰动地表面积大，但各工程区的扰动程度不尽相同。本文提及的光伏电站位于攀西地区，地形以山地为主，在工程建设过程中通过合理优化设计的水土流失防治措施体系，布置了较为完善的水土保持措施，并取得了较好的水土流失治理效果。通过分析电站项目区概况、建设特点和主要水土保持问题，对水土流失防治措施体系进行了详细阐述，在此基础之上对比分析了工程建设前、建设期及建成投运后不同时段水土流失量，进而说明了合理的水土流失防治措施体系在工程建设过程中的重要性，以此为攀西地区类似项目水土流失防治提供借鉴。

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[7] 四川电力设计咨询有限责任公司.凉山州会东县小龙潭30MWP光伏电站工程[R].成都：四川电力设计咨询有限责任公司,2014.

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[9] GB 51018-2014,水土保持工程设计规范[S].

The Analysis of Water and Soil Erosion Characteristics and Control Measures during the Construction of Photovoltaic Power Station in Panxi Mountainous Areas, Sichuan

YIN Wu-jun1,YANG Shao-feng2,YANG Jian-xia1,YANG Xiao-rui1

(1.SichuanElectricPowerDesign&ConsultingCo.,Ltd,Chengdu610041,China；2.CollegeofForestrySichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China)

This paper analyzed construction characteristics and soil erosion features during construction of Xiaolongtan 30 WMp photovoltaic power station, which is located in Huidong County. On this basis, the paper gives a description of design and layout of control measures about soil and water losses during and after construction photovoltaic power station. It is expected to provide some reference for soil and water conservation of photovoltaic power station in similar areas.

Solar energy; photovoltaic power station; disturbance; control measures for soil and water losses

2016-11-29

尹武君(1986-)，男，四川绵阳人，2012年毕业于西北农林科技大学水土保持与荒漠化防治专业，硕士，工程师，主要从事电力行业水土保持工作。

X45

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1001-3644(2017)02-0144-07