坝上地区生产建设项目水土流失因素分析

赵名彦，李芳然，李如意，刘子辉，霍惠玉

(河北省水利科学研究院，河北 石家庄 050051)

位于河北省西北部的张家口市张北县、康保县、尚义县、沽源县及承德市丰宁满族自治县(以下简称丰安县)、围场满族自治县(以下简称围场县)的部分地区属于河北省“坝上”地区。据统计，张家口市、承德市水土流失面积分别占全省水土流失面积的31.34%和31.0%，是河北省水土流失面积最大的地区。而位于其中的坝上地区风大沙多、生态脆弱，是水土流失易发区，也是水土流失主要分布区域。自2010年开始，坝上地区凭借其得天独厚的太阳能、风能资源优势，吸引了大批光伏、风电企业入驻建场。以光伏发电、风力发电、农光互补、风光互补为代表的新能源项目及依托当地自然景观的旅游观光项目等各类生产建设项目的兴起和投建在带动当地经济发展的同时，也给当地的水土流失防治工作带来了一定压力。

1 水土流失背景因素及现状

1.1 水土流失背景因素

坝上地区年平均气温-3℃～4.0℃，年均降水量340～470 mm，年均蒸发量为降水量的4倍左右。年主导风向为西北风，多年平均风速3.7～5.5 m/s，大风日数60～70 d[1-2]。冬季寒冷漫长，夏季凉爽期短，全年干燥少雨且多风，干旱、风沙和霜冻等自然灾害频发，是我国生态脆弱地带之一。土壤多为栗钙土(张家口坝上地区地带性土壤)和棕壤土(承德坝上地区地带性土壤)[3]，土壤层薄且结构松散，以沙壤质和沙壤土为主，土壤有机质含量极低，植被生长缓慢、覆盖率低，属水土流失和土地沙化敏感区域[4]。大风日数长、年均气温低、土壤贫瘠是导致坝上地区本底水土流失的自然因素。

1.2 水土流失现状及规划

张家口和承德坝上高原分别属于河北省水土保持分区的冀西北坝上高原防风固沙与生态维护区、燕山北部高原山地水源涵养与防风固沙区，坝上地区的水土保持始终是一项严峻且重要的任务。张家口市沽源县、张北县、康保县分别被列为燕山国家级水土流失重点预防区、永定河上游国家级水土流失重点治理区、坝上省级水土流失重点预防区；承德市丰宁县和围场县坝上区被列为燕山国家级水土流失重点预防区(表1)。坝上地区为轻度水力与轻度风力交错侵蚀区，风力侵蚀主要发生在植被稀疏的沙化土地，水力侵蚀主要分布在坝头荒坡地和坡耕地。据统计，承德坝上区域水土流失面积5 074.33 km2，其中水力侵蚀面积4 447.74 km2、风力侵蚀面积626.59 km2；张家口坝上区域水土流失面积6 327.36 km2，其中水力侵蚀面积1 992.98 km2、风力侵蚀面积4 334.38 km2。经调查，张家口、承德坝上区域背景土壤侵蚀强度多为轻度。

表1 河北省坝上地区水土保持区划

2 生产建设项目引发的水土流失因素分析

坝上地区生态脆弱，本底水土流失易发。坝上地区天然草地作为原生植被，其含水率、有机质含量、空气动力学粗糙度均高于退耕地、耕地，地表输沙量低[5]。不盲目破坏荒草地，顺应其自然生长状态的理念逐步改变坝上地区生产建设项目的施工方式，大规模场平、削山平整的施工方式逐步被淘汰。生产建设项目引起的水土流失主要来自于项目建设过程中场地平整导致的地面和边坡裸露、基础开挖产生的临时松散堆土、施工过程中地表扰动导致地表土壤硬度增加等。以坝上地区近年来数量较多、较具代表性的建设项目——风电、光伏电场项目为例进行分析。

2.1 建设特点

坝上地区地形平坦、坝头地区地形起伏缓和，区域内建设的项目多无须进行大规模土地平整。根据实地调查结果，风电场、光伏电场施工扰动范围主要是施工检修道路、风机吊装平台(光伏板及板间安装施工场地)、逆变器及箱变、升压站及其临时施工生产生活区。风机、光伏组件基础，逆变器及箱变基础、升压站基础，直埋集电线路挖填，施工检修道路平整等产生的土方量小，场地内部调运后一般可达平衡或产生少量弃渣。

风电场及光伏场区实际永久占地少，风机平台、光伏板间区域在施工完毕后可实现高恢复率和高利用率。如康保某100 MW风电场项目工程总占地35.59 hm2，其中的升压站、风机基础、逆变器及箱变、道路区永久占地仅占到10.81%，而风机平台基座上方地面区域仍可实现地表植被恢复。承德围场坝上地区某30 MW光伏发电项目工程总占地167.8 3hm2，永久占地光伏组件基础、箱变和逆变器仅占1.09%。

2.2 水土流失分析

(1)“三通一平”阶段。坝上较平坦区无须进行全面场平及道路平整，此阶段不会造成较明显水土流失。坡地地带光伏电场项目一般采取“随坡就势”布设原则和钻孔灌注桩施工形式，对地表破坏较小；风电场项目基础施工、风机组吊装施工需进行小规模场地平整，平整后的场地植被破坏，地表裸露，会在风力作用下产生风蚀。施工平台及道路“高挖低填”作业面产生的道路裸露边坡若不采取适当措施，则松散坡面极易在风力、水力交错作用下产生面蚀和沟蚀。

值得注意的是，坝上地区坡度缓和，部分工程本着以生态环境为先的原则和理念，规划好施工检修路线后不再对道路进行规模化平整，实现了在满足施工条件要求下扰动最小化。以康保县某风电场为例，该风电场于2018年完工至今，次要施工检修道路仅两行车轮裸露面，周边植被生长旺盛，未出现土壤沙化或流失现象，较通常的4 m宽施工检修道路土壤流失量年均减少0.7 t/km2。实地调查表明，这种环境为本、因地制宜的施工方式在施工过程及施工结束后产生的水土流失量极小。

(2)主体施工、建设阶段。该阶段主要是升压站基础和结构施工、光伏桩基础施工及组件安装、风机基础施工及风机组装和吊装、逆变器及箱变基础施工和整机安装、集电线路施工。主体施工水土流失重点因素为基础施工、线路管沟开挖产生的临时堆土或弃渣、作业面施工扰动导致的表层土体结构破坏。开挖出的土体结构松散、黏度小，抗水蚀、风蚀能力差；机械运输碾压、人为施工活动后作业面表土层变得松散、土壤粒度变小，加之表土层厚度薄，粉尘释放量增大。因此，施工过程中水土流失重点区域为临时堆土、临时施工扰动的地表区域。根据坝上地区风电、光伏项目建设期多年监测经验，施工建设期是水土流失重点时段。施工期各建设区的防治重点见表2。

表2 施工建设期水土流失因素(以风电、光伏场区为例)

(3)施工结束后自然恢复期。施工结束后升压站内绿化区、施工临时生产区、风机平台、光伏板间空地是水土流失重点区域。施工结束后的水土流失量与施工时序密切相关，归根结底取决于植被恢复速率和生长状况。对于风电、光伏建设项目，风机单座平台、光伏单兆发电单元，已完成的在停止人为扰动后可利用表层土中发达的种子库完成植被自然恢复，并产生较好的水土保持效果。康保地区风电场项目实地勘查结果表明，风机平台的植被覆盖度与施工完成时间呈明显相关性，自然恢复的灌草(针茅、黄花蒿、百里香、益母草、车前草、野燕麦等)生长优势较人工种植(早熟禾、沙棘)更为明显，覆盖度可达到60%以上。施工生产区、升压站、裸露的风机平台及光伏板间区域完工时若处于4—5月份，适时进行植物种植、栽植，在时节、气候适宜的条件下，植被在雨季可初步发挥作用，植被生长状况良好、地表覆盖度增大、根系发达固土能力增强，风季也可呈现显著的抗风蚀能力。反之，完工时间若错过了植被恢复、种植期，则这些地带的水土流失量会大大增加。

3 针对性防治措施

(1)从施工方式、施工时序入手，做好临时防护，从源头控制水土流失。先破坏再治理的建设方式在坝上地区尤其需摒弃，因其不仅会造成不可逆的水土流失、生态破坏，还将大大增加后期治理成本。坝上地区施工地形条件相对较好，切忌为达到施工便利目的而大面积场平。采用先进的施工方式与施工器械，如光伏基础施工采用钻孔灌注桩，风机采用新式吊装设备，尽量减少施工过程临时扰动；施工过程中做到土方先挡后堆，裸露的地面及堆土边坡做好临时遮盖防护；合理安排施工时序，基础施工、管沟开挖尽量避开雨季，不能避开则密切关注天气变化，合理安排工期，提前做好临时排水、拦挡等防护措施；合理安排绿化时段，有条件的区域及时绿化，避免地表长时间裸露。

(2)保护表土，注重植物措施。表土是植被赖以生长的介质，其中更蕴含丰富的种子库，对坝上地区荒草地的表层土壤进行采样检测结果显示，0～10 cm土层种子萌发数占78.2 %～88.5 %，10～20 cm土层的占8.9 % ～15.7 %，20～30 cm土层的占2.6 %～7.1%[6]。坝上地区表层土薄，表土资源宝贵，做好表土“应剥尽剥”、分层剥离与堆放，充分保存、利用好表土资源对于后期植被恢复尤为关键。在相对缓和的地形条件下，植物措施是绿色、有效、必要的防护方式，可采取人工种植植被与自然恢复相结合的方式。坝上地区原生植被具有耐寒、抗旱、抗风蚀、生长速度快的优良特性，利用土壤中的种子库恢复植被可加快植物防护屏障的构建。对于植被恢复缓慢、站场区、道路等需人工绿化的区域要选取当地适生的优势草本、灌木、乔木，并加强后期的管护、封育。

(3)做好工程措施，实现全面防护。以风电、光伏场区为例，升压站区、道路、平台等高挖低填区域形成的边坡需借助工程措施形成全面的防治体系。为利排水，升压站一般会采取地基填高方式，在升压站周边布设浆砌石排水沟、放坡设置植草砖护坡或工程护坡，防止雨水对基础冲刷，同时实现美观、整洁；升压站内变压器周边、道路两侧以碎石子、透水砖代替硬化地面，实现站内水源涵养；电场区平台、道路边坡防护采用浆砌石、干砌石、植生袋防护，有条件时可就地取材。

(4)改变效益、效率至上的传统思路，打造全流程清洁环保、注重景观和谐、维护水土资源、确保生态良好型的精品工程项目。从主体设计、水土保持、环境影响评价等各环节严格把控、优化创新、保障落实，使项目入驻发挥改善生态环境、提升水土保持的正向助推作用。将生产建设项目与坝上地区优美的自然风光融为一体，在创造经济效益的同时，发展+旅游观光模式，带动第三产业发展。依托青山草原，最大限度地保护好一草一木，真正实现高质量发展。