清洁能源基地生态防沙治沙技术

2022-02-03冶金祥王鹏李林忠何远耿继芳杜风宇张平石发才

青海环境 2022年4期

冶金祥，王鹏，李林忠，何远，耿继芳，杜风宇，张平，石发才

(中国电建集团青海省电力设计院有限公司，青海西宁 810008)

引言

青海省属于我国风沙影响比较严重的省份之一，其风沙影响的土地分布区域广、面积大，分布区域海拔高，生态破坏比较严重[1]。因此，青海省清洁能源基地一直面临风沙侵蚀危害和风沙引发的生态破坏问题。青海省作为全国重点打造的清洁能源大省，政府高度重视清洁能源基地生态环境修复以及清洁能源的建设和发展。根据相关政策及文件要求启动清洁能源基地沙化土地生态修复工程，探索青海省清洁能源基地建设与生态修复新模式，打造清洁能源与绿色相呼应，发展低碳经济，响应碳中和、碳达峰的战略要求。为此，青海省相关部门编制了《青海省清洁能源基地沙化土地生态修复治理工程规划》，作为清洁能源基地生态环境修复以及清洁能源建设和发展的宏观指导性文件。

青海省清洁能源基地主要面临干旱少雨、地广植被稀少、气候恶劣等特征，风沙侵蚀的土地其土壤质地疏松，易发生沙尘暴、风沙危害，对清洁能源基地产生威胁[2]。因此，需要建设清洁能源与生态修复相互维持的新模式。相关研究表明[3-6]，植被生态修复是治理沙化土地最有效的、实效性最高的措施之一，直接改变敏感性最活跃的土质，改良地表特性，修复沙化破坏的局部生态环境。植被生态修复，土壤持水性增强，为植被提供更多的养分，持续有效地改善沙化土地水分条件，促进局部生态圈的修复和持续发展[7-8]。我国最主要的防沙治沙固沙的政策为三北防护林、退牧还草、退耕还林还草等重点生态建设项目，其政策主要使用植被进行沙化的防护与沙化的修复，有效遏制生态系统的破坏，极大地改善了土地沙化的现状[9]。李克军[10-11]等学者的阐述表明，植树造林对土地沙化具备长久的治理条件，有效阻挡风沙、降低区域的沙化影响、增强土壤的储水能力。

本文通过“预防-治理-美化-综合利用”的绿色生态防沙逻辑模式，对清洁能源基地沙化进行生态修复与生态保护，确定植被生态持水性能差异和植被土壤变化规律对清洁能源基地建设及管理具有重要意义。

1 清洁能源基地生态防沙治沙概述

1.1 清洁能源基地沙化的危害

格尔木市乌图美仁柴达木盆地分布的清洁能源基地存在流动性沙地，该区域属于大规模建设发展的光伏基地，流动性的沙区为清洁能源基地的建设造成极大的阻碍。土地沙化区域，风沙影响阳光的穿透性，且风沙的流动极易造成光伏面板和其他组件的遮蔽，影响光伏板接受阳光辐射，从而降低光伏的发电效益与发电效率；组件及光伏板沉沙的堆积，增大光伏园区的运行成本、造成组件的损伤破坏，必须采用生态防沙治沙措施，保障清洁能源基地的运行及效益的提升。

对于风力清洁能源基地的建设，机组设备构架等防腐措施在风沙的侵蚀下，设备局部区域会产生防腐涂料的脱落现象，严重的极端风沙天气对风机单轴及双轴系统机械转动装置产生威胁，电机部分沉积的沙尘与轴机机油粘合不易清理，造成风机本体的损伤破坏；若设备未选择防风沙的机组时，风沙的侵蚀极易导致相关构架强度降低，机组运行不稳定。

电气线路及其他电气设备选型或运行时未考虑沙尘因素时，均可能导致电气设备和线路的污闪、损坏等危险。

1.2 生态防沙治沙技术存在的主要问题

(1)生态修复难度大、费用高。能源基地占地较大，通常主要布置在沙化土地等具有侵蚀性的区域上，能源基地的修复与农耕地及林草地的修复相比，两者区域内植被的分布、水分保持等主要因素差异性较大，从而清洁能源基地的生态修复技术难度更大，修复模式与修复标准更加复杂，修复工程的投资也随之增大。因此，不同区域、不同气候、不同条件下，应结合当地的生态条件与能源基地建设和运行相适应的治理模式进行生态修复。

(2)生态防护存在的局限性。部分能源公司开展了能源基地局部的生态防沙治沙措施，并探索和创新防沙治沙的新技术，但治理区域的局限与治理资金的局限，导致能源基地治沙区域有限、治沙规模较小，对于整体提升能源基地生态修复并不显著，不能从根本上治理修复风沙区域。

1.3 生态防沙治沙管理的基本原则

(1)因地制宜，分区分类实施。青海各清洁能源基地区域、气候、资源分布均存在差异，根据各清洁能源基地需求、发电设备等影响因素进行生态防沙治沙措施的实施，必须做到因地制宜，分区分类实施，科学合理地制定规划，治沙、防沙的选择与布局有侧重点，确保相应能源基地生态防沙治沙得到成效，改善局部区域的生态环境，局部到区域生态修复过渡。其高寒气候下风沙的运动如图1所示。

图1 高寒环境风沙运动的特殊性

(2)预防为主，综合治理、乔灌草相结合。清洁能源基地基于存在的现状和立地条件，需要坚持造封结合的模式进行基地的建设；坚持清洁能源基地与生态措施相配套的管理模式进行综合治理，生态措施主要采用乔、灌、草相结合的草方格沙障[12]修复治理措施。

(3)坚持以水定绿、量水而行。清洁能源基地生态防沙治沙修复的实施中，需要遵从生态法则，尊重自然的发展规律，坚持以水定绿、量水而行的建设理念。青海属于高寒和干旱区域，水资源的分布存在时空的差异性，针对水资源的分布、水资源的总量以及水资源的可持续利用性，根据其相关水资源及气候特性制定生态防沙治沙的管理措施。管理措施需要精准地分析建设基地的降水状况和水资源分布现状，根据以水定绿的原则，精准地选择乔、灌、草不同的品种，择优选取雨养林草种植的生态修复方式，坚决抵制区域地下水的开采灌溉；能源基地需修建气候遥感设备，实时动态监测降水及水资源区域分布状况；建造智能监测装备检测水资源的动态，应用新技术提升灌溉设备的节水力度。

(4)坚持科技支撑。能源基地防沙治沙生态修复需遵从“取其精华，去其糟粕”的理念，吸收其他地方防沙治沙的成功经验，注重推广国际新技术，探索青海高寒地区治沙新模式，依托先进的技术，推广林草业先进实用技术和模式，加强抗旱节水技术研究和应用，打造高技术生态防沙模式。

加强能源企业之间的合作和协调、提高防沙治沙工程的实施效率和规模成本效益，并借助新媒体平台推广防沙治沙的先进理念与新技术的应用。

2 生态防沙治沙的思路与基本策略

2.1 生态防沙治沙的总体思路

清洁能源基地选址是基于多因素多指标综合选择的过程，其地理位置限制因素较多，生态防沙治沙具有一定的特殊性。其特殊性存在于以下三方面：一是治理难度较大，能源地基占地较大，通常主要布置在沙化土地具有侵蚀的区域上，水热条件差，时空特性存在差异性，极大地增加了生态防沙治沙的困难；二是清洁能源基地关乎能源战略需求，其建设标准高，生态防沙治沙实现保障能源基地的安全和减少局部极端气候危害的目标，其治理标准高于其他建设工程防沙治沙的要求；三是生态防沙治沙措施主要依靠生态自然的力量，人为措施起到干预的作用。

生态防沙治沙的总体思路基于清洁能源基地“生态脆弱、沙漠广布、气候恶劣”等基本特性，提出“预防-治理-美化-综合利用”的绿色生态防沙治沙逻辑模式。生态防沙治沙措施的“预防”，即预防流动沙地(丘)对清洁能源基地的侵蚀与侵害；生态防沙治沙的“治理”模式，青海境内对沙化土地遵从生态法则，尊重自然的发展规律，坚持以水定绿、量水而行的建设理念，减少沙化土地对能源基地的影响；生态防沙治沙的“美化”实施，美化实则为清洁能源基地生态圈的建立，对能源基地进行绿化，打造网格化植被分布，其绿化区域为能源基地的周边、厂区道路两侧、运行管理居住区，提升整体区域的绿化率；生态防沙治沙的“综合利用”实施，综合利用实则为清洁能源基地生态防沙治沙工程措施的综合效益管理，通过厂区光伏板间牧草的种植，提高草场的质量与产量，实现优质畜牧业的实施，提高防沙治沙工程的生态防护、牲畜养殖和产业扶贫的相融合。

生态防沙治沙基于清洁能源基地本身防沙治沙需求、沙化类型、水热条件、适宜植被生长等不同影响因素，提出因地制宜，分区分类实施，科学合理地制定规划治理措施。根据青海境内清洁能源基地的时空差异性、气候条件、水资源分布状况等实际情况，提出生态防沙治沙工程、基地区域绿化、封育保护、沙化土地(草地)的植被种植和修复、基地种植和种养结合等5种防沙治沙管理措施。

2.2 生态防沙治沙的基本策略

青海柴达木盆地所属的乌图美仁清洁能源基地其迎风向为流动沙化区域，生态防沙治沙措施采用砾石、尼龙、麦草、灌木等材料形成的方格网沙障，或采用方格网沙障与生态植物相结合的固沙体系[13]，其措施的实施提高了沙化区域地面的粗糙度，方网格或者菱形网格铺设很大程度上减轻了地表风的裹沙能力，削弱了沙床风蚀，使裹起的沙粒沉积于沙障内，从而实现流动性沙化区域治沙固沙的目的。

清洁能源基地光伏园区的生态防沙治沙主要包含光伏园区边界的防沙带绿化、主干道路及辅道采用灌木或者杨树绿化和厂区绿化三部分组成。其中，光伏园区的生态防沙治沙主要体现于防风、固沙和美化功能，形成“一环三轴”的总体生态绿化规格。一环定义为光伏等园区外围环状绿化部分，用于园区最基本的防沙、治沙、防风等生态性质的防沙治沙措施；三轴定义为园区道路中轴线所属的绿化区域、园区构建光伏中路轴线和东西所属的道路轴线，三轴贯穿园区各区域，将建设园区划分为几大组团，形成区域性绿化带。

光伏园区生活区域点化式绿色布置，园区道路采用防护林绿化模式，其规格为三行乔木和五行灌木，主干道两侧采取三行乔木三行灌木，次干道采取两行乔木三行灌木的方式；电缆廊道绿化带和电站内部绿化构建点、线、面有机结合的绿地系统，结合自然景观，采用乔灌搭配的方式，构建不同的林带层次，以达到更好的生态目标。

2.2.1绿色系统的构成

(1)园区主干道两侧所属的永久性绿化生态防护林带。

(2)园区内次干道所属的乔木、灌木组成的绿化带。

(3)园区内修建的生活区域或者升压站(汇集站)等管理区域的生态绿化带。

(4)园区外围环状绿化部分。

(5)以光伏电站为例，各区域光伏维护时，利用定期清洗电池板对地表的水源补充，并且通过光伏板遮挡而降低地表蒸发量，使得地表易生长植被，形成天然的绿地。

2.2.2绿色生态系统设计方案

(1)园区外围环状及主要道路两侧种植生态防护林，主要作用于防沙、治沙、防风及绿化，乔灌不同层次、不同数量的排列搭配，构建防护林的生态多样性及景色多重性，以达到最佳的生态种植目标。防护林的种植应遵循“以乡土树种为主”“抗性强、能成活”的原则。

(2)区域性发电光伏板阵列预留人工检修通道外，种植抗逆性强并具有经济价值的灌木及观赏药用植物，不仅有防沙治沙、保护地表以及区域性绿化的特征，也可以产生发电以外的经济效益。

(3)部分光伏区域可根据扶贫政策或者实现经济效益需求，适当多元化、多样化发展以牧草作物带为良种牛羊有机养殖基地，达到生态平衡，生态经济的可持续发展。

(4)整个园区生态建设用地以边界及廊道绿化带、板间经济作物带为主，辅以点状的公共绿化区，构成有机结合的绿地系统，结合对其他地表的保护，共同形成完善的生态建设与保护格局。

(5)边界及廊道绿化带设计。边界及廊道生态区域的建设，对园区构建生态屏障，弱化风沙危害、提升园区周边生态环境，保障电站正常发电、安全运行具有重要的意义。园区绿化设计本着统一安排、统一布局的原则，进行大门环境及园区边界绿化，并在主要道路两侧种植行道树进行道路绿化。园区绿化尤其是园区外围绿化设计要充分体现防风、防沙和减弱噪音的功能，在物种选择上建议选择柽柳等植物。碱性土质强的区域其边界及廊道可采用红柳，具备环境适应性强，耐盐碱性强，绿化见效快的特征。