新疆平原荒漠地区风电场水土流失预测及防治措施

黄 琴

(新疆锦芮矿业有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 基本情况

1.1 地理位置

国家电投巴里坤县三塘湖区域风力发电工程项目位于新疆维吾尔自治区哈密市巴里坤县，场址中心距离巴里坤县西北约100km，距离三塘湖镇以西65km，场址区地形平坦，主要以戈壁滩为主，场区进场道路由东南侧风电基地公用道路引接，交通较为便利。

1.2 项目基本情况

本项目总装机容量50MW，采用8台单机容量为6.25MW的风力发电机，升压站电压等级为110kV，年上网电量14784.7万kW·h，年等效满负荷运行2957h。本工程为新建工程，主要包括风电机组工程区、道路工程区、集电线路区、升压站工程区及施工生产生活区。工程规模为中型；机组基础设计级别为甲级，基础结构安全等级为一级，工程建(构)筑物结构安全等级为二级。

2 水土流失分析与预测

2.1 水土流失现状

2.1.1区域水土流失现状

巴里坤哈萨克自治县轻度以上风力侵蚀和水力侵蚀总面积26166.3km2，占全县土地总面积的70.14%。其中水力侵蚀面积3271.87km2，占土壤侵蚀总面积的12.50%；风力侵蚀总面积22894.43km2，占土壤侵蚀总面积的87.50%。

2.1.2项目区水土流失现状

本项目位于天山北坡国家级水土流失重点预防区、天山北坡诸小河流域重点治理区。

(1)风力侵蚀。风蚀发生需具备2个条件：一是大于起沙风速的风力；二是地表裸露、干燥或地表植被覆盖度低[1]，并提供沙源。项目区年平均风速4.1m/s，最大风速27m/s，具备风蚀发生的风力条件。项目区在地表未扰动情况下风力侵蚀强度为轻度。

(2)水力侵蚀。根据现场调查情况综合分析确定：项目区在地表未扰动情况下无水力侵蚀，在原地表稳定层未破坏的条件下，土壤侵蚀强度属于轻度风蚀，容许土壤流失量为1500t/(km2·a)，地貌土壤侵蚀模数为1500t/(km2·a)。

2.2 水土流失影响因素分析

2.2.1水土流失因子分析

水土流失因子分为自然因素和人为因素，自然因素主要有气候、地质、地形、地貌、土壤和植被等[2-4]；人为因素有土地平整、基础开挖等施工活动。

(1)自然因素。项目区多年平均降水量23.3mm，雨季为每年的6—9月，大多为季节性降雨。多年平均风速4.1m/s，最大风速27m/s，风季为每年的4—6月。地貌单元为山前冲洪积扇的扇缘，地貌类型为山前冲洪积倾斜平原，植被覆盖度在5%以下，但地表被砾石所覆盖，地表细小易蚀物质已被剥蚀殆尽，如不存在人为扰动，其抗侵蚀的能力较强，不易发生大面积、较严重的水土流失。

(2)人为因素。①施工准备期：施工生产生活区建设前需进行场地四通一平、部分挖方及填方工作，由于地表的覆盖物被清除，大面积土地完全暴露在外，原土地地貌被扰动，引发水土流失[5]；道路工程区由于前期工作较多，车辆流动较频繁。为便于车辆行驶，在施工准备期便要修建好项目区内的施工道路，道路的修建必然要破坏原生地表，产生水土流失。②施工期：由于风电机组区和集电线路区等分区的建(构)物建设、基础开挖与回填、大量松散土体的临时堆积、建(构)筑材料的临时堆放，造成项目区地表扰动和再塑，使地表失去固土抗冲能力；道路工程区施工期车辆、人员流动较多，大车碾压对路面的破坏程度较大，沿线区域水土流失将加剧。③自然恢复期：主体工程建设完成后，施工期扰动后的裸露土地均采取工程措施进行防治，区域水土流失将大大减少。施工场地恢复至原地貌后，由于项目区地处偏僻、人烟稀少，水土流失以自然因素为主。仅有道路工程区需要长期防治与管护，水土流失仍以人为为主。

2.2.2扰动地表、损毁植被面积

经统计，建设期各类工程总扰动地表面积11.12hm2，各类工程损坏植被面积11.12hm2。

2.2.3弃渣量预测

本工程的弃渣量包括施工过程中的基础开挖、回填、道路修建、建筑安装。土石方开挖量主要来自场内风机基础开挖、集电线路开挖、升压站内建筑物基础、道路及预埋装置的开挖，而土石方回填主要用于风机箱变及基础、集电线路的回填、升压站内的平整回填及道路填方路段的填筑。工程总挖方5.64万m3，填方6.42万m3，借方0.78万m3，无弃方，因此本工程不设置单独的永久弃渣场，外借土石方外购自三塘湖周边的砂石料厂，其水土保持责任由卖方负责。

2.3 土壤流失量预测

2.3.1预测单元

本项目水土流失预测单元共5个，包括：风电机组区、道路工程区、集电线路区、升压站区、施工生产生活区。

2.3.2预测时段

(1)施工期。工程建设总工期8个月。预测时段按施工长度占风雨季长度的比例进行计算，项目区雨季时段5—8月、风季时段3—10月。预测年限1a。

(2)自然恢复期。巴里坤县属于半干旱区，自然恢复期按5a考虑。

2.3.3土壤侵蚀模数

(1)原生侵蚀模数。项目区属于轻度风力区，水土流失强度总体评价为轻度，原生土壤水土流失侵蚀模数确定为1500t/(km2·a)，土壤侵蚀模数容许值为1500t/(km2·a)。

(2)扰动后侵蚀模数的确定。本工程地貌类型为三塘湖盆地山前冲洪积倾斜平原。由于无实测的土壤流失资料，分区土壤侵蚀模数只有通过类比法确定。类比工程选择巴里坤丰源三塘湖风电场工程，主要根据该工程项目区水土保持监测实测的值确定本项目土壤侵蚀模数。

本项目扰动后土壤侵蚀利用类比项目的扰动后侵蚀模数数值的修正1倍计算，即扰动后土壤侵蚀模数为7000t/(km2·a)。

(3)自然恢复期侵蚀模数的确定。在自然恢复期，由于地表所受人为扰动减少，扰动地表水土流失量逐渐稳定，土体抗侵蚀能力增加。综合以上因素和相关工程经验，初步确定本项目自然恢复期土壤侵蚀模数第一年为4000t/(km2·a)、第二年为3000t/(km2·a)、第三年为2200t/(km2·a)、第四年为1800t/(km2·a)、第五年为1500t/(km2·a)。

2.3.4预测结果

(1)可能造成的水土流失面积。项目建设期各阶段造成水土流失的面积见表1。

表1 各阶段预测水土流失面积 单位：hm2

(2)可能造成的水土流失量。结合扰动地表新增土壤流失量计算公式进行计算，本工程水土流失总量为1633t，新增水土流失总量为953t。

2.4 水土流失危害分析

在施工过程中，征占地范围内的地表植被会遭到不同程度破坏、局部地貌发生较大变化，导致水土保持功能降低[6]。水土流失危害主要有以下几个方面。

(1)对植被和生态景观造成不利影响。工程建设扰动地表面积较大，表层土壤结皮一旦被破坏，土壤侵蚀强度将达到强烈侵蚀，对植被生长和生态景观造成不利影响。

(2)扬尘影响行车安全，对人员健康造成危害。工程临时道路为砾类土路面，当地干燥的自然条件使得只要地表被扰动，即使在无风的天气下也会产生扬尘，施工车辆反复碾压会使道路周边长期处于扬尘状况下，给施工人员健康造成危害。

(3)临时堆土成为新的水土流失物源。工程建设期内临时堆土表面结构松散，若无防护，将会给风蚀带来流失物源，造成大面积的水土流失。

综上所述，应尽快对项目区采取防治措施，最大程度的减少工程建设造成的水土流失。

3 水土保持措施

3.1 防治区划分

本工程水土流失防治区一级区为三塘湖盆地山前冲洪积倾斜平原；二级区划分为风电机组区、道路工程区、集电线路区、升压站区、施工生产生活区；三级区划分中，风电机组工程区分为风机基础区、施工吊装场区等2个分区；集成线路工程区分为电缆沟区、架空线路区等2个分区；道路工程区分为进站道路区、进场道路区、施工及检修道路区、架空线路施工道路区等4个分区。

3.2 措施总体布局

3.2.1防治措施总体布局

坚持分区防治的原则，根据工程所属水土流失防治分区确定指导性防治措施。在各防治分区以侵蚀地貌为基础划分治理单元，提出各治理单元的主导性防治措施体系；在各治理单元，根据主要侵蚀部位系统论证推荐布置经济、合理、安全的防治措施。在防治措施布置上，施工期主要利用工程措施的控制性和速效性，施工完毕后，只要各防治分区有合适的土壤条件和水源条件即可采取植物措施[7]。

3.2.2植物措施立地条件分析

项目区处于干旱地区，降雨量稀少，气候条件恶劣，地表为戈壁，缺乏水源，不具备灌溉条件，不能采取植物措施来恢复原地貌，主体考虑针对升压站生活区种植草坪，改善生活环境，灌溉水源采用水车拉水形式，在综合水泵房内设置生活水箱，以管线送至绿化灌溉区域。绿化可采用外购的种植土进行覆土后播撒草籽。

3.2.3临时防护措施可行性分析和选择

临时堆土主要来自路基挖方和清废土，。临时堆土可能产生的水土流失主要是风力侵蚀，兼风力与水力混合侵蚀，因此本方案初步提出砾石压盖、编织袋装土防护、防尘网苫盖、洒水。

3.3 分区措施布设

3.3.1风电机组区

(1)风机基础区。主体设计在该区域采取土地平整措施，本方案考虑新增洒水措施。①工程措施：风机及箱变基础后，对风机基础除出露地表的塔筒和一圈硬化地坪外采取土地平整措施，平整面积0.22hm2。②临时措施：施工期间机械开挖会破坏地表组成情况，容易产生扬尘，造成水土流失。为防治水土流失，采取洒水措施。洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.36hm2，预计共需洒水65m3。

(2)施工吊装场区。主体设计在该区域设计土地平整措施，本方案考虑新增洒水以及防尘网苫盖措施。①工程措施：吊装场施工吊装结束后，对施工扰动区域采取土地平整措施，土地平整面积2.76hm2。②临时措施：在施工扰动区域安排洒水车洒水会有效防治扬尘危害。每天洒水2次，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积2.76hm2，预计共需洒水497m3；对临时堆土实施防尘网苫盖措施，以控制大风天气对表土的风蚀现象。共需防尘网苫盖6400m2。

3.3.2集电线路区

(1)电缆沟区。主体设计在该区域采取土地平整措施，本方案考虑新增洒水以及防尘网苫盖措施。工程措施：施工结束后对扰动区域进行土地平整，面积为0.48hm2。②临时措施：管沟开挖会破坏地表组成情况，管沟回填过程有较大的扬尘产生，造成水土流失。洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.48hm2，预计共需洒水86m3；电缆沟区开挖深度为1.3m，基础开挖土方临时堆放于电缆沟区另一侧。临时堆土上覆盖防尘网苫盖，防尘网苫盖面积约800m2。

(2)架空线路区。主体设计在该区域设计土地平整水土保持相关措施，本方案考虑新增洒水以及防尘网苫盖措施。①工程措施：架空线路区基础施工结束后，对扣除露出地表的杆塔占地外的区域进行土地平整措施，土地平整面积0.20hm2。②临时措施：在场地进行洒水措施，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.20hm2，预计共需洒水36m3；考虑到塔基临时堆土仍然是引发水土流失的重点区域，对塔基开挖的临时堆土进行防护防尘网苫盖，防尘网苫盖面积约420m2。

3.3.3道路工程区

(1)进站道路区。主体设计未在该区域采取水土保持相关措施，本方案考虑新增洒水措施。进站道路在施工期间扰动面易受风力侵蚀而四处扬尘。因此，进站道路在施工过程中应及时洒水。洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.08hm2，预计共需洒水15m3。

(2)进场道路区。主体设计在该区域设计彩条旗限界水土保持相关措施，本方案考虑新增洒水措施。①进场道路在施工期间扰动面易受风力侵蚀而四处扬尘。因此，进场道路施工过程中应及时洒水。每天洒水2次，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.87hm2，预计共需洒水157m3。②项目区域地表植被稀少，地表结皮和砾石砂层具有很好的水土保持效果，一经破坏很容易造成水土流失。因此，为防止施工车辆脱离施工道路，造成大面积的地表扰动，在施工期内进场道路两侧布设彩条旗，根据施工道路长度的50%计算，需要彩条旗限界2176m。

我盛好鸡汤，端着碗走进二丫房里。二丫斜靠在床头，她抬眼看我，泪水跟着就淌出了。她嘤嘤地说：“细婶儿，我冇脸活了。”

(3)施工及检修道路区。主体设计在该区域设计土地平整和彩条旗限界水土保持相关措施，本次考虑新增洒水措施。①工程措施：本方案考虑施工结束后对临时道路进行道路平整，平整面积1.32hm2。②临时措施：施工及检修道路在施工期间扰动面易受风力侵蚀而四处扬尘。因此，施工及检修道路施工过程中应及时洒水。每天洒水2次，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积3.95hm2，预计共需洒水711m3；项目区域地表植被稀少，所形成的地表结皮和砾石砂层具有很好的水土保持效果，一经破坏很容易造成水土流失。因此，在施工及检修道路两侧布设彩条旗，根据施工道路长度的50%计算，需要彩条旗限界6582m。

(4)架空线路施工道路区。主体设计未在该区域设计水土保持相关措施，本方案考虑新增洒水、土地平整和彩条旗限界措施。①工程措施：本方案考虑施工结束后对临时道路进行道路平整，平整面积0.96hm2。②临时措施：架空线路施工道路在施工期间扰动面易受风力侵蚀而四处扬尘。因此，架空线路施工道路施工过程中应及时洒水。每天洒水2次，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.96hm2，预计共需洒水173m3；项目区域地表植被稀少，所形成的地表结皮和砾石砂层具有很好的水土保持效果，一经破坏很容易造成水土流失。因此，在架空线路施工道路两侧布设彩条旗，根据施工道路长度的50%计算，需要彩条旗限界2400m。

3.3.4升压站

升压站主体设计中实施有砾石压盖、排水沟、土地整治、绿化覆土、绿化灌溉、种植草坪等措施，能有效防治施工过程中产生的水土流失。为防治施工期间土方开挖回填引起的扬尘，本方案需要新增土地平整、洒水、防尘网苫盖措施。

(1)工程措施。①砾石压盖：升压站储能区采取砾石压盖措施，砾石压盖面积0.23hm2，砾石压盖厚度0.20cm，所需砾石方量为0.04万m3。②排水沟：升压站区场地内及周边地表无洪流冲刷痕迹，场地遭受洪水危害可能性小，危害性小。升压站站址区场地平坦，项目区降水较少，但为了防治汇水影响，在升压站北侧，沿地形等高线高的一侧升压站外墙，设置凝土排水沟长385m，宽0.5m，深0.6m。③土地平整：考虑施工结束后对围墙外一圈占地红线面积进行土地平整，平整面积0.16hm2。④绿化灌溉：设计绿化灌溉水土保持相关措施，绿化灌溉面积0.06hm2。⑤土地整治：土地整治面积0.06hm2。⑥绿化覆土：覆土面积0.06hm2，覆土厚度60cm，覆土量0.04万m3。

(2)植物措施。综合考虑项目区自然环境、植物生长的立地条件、灌溉及本项目的性质等影响因素。根据主体设计，种植草坪，草种选择早熟禾、黑麦草、高羊茅等，种植面积0.06hm2，本工程植物措施的抚育管理主要是管护和病虫害防治。

(3)临时措施。①洒水：施工期对扰动区域采取洒水抑尘的措施，能有效的抑制施工人员扰动引起的扬尘。洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水60d，洒水面积0.40hm2，预计共需洒水72m3。②防尘网苫盖：施工期间构筑物基础开挖的土方临时堆放在硬化区，对临时堆土实施防尘网苫盖措施，以控制大风天气对表土的风蚀现象，共需防尘网苫盖1000m2。

主体设计在该区域采取土地平整水土保持相关措施，本方案考虑新增洒水以及防尘网苫盖措施。

(1)工程措施。在施工后期对生产生活区进行迹地恢复、土地平整，面积约0.48hm2。

(2)临时措施。根据主体设计资料，对施工生产生活区材料堆放场地实施防尘网苫盖措施，以控制大风天气对施工材料的风蚀现象。需防尘网面积700m2；项目建设过程中定时对施工场地实施洒水，洒水时间主要集中在秋季洒水，洒水定额3m3/(hm2·d)，洒水120d，洒水面积0.30hm2，预计共需洒水108m3。

4 结语

本文预测三塘湖风电工程造成的水土流失影响，结果表明：该工程建设期可能引发水土流失的面积为11.12hm2，自然恢复期可能引发水土流失的面积为6.64hm2，工程建设产生水土流失总量为1633t，新增水土流失总量为953t；通过在风电机组区等分区采取土地整治、洒水、防尘网苫盖等措施后，可有效减轻工程建设和运行造成的负面影响。综上，本文对三塘湖风电工程进行水土流失预测和措施分析，可有效量化、精准预防、及时弥补工程建设及运行过程中对水土环境的不利影响，为工程实施提供了正确的指导方向。同时，本文仍存在水土保持监测分析不足等问题，应在今后进行进一步研究。