長治市水利發(fā)展中心 張汝翀

2020年9月22日，我國鄭重向世界宣布，中國的二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值(即碳達(dá)峰)，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的愿景下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源體系的清潔、低碳，是我國整個能源行業(yè)自上而下共同努力的目標(biāo)[2]。

太陽能作為一種永續(xù)利用的清潔能源，是較為理想的可再生資源，太陽能利用技術(shù)主要包括光伏發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、光化學(xué)、光感應(yīng)和光生物轉(zhuǎn)化等多種形式。其中光伏發(fā)電的并網(wǎng)裝機(jī)容量占全部太陽能發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量的99%以上，光伏發(fā)電已成為太陽能發(fā)電技術(shù)的主力軍[3]。光伏發(fā)電的大規(guī)模開發(fā)利用有效規(guī)避了傳統(tǒng)火電機(jī)組的高能耗、高排放特征，在減少污染物排放和溫室氣體排放的同時，為全社會提供了大量清潔電力供給。長遠(yuǎn)來看，光伏發(fā)電的發(fā)展對中國推進(jìn)終端用能電氣化、提升非化石能源占比、打好大氣污染防治攻堅戰(zhàn)及如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供了堅強(qiáng)保障[4]。

本文以恒平能源屯留區(qū)一期10萬千瓦光伏發(fā)電項目為例，從水土保持角度探討光伏發(fā)電項目建設(shè)時的水土流失特點(diǎn)、應(yīng)具備的水土保持防治措施布局及方案設(shè)計，以期為同類地區(qū)光伏發(fā)電工程的水土保持工作提供參考。

一、項目及項目區(qū)概況

恒平能源屯留區(qū)一期10萬千瓦光伏發(fā)電項目位于山西省長治市屯留區(qū)境內(nèi)，主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建光伏陣列場區(qū)由32個3.125MW的光伏發(fā)電單元組成；新建110KV升壓站一座；新建輸出線路接至羿神110KV變電站的110KV母線，長度35km。其中，項目永久占地77.41hm2，臨時占地面積7.93hm2。施工期主體工程共動用土石方總量21.52萬m3，其中總挖方量10.76萬m3，總填方量10.76萬m3。

屯留區(qū)屬于暖溫帶半濕潤性大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為9.5℃，最高氣溫為38.1℃，最低氣溫為-29.1℃，≥10℃的活動積溫為3277.2℃，全市無霜期160天。多年平均降水量為530.8mm，最大降水量814.3mm，最小降水量433.2mm，降水主要在7、8、9月。多年平均蒸發(fā)量1768.1mm，最大凍土深度為82cm。本項目擬建場地位于低山丘陵區(qū)、山坡和溝谷上端部位，屬于太行山典型的丘陵土石山區(qū)，場地最高點(diǎn)位于光伏場區(qū)內(nèi)北側(cè)，高程1176m，最低點(diǎn)位于光伏場區(qū)中部，高程1028m，高差為148m。區(qū)域土壤主要為山地褐土，區(qū)域內(nèi)植被稀少，裸地較多，植被覆蓋較差，植被覆蓋率為22.6%。本項目水土流失類型區(qū)劃為北方土石山區(qū)，區(qū)域內(nèi)容許土壤流失量200t/km2·a，土壤侵蝕類型主要為水力侵蝕。根據(jù)項目區(qū)地面坡度和林草覆蓋度結(jié)合《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007），對項目區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行劃分。項目區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀統(tǒng)計如表1所示，加權(quán)平均土壤侵蝕模數(shù)為1223t/km2·a。

表1 項目區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀表

二、項目水土流失特點(diǎn)

本項目由光伏陣列場區(qū)、升壓站、進(jìn)場道路、輸電線路、供水管線、施工臨建區(qū)等部分組成。

光伏陣列場區(qū)對地表的擾動主要為光伏組件支架基礎(chǔ)開挖、箱變基礎(chǔ)開挖，場內(nèi)直埋集電線路電纜溝開挖和檢修道路施工對地表的擾動，擾動面積75.7hm2；升壓站對地表的擾動主要表現(xiàn)在各建筑物建設(shè)對地表的擾動，擾動面積0.5hm2；進(jìn)場道路對地表的擾動主要為新建道路對地表的擾動，擾動面積2.0hm2；輸電線路對地表的擾動主要表現(xiàn)在集電線路電纜溝開挖土石方，外送輸電線路主要為鐵塔建設(shè)、材料堆放場地、牽張場和臨時施工道路對地表的擾動，擾動面積6.73hm2；供水管線和施工臨建區(qū)對地表的擾動主要表現(xiàn)在管溝開挖、建筑材料占壓和人為活動對地表的擾動，擾動面積0.41hm2。各防治區(qū)水土流失情況見表2。

表2 各防治區(qū)水土流失情況

其中，光伏發(fā)電項目是施工擾動最大的區(qū)域，施工期動用土石方數(shù)量多、施工強(qiáng)度大，基礎(chǔ)開挖、搬運(yùn)和填筑等土建工程是產(chǎn)生水土流失的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，短時間內(nèi)會造成較為嚴(yán)重的地表擾動后果和水土流失危害[5]。因此，在光伏陣列場區(qū)采取有效的水土保持防治措施，是控制光伏發(fā)電項目水土流失總量的關(guān)鍵。

三、水土保持防治分區(qū)與措施總體布局

根據(jù)項目建設(shè)布局和施工工藝，在對主體工程設(shè)計中具有水土保持功能措施分析評價的基礎(chǔ)上，提出防治水土流失需要補(bǔ)充、完善和細(xì)化的防治措施，將水土保持工程措施、植物措施和臨時措施有機(jī)結(jié)合，形成綜合防治措施體系。

（一）光伏陣列場區(qū)防治區(qū)

主體工程未對光伏場區(qū)進(jìn)行水土保持措施布設(shè)。方案設(shè)計在施工前對光伏場區(qū)箱變基礎(chǔ)處、電纜溝開挖和場內(nèi)檢修道路進(jìn)行表土剝離，并將其剝離的表土就近在箱變周圍和檢修道路兩側(cè)平緩區(qū)域進(jìn)行苫蓋保存，用于后期的植被恢復(fù)；在施工結(jié)束后對場區(qū)需綠化的區(qū)域進(jìn)行土地整治，整地面積為光伏場區(qū)內(nèi)除箱變室、場內(nèi)道路路面和原有植被面積等，整地面積約為227hm2(包括復(fù)耕面積)，能達(dá)到后期植被恢復(fù)的要求。

本項目光伏場區(qū)占地為其它草地和裸地，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，其它草地部分原地貌植被生長良好，光伏板建成后地表植被可有效抵御光伏板前沿雨水濺蝕，無需在每處光伏板下方布設(shè)預(yù)防濺蝕措施，對于光伏陣列場區(qū)裸地部分，降水通過漫流，最后匯入場內(nèi)道路排水溝或自然溝道內(nèi)。裸地部分植被稀疏，由于光伏板的架設(shè)改變了降雨入滲過程和地表徑流，增加了地表的沖刷，為此方案對不滿足防沖區(qū)域(光伏板下沿區(qū)域)考慮鋪設(shè)2cm厚的碎石，電池組件下沿離地面平均高為80cm，經(jīng)估算，鋪設(shè)防沖碎石的寬度為0.7m，本項目占用裸地部分共安裝72450塊電池組件，每塊電池組件長度為1.97m，共需鋪設(shè)碎石9.99hm2，需碎石量為0.6 萬 m3。

方案設(shè)計為在道路較陡的路段開挖一側(cè)布設(shè)排水溝，以減少周圍坡面匯水對道路的沖刷，場內(nèi)檢修道路較陡的路段約1100m，對道路布設(shè)漿砌石排水溝，采用M7.5漿砌石砌筑，分段排入自然溝道內(nèi)。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》(GB51018-2014)，排水工程等級為3級。排水溝采用矩形斷面，底寬0.4m，深0.4m，漿砌石壁厚0.3m，長1100m，共開挖土方770m3(開挖土方可作為檢修道路坡面綠化覆土)，需漿砌石量為594m3。分段排入自然溝道，并在每一段排水溝末端布設(shè)漿砌石順接工程，長2m，寬1m，厚0.5m，共計布設(shè)4處，漿砌石量4m3。

方案設(shè)計光伏板之間的空地處、箱變周邊擾動區(qū)城、集電線路開挖后的擾動區(qū)域、檢修道路修建形成的開挖面和回填面，采用撒播籽的方式進(jìn)行綠化，選擇紫花苜蓿和白羊草混播，牧草既可治理水土流失，又有經(jīng)濟(jì)效益，草籽量按1:1混合，選擇品質(zhì)優(yōu)良的一級草籽，播種密度：紫花苜30kg/hm2、白羊草30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。共計撒播草籽22.71hm2，需草籽1362.6kg。

（二）升壓站防治區(qū)

主設(shè)工程已在110kV升壓站站外布設(shè)漿砌石擋墻防護(hù)工程、埋地排水管及排水溝，在110kV升壓站生活區(qū)內(nèi)布置灌木花草，以達(dá)到凈化空氣、降低場地輻射熱、減少噪聲的作用，草的品種選用耐踐踏、再生力強(qiáng)的品種，以達(dá)到整體的環(huán)境美化。

本方案設(shè)計在施工前對升壓站區(qū)進(jìn)行表土剝離，并對剝離的表土就近在站內(nèi)空閑處進(jìn)行苫蓋保存，用于后期的植被恢復(fù)。

（三）進(jìn)場道路防治區(qū)

進(jìn)場道路防治區(qū)主要為各陣列地塊進(jìn)場道路，本方案設(shè)計對道路工程表土資源較好路段進(jìn)行表土剝離，在實(shí)際施工過程中應(yīng)細(xì)化施工工藝，采取分層開挖方式，將收集的表土集中堆放，并在道路邊沿側(cè)進(jìn)行苫蓋保存，用于后期的植被恢復(fù)。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和地形圖，結(jié)合現(xiàn)場鄉(xiāng)村道路情況，進(jìn)場道路引自鄉(xiāng)村道路，連接各光伏陣列地塊內(nèi)的檢修道路，全部為爬山道路，因此在道路開挖一側(cè)布設(shè)排水溝，以減少周圍坡面匯水對道路的沖刷，場內(nèi)檢修道路較陡的路段約1853m，對道路布設(shè)漿砌石排水溝，采用M75漿砌石砌筑，排入鄉(xiāng)村道路排水溝內(nèi)。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》(GB51018-2014)，排水工程等級為3級。排水溝采用矩形斷面，底寬0.4m，深0.4m，漿砌石壁厚0.3m，長1853m，共開挖土方1297m3(開挖土方可做為檢修道路坡面綠化覆土)，需漿砌石量為1001m3。

施工道路施工時形成的斜坡面通過撒播草籽的方式進(jìn)行治理，草種選用紫花苜蓿，穴播量60kg/hm2。草種要求籽粒飽滿，發(fā)芽率90%以上，純凈度95%以上，無病蟲害。經(jīng)估算，撒播草籽面積0.84hm2，需紫花苜蓿草種50.4kg。進(jìn)場道路采用永臨結(jié)合，項目運(yùn)行后作為永久道路，在道路回填一側(cè)種植行道樹和撒播草籽，樹種選用油松，苗高1.0-1.5m，穴狀整地60×60cm，株距為2.0m，需種植紫穗槐927株，需苗量946株（考慮2%的損耗）。草種選用紫花苜蓿，穴播量60kg/hm2。草種要求籽粒飽滿，發(fā)芽率90%以上，純凈度95%以上，無病蟲害。經(jīng)估算，撒播草籽面積0.46hm2，需紫花苜蓿草種27.6kg。

（四）輸電線路防治區(qū)

本項目輸電線路包括三部分：施工用電線路、集電線路和外送輸電線路，主體未對輸電線路進(jìn)行水土保持措施布設(shè)。

方案設(shè)計在施工前進(jìn)行表土剝離并就近堆放，堆土斷面為梯形，堆置高度1.0m，內(nèi)外側(cè)邊坡均為1:1，在堆土邊坡及頂部苫蓋彩條布、以防造成水土流失。輸電線路的材料堆放場和牽張場在施工前對原地貌的植被或作物進(jìn)行清理，再經(jīng)平整后用于堆放鋼材等材料，為了避免對地面土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，方案設(shè)計在材料堆放場地面布設(shè)彩條布苫蓋，施工結(jié)束后揭除便可直接進(jìn)行植被恢復(fù)建設(shè)。

施工結(jié)束后對施工擾動區(qū)進(jìn)行土地整治，以便于對臨時占地進(jìn)行植被恢復(fù)。植被恢復(fù)采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質(zhì)優(yōu)良的一級草籽，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草 30kg/hm2( 即混合撒播用量60kg/hm2)。

（五）供水管線防治區(qū)

主體未對供水管線進(jìn)行水土保持措施布設(shè)。設(shè)計在電纜溝開挖前先進(jìn)行表土剝離，堆放在電纜溝邊沿側(cè)，堆高2.0m，坡比1:1，堆土四周先灑水由鐵鍬拍實(shí)，進(jìn)行密目網(wǎng)苫蓋；施工過程中對供水管線開挖土方進(jìn)行防護(hù)，堆放在管溝一側(cè)，堆高1.0m，坡比1:1，四周灑水后用鐵鍬拍實(shí)，并進(jìn)行苦蓋處理。

施工結(jié)束后，對場區(qū)需綠化的區(qū)域進(jìn)行土地整治，整地面積為供水管線工作面，以達(dá)到后期植被恢復(fù)的要求。植被恢復(fù)采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質(zhì)優(yōu)良的一級草籽，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草 30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。

（六）施工臨建區(qū)防治區(qū)

主體未對施工臨建區(qū)進(jìn)行水土保持措施布設(shè)。在電纜溝開挖前先進(jìn)行表土剝離，堆放在電纜溝邊沿側(cè)并進(jìn)行苫蓋處理。施工結(jié)束后，對場區(qū)需綠化的區(qū)域進(jìn)行土地整治，植被恢復(fù)采用紫花苜蓿和白羊草混播，草籽量按1:1混合，選擇品質(zhì)優(yōu)良的一級草，播種密度：紫花苜蓿30kg/hm2、白羊草30kg/hm2（即混合撒播用量60kg/hm2）。

四、結(jié)論

本項目占地面積85.34hm2，光伏陣列場區(qū)表土剝離后進(jìn)行臨時防護(hù)，對場內(nèi)道路布設(shè)排水溝，施工結(jié)束后進(jìn)行全面整地、植被恢復(fù)；升壓站表土剝離進(jìn)行臨時防護(hù)；進(jìn)場道路表土剝離后進(jìn)行臨時防護(hù)，布設(shè)道路排水溝，道路種植行道樹，兩側(cè)坡面進(jìn)行綠化；輸電線路表土剝離后進(jìn)行臨時防護(hù)，臨時占地進(jìn)行全面整地、植被恢復(fù)等措施；供水管線和施工臨建區(qū)表土剝離后進(jìn)行臨時防護(hù)，臨時占地進(jìn)行全面整地、植被恢復(fù)等措施。通過各項水土保持措施的實(shí)施，可大大減少工程施工期的水土流失量，改善和提高工程區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，方案實(shí)施以后，項目建設(shè)造成的水土流失可以得到有效治理，各項目防治措施指標(biāo)均能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，并具有一定的生態(tài)效益、社會效益。

施工期應(yīng)劃定施工活動范圍，嚴(yán)格控制和管理車輛機(jī)械的運(yùn)行范圍，不得隨意行駛、任意碾壓。施工單位不得隨意占地，防止擴(kuò)大對地表的擾動范圍；設(shè)立保護(hù)地表及植被的警示牌。教育施工人員保護(hù)植被、保護(hù)地表，施工過程確需清除地表植被時，應(yīng)盡量保留樹木，盡量移栽使用；注意施工及生活用火安全，防止火災(zāi)燒毀地表植被；對防洪設(shè)施進(jìn)行經(jīng)常性檢查維護(hù)，保證其防洪效果和通暢；由于本項目施工周期較長，道路工程不可避免地會經(jīng)過汛期，部分施工道路和棄渣道路可沿溝道布設(shè)，施工隊伍在施工過程中應(yīng)做好汛期道路度汛工作；土建工程完工后，施工隊伍撤離現(xiàn)場前，由當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T進(jìn)行初步驗收；隨時投入運(yùn)行的水土保持工程應(yīng)有明確的管理維護(hù)要求。