风电场建设对河西走廊水土流失的影响及防治对策

赵陟峰，吴 震，周建海，周 波，张新民

(1.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃兰州730020;2.交通运输部环境保护中心，北京100013;3.北京林业大学水土保持学院，北京100083)

在几千年前，风力就是人们生活、生产、航行的重要动力之一。近年来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，人们对风能的利用日益关心。作为可再生能源的风力资源以其蕴藏量巨大、分布广泛、无污染等优势而在各国迅速发展［1］，风力发电是目前最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的新能源技术之一［2］。我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，可开发风能资源总量约为10亿kW，主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上［3］。甘肃的风能蕴藏丰富，尤其是河西走廊的瓜州素有“风库”之称［4］，上千公里的狭长河西走廊，其独特的地理环境具有强烈的狭管效应，形成了中国乃至世界特有的风能资源富聚集带，开发前景广阔［5］。为充分利用河西地区丰富的风能资源，我国在酒泉地区规划建设了第一座千万千瓦级风电基地。目前，千万千瓦级风电基地建设已进入高速发展期，预计到2015年酒泉风电基地装机容量将达到1271万kW，到2020年达到2000万kW［6］。河西走廊大部分地方为荒漠、戈壁和草原，戈壁上的砾石层及植被保护层很容易遭破坏，且恢复难度大，特别是大型机械的应用更容易对戈壁造成破坏。风电场工程的建设必然要扰动地表，破坏植被，造成水土流失，影响生态环境。因此，加强水土流失防治，将生态破坏影响降到最低点，是建设风电工程首先要考虑的问题。

1 风能资源及区域自然状况

河西走廊系指甘肃省黄河以西的地区，在行政区界上包括武威、金昌、张掖、嘉峪关、酒泉5个地级市，总面积约21.5万km2。河西走廊地处祁连山脉以北、合黎山和龙首山以南、乌鞘岭以西，海拔1100—1500 m，大部分地方为祁连山北麓冲积—洪积扇构成的山前倾斜平原。地貌由南到北大致为山地、平原、戈壁，亦有交错分布，其中戈壁约为683.3万hm2，占走廊总面积的30%以上。

河西走廊风能资源丰富的主要原因是西伯利亚冷高压形成的冷空气于冬春季入侵我国的西路、西北路两条通道，再加南部有青藏高原的阻挡，形成了有利于风速加大的地形条件即狭管作用，得天独厚的地理条件使得河西走廊长年盛行西北风，风力强且频率高。在河西走廊建设风电场具有以下优势:一是年有效发电时数长，年有效风速时数在6000 h以上，年满负荷发电在2300 h左右;二是风力能量密度大，风能富集区年平均有效风功率密度在150 W/m2以上，风速年内、年际变化小;三是风电场的建设条件好，易开发建设的风电场大都在荒漠戈壁之中，临近交通干支线，地势平坦广阔，不需占用耕地，投资成本低;四是风力发电的气候环境好，极限低温不低于零下30℃，空气湿度低，没有盐雾、冰冻等自然灾害，有利于风机寿命的延长［7］。

河西走廊虽然风力资源丰富，但同时气候异常、生态脆弱，大部分地方为荒漠和戈壁，地形平坦开阔，植被稀疏，降水少，蒸发量大，大风日数多。工程建设扰动破坏了原地貌的表层结皮及植被，造成表层土壤结构松散，使得地表抵御风蚀的能力大大降低，极易被风吹动造成水土流失。从对已实施的部分风电项目的调查来看，由于施工过程中治理不及时和自然条件等原因造成的水土流失比较严重，对生态环境影响比较突出。

2 风电场建设的水土流失及其特点分析

2.1 风电场建设引发的水土流失

2.1.1 建设期的水土流失

风电场建设期包括施工准备期和施工期。施工准备期由于施工及设备存放场区需要进行场地平整，扰动地表，降低了原地貌的土壤抗蚀能力，引发水土流失 风机及箱式变压器基础的开挖与回填、架空电缆塔杆基础和地埋电缆沟的开挖与回填、升压站建设、吊装场地平整等破坏植被，严重破坏土壤结构，造成水土流失;场区内检修道路及改扩建施工道路扰动面积大、土方量大，大面积的原地表土壤结构被破坏，导致水土流失大大加剧，是产生土壤侵蚀的重点部位;临时设施的建设会破坏地表引起新的水土流失，如临建宿舍及办公室、砂石料堆放场、材料设备仓库、生产生活用品仓库和机械停放、材料钢筋加工厂内设置机械修配厂及综合加工系统等［9］。此外，施工材料和临时堆土的保护不到位，生产生活垃圾和污水的倾倒、排放不到位，也会产生水土流失;工程施工过程中会较大面积地扰动原地貌，损毁地表植被，产生水土流失，在春秋季，工程建设形成大面积裸露面，运输车辆道路扬尘、施工作业扬尘等在频繁而强劲的大风作用下将造成风力侵蚀，在雨季，工程建设改变地表形态和径流汇集方向，降水形成地表径流，冲刷裸露地面造成水力侵蚀。

2.1.2 自然恢复期的水土流失

自然恢复期各建设类工程已全部完工，扰动区域被建筑物覆盖或被硬化、绿化等措施所保护，水土流失量逐渐减少［10］。但在自然恢复期内植物措施充分发挥作用仍需一段时间，水土流失还会有一定时间的延续［11］。因此，水土流失防治的重点为风机场地、安装平台、电缆敷设区域、道路两侧、升压站等采取措施但尚未完全恢复的区域。

2.2 河西走廊风电场建设的水土流失特点

2.2.1 特殊的自然条件容易产生水土流失

风能资源丰富、风力能量密度大、地势平坦广阔等特殊的自然条件是河西走廊建设风电场的优势，同时也使得该区极易产生水土流失。河西走廊大部分地方为荒漠和戈壁，植被覆盖度低，不能形成地表有效保护层。地表多为戈壁砾石及细砂所覆盖，人为扰动后地表砾石及土壤覆盖结皮遭到破坏，颗粒细小的土壤极易被风吹蚀。原地表土壤结皮遭到破坏后，由大风吹拂造成的土壤侵蚀将大大加剧。风电场地处地势较为平缓的冲洪积倾斜戈壁平原，无障碍物阻挡降低风速，因而有利于风蚀的产生和加剧。

2.2.2 水土流失形式多样、地表恢复难度大

河西走廊风电场工程水土流失以风力侵蚀为主，兼有水力侵蚀。在春秋季，工程建设对地表的扰动和临时堆土，为水土流失提供了物源，在频繁而强劲的大风作用下将造成扬尘，产生水土流失;在雨季，降水形成地表径流，也将形成水土流失。风电场工程施工作业面分散，水土流失具有点、线、面侵蚀并存的特点。点状侵蚀集中于风电机组区，风电机组、箱式变电站基础开挖、回填扰动原地貌，破坏地表土层结构，尽管每个风电机组基础施工破坏植被的面积不大，但一座风电场一般有风机33台或58台，甚至更多;线状侵蚀则发生于道路系统和输电线路区，运输车辆道路扬尘及输电线路的开挖、回填会造成水土流失;面状侵蚀集中于施工生产生活区、升压站区，机械碾压、施工材料堆放等均扰动原地貌、损坏地表植被。河西走廊的自然条件非常不利于植被恢复，而扰动地表重新形成土壤结皮的周期较长，若在施工过程中不注重表土保护则后期植被恢复难度会很大。

3 水土流失防治对策

3.1 严把项目的准入关，确保水土保持方案落到实处

各级水行政主管部门应对申报建设的风电场项目严格审查，要确保风电场项目严格贯彻落实水土保持法的规定，严把准入关。水行政主管部门还应严格风电场项目的水土保持方案审批工作，保证风电场建设过程严格贯彻水土保持法的相关规定，依法编制切合实际、可操作性强、高质量的水土保持方案。在项目施工建设过程中，水行政主管部门要发挥指导作用，让建设单位明确工程项目水土流失防治责任范围、损坏水土保持设施须缴纳的补偿费及工程建设中需要采取的水土保持措施。此外，水行政主管部门应强化依法行政，督促建设单位按照水土保持“三同时”制度实施建设，确保方案得到落实。在项目建设过程中适时进行水土流失治理，以开发促治理，以治理保开发，形成水行政主管部门监督管理、相关部门积极配合、开发建设单位各负其责共同防治水土流失的局面，保障自然资源的可持续利用和区域生态环境的良性循环。

3.2 加强施工管理，落实水土流失防治措施

风电场建设项目施工中，要优化建设时序、合理安排工期。风机基坑、建筑物基础和线缆埋设沟开挖等工序产生疏松裸露的开挖面和临时堆土点较多，应集中力量，加快施工速度，缩短强度流失时段，避免在水蚀或风蚀强度较大的雨天或大风天施工，减少水土流失。在项目区合理布置施工场地、施工道路，尽量减少施工占地，减少破坏地表植被面积，保护地表原生植被和结皮。加强施工管理，在规划用地红线范围内设置警示牌，防止施工车辆、人员随意碾压、践踏、破坏施工范围以外的原地表;加强对施工运输车辆的管理，禁止在戈壁上随意开辟道路行驶，减少对植被的碾压破坏;在道路施工时，要严格按照设计的宽度和范围修筑，尽量利用原有道路;通过合理调配，提高土石方开挖利用率，将弃渣量减少到最低程度。另外，施工结束后要及时进行覆土平整和植被恢复。

结合风电场建设工程的特点、区域自然条件及工程的功能分区等，将水土保持工程措施、临时措施和植物措施有机结合，合理布局，形成完整的水土保持防护体系。施工道路路面应用砾石压盖或混凝土硬化处理，以减少施工过程中的扬尘和碾压破坏后造成的水土流失。大风天气要对容易起沙的场所，如各施工便道、建筑材料堆放区、机械和人为活动扰动频繁区域，采取遮盖、洒水等抑尘措施;临时堆放的土石料和运输车应遮盖;施工过程中的临时堆土应遵循“先拦后弃”的原则，用装土草袋挡墙拦挡，裸露面及时用防尘网苫盖。对施工机械碾压、人员践踏和土方临时堆放占压等造成破坏程度较轻的区域，可依靠自然的修复能力对生态进行自然恢复，极干旱的荒漠区无法恢复植被的，应采取砂砾石覆盖;植被恢复时选择旱生的植物种，以灌木和草本植物为主，在水分条件好的地段可适当考虑乔木树种，有条件的地区还可以在坡面路旁设置雨水集蓄工程，蓄集雨水供植被利用。

3.3 及时进行水土保持监测，完善后续措施

开发建设项目水土保持监测是验证项目水土保持方案、水土保持措施实施情况及效果的根本手段，为水土保持设施验收提供基本依据。监测的内容主要有水土流失因子监测、水土流失状况监测、水土保持措施防治效果监测等。监测人员必须及时对施工过程中的扰动范围、扰动程度、水土流失等进行监测，因为实时、准确和翔实全面的监测数据是保证水土保持措施进行科学布设的前提。通过对风电场项目建设全过程进行水土保持监测，评价项目各环节的水土流失防治效果，判别是否达到国家规定的防治标准和水土保持方案确定的防治目标，为水土保持专项验收提供依据。通过统计、计算和分析监测数据，准确掌握建设项目水土流失动态变化和水土保持措施效果，以便发现问题及时采取相应的补救措施，确保各项水土保持措施能正常发挥作用，减少人为水土流失;及时发现重大水土流失危害隐患，并提出防治对策建议，以便补充和完善相应的水土保持设施和措施，保障工程安全运行;同时，提供水土保持监督管理技术依据和公众监督基础信息，对项目区生态环境的有效保护和及时恢复具有一定促进作用。

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