河北省光伏发电项目水土流失特点及防治措施分析

邢晓光，贾志军，王淮亮，王 微，张 晨

(河北省水利技术试验推广中心，河北 石家庄 050061)

开发太阳能等可再生能源是我国实现可持续发展的重要途径，也是国家能源战略的重要组成部分[1]。河北省地处我国的中东部，大部分地区属于太阳能资源“较丰富带”，太阳能资源的分布具有北部高于南部、内陆高于沿海的特征。2013年以来，受政策的引导，河北省已建成了一批光伏发电项目，且将要上马另一批项目，主要分布在北部的坝上高原区、燕山山地和西部的太行山区。由于光伏发电项目占地面积大，项目选址或位于易产生水土流失的低山丘陵区，或位于坝上高原生态环境脆弱区。其中坝上高原区地势较为平缓，海拔在1 200 m以上，自然植被主要是杂草和零星乔灌木，林草覆盖率较低，土壤多为栗钙土，土壤瘠薄，属京津风沙源重点治理区，水土流失以风力水力交错侵蚀为主。燕山山区和西部太行山区建设的光伏发电项目多位于山麓及低山丘陵区，山麓地势较为平缓，低山丘陵区地势起伏较大，光伏板多布置在坡度较小的山坡上。该区域土层厚度不均，主要植被是草、低矮灌木和小乔木，植被盖度低，主要受水力侵蚀。本文对河北省光伏发电项目的水土流失特点进行分析，并探讨防治措施。

1 光伏发电项目的组成

河北省所建设的光伏发电项目主要由光伏发电区、办公区、施工生产生活区、集电线路和道路组成。其中光伏发电区占地面积最大，包括光伏阵列、逆变器室和箱变，多以1 MWp作为一个光伏发电单元，每单元占地在1.5～2.0 hm2，采取固定式支架安装，根据所处纬度不同，最大倾角在30°～35°之间，最小离地距离0.4 m。为避免光伏板间相互遮挡，每排光伏板之间保留一定宽度的空地，空地宽度依地形确定，在3～6 m之间。光伏电池板发出的电汇聚至就近布置的逆变器室，经箱变升压至35 kV。办公区包括35 kV开关站和办公楼等生产管理设施。施工生产生活区在办公区附近布设，部分临时生产生活设施可布置在办公区内。集电线路首先将光伏组件发出的电输送至汇流箱，再由汇流箱至逆变器室及箱变，此段电缆采用桥架的方式，逆变器室至35 kV开关站多采用地埋电缆的方式，少数光伏区布置较分散的项目也采用架空线路。道路连接各光伏发电单元，方便施工、巡视检修。

2 施工设计和工艺的水土流失分析及建议

项目的施工设计和工艺决定着对地表的扰动类型和扰动程度，因此从扰动地表类型和程度的角度可分析光伏发电项目施工设计和工艺造成水土流失的环节和水土流失特点。

2.1 场地平整

光伏发电项目占地面积较大，考虑经济因素，多数是占用灌草地。位于高原区、平原区的发电项目，地势平坦，一般不需要进行场地平整。而选址在山区丘陵区的光伏发电项目，为保证发电效率，光伏板倾角不宜大于35°，若选择在坡度大于35°的山坡上布设光伏板，则需要进行放坡整地，扰动地表会十分剧烈，从水土保持角度分析，应禁止此类整地的施工设计。在山区的项目选址过程中，应尽量选择坡度较小的区域(35°以下)，顺坡就势进行光伏设备的布置，这样既能减少对地表的扰动，也易于后期治理。

2.2 光伏支架基础施工和光伏板安装

光伏支架基础有3种形式，一是条形基础，二是钻孔灌注桩基础，三是螺旋钢桩基础。条形基础施工时需开挖宽约0.5 m的条沟，埋设钢筋混凝土条形基础，地面以下基础埋深0.3 m，地面以上0.2 m。基础上设置螺栓，安装支架，这种基础形式扰动地表面积较大，程度剧烈，因此应尽量避免选择此类基础形式。钻孔灌注桩基础施工时采用打桩机打孔，操作简易，孔深0.6～1.2 m，直径0.15 m，孔内加注锚固材料，将加固型钢管旋拧至设计深度后进行二次灌浆固定钢桩，支架立柱通过螺栓固定在钢管桩内。螺旋钢桩基础多用于岩质地表，采用手提电钻钻孔，螺栓固定支架。后面两种基础施工扰动地表程度和面积均较小，没有大量的土石方开挖、回填，不会产生弃方，造成的水土流失较轻。

2.3 道路施工

施工道路、检修道路的修建，一般依据项目的施工需要和运输检修机械来确定道路的形式，多采用泥结碎石路面。在山区丘陵区修建道路时，多数地段需沿等高线顺地势修建，以减少挖填方。

2.4 构(建)筑物建设和变压器等设备的安装

构(建)筑物主要包括办公区和逆变器室，施工前进行的场地平整、基础施工对地表扰动剧烈，因此要求施工前应注意表土资源的保护，场地平整时尽量利用原地形地势移挖作填，减少动土方量和倒运次数。基础施工时应以机械为主，基建施工、设备安装等采用流水作业，减少扰动时间；施工时加强临时拦挡、排水和遮盖措施，做好边坡防护。

2.5 光伏发电板的清洗

光伏板会被浮尘覆盖，影响发电效率。建设运行单位一般采用冲水和湿抹布人工擦拭两种方式对电池板进行清理。冲水清洗的方式用水量较大，需要运水车辆，对场内道路等级要求较高，因此从水土保持角度分析，建议采用湿抹布人工擦拭的方式，省水且易于操作，但耗费人力。

3 水土流失防治措施布置

按照项目布局和施工工艺特点，针对工程建设过程中各防治分区的水土流失情况，因地制宜地布置防治措施。

3.1 表土资源的保护措施

要加强对表土资源和地表植被的保护，尤其是在土层较薄的坝上高原区，构(建)筑物、道路、电缆沟等在施工前，要将表土层剥离，集中堆放，并洒水养护。施工结束后覆土平整，有利于植被恢复。

3.2 边坡防护和截排水措施

位于山区丘陵区的光伏发电项目在建设过程中形成的高陡边坡，需要布置边坡防护措施。位于山坡上和上游有汇水的光伏发电区、办公区应布置截水沟，引导雨水下泄，减少对项目区的冲刷。道路两侧要布设排水措施，防止路面受冲刷。

3.3 光伏板下缘地表保护措施

光伏板表面光滑，面积较大，大气降水将沿光伏板下缘下泻至松散地表，容易造成水土流失。为此，可以在下缘地表布设碎石以减弱雨水对地表的冲刷。另外，可采用在光伏板下缘悬挂雨水收集槽的方法，将光伏板上的雨水引入收集槽，再通过管道或沟渠汇至水窖或蓄水池，既可以收集雨水，又可减弱雨水对地面的冲刷。

3.4 植被恢复措施

为减少植被对光伏板的遮挡，影响发电效率，施工前需将项目区内原有的乔灌木移出光伏发电区，因此应做好移栽树木的保护。施工结束后，采取种草的方式恢复植被，不再栽植乔灌木。已建成的光伏发电站，光伏板下阳光直射较弱，土壤水分大，多采用自然恢复植被的方式，恢复效果不错，能达到水土保持的要求。而每排光伏板之间的空地、土层较薄的区域，植被恢复效果较差，需人工覆土种草，这样才能达到水土保持要求。在距离光伏板较远道路的两侧等区域，仍建议采用乔灌草结合的方式恢复植被。

4 结 语

未来相当长的时期，太阳能资源在我国的能源结构中将处于十分重要的地位，河北省也将大量发展光伏发电项目。为保护项目区的水土资源，在项目施工过程中，一是要优化施工设计和施工工艺，减少地表扰动面积和程度；二是以区域地表整治、植被恢复和重建为防治方向，将边坡防护、截排水等工程措施与植物措施相结合，综合防治工程建设造成的水土流失。

[参考文献]

[1] 胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，35(1):69-72.