水土保持低扰动措施技术探讨——以新疆昌吉热电联产工程为例

水土保持低扰动措施技术探讨
——以新疆昌吉热电联产工程为例

杨衡

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐830049)

【摘要】热电工程建设时间跨度大，具有复杂多变的水土流失来源，往往造成较大范围的扰动。为了进一步探索低扰动工程技术，为相关工程的水土保持措施提供优化设计依据，本文以昌吉热电联产工程为例，从工程选址、植物技术和工程技术三方面对低扰动施工技术进行了探讨，具有一定的理论意义和实用价值。

【关键词】热电工程；低扰动施工技术；工程选址；植物技术；工程技术

中图分类号：S157

Discussion on soil and water conservation low disturbance

measure technology

—with Thermal Power Cogeneration Project in Xinjiang as an example

YANG Heng

(XinjiangInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Urumqi830049,China)

Abstract:Thermal power project has larger construction time span as well as complex and diversified water and soil erosion sources. It always leads to disturbance in large scope. In the paper, Changji Thermal Power Cogeneration Project is adopted as an example in order to further explore low disturbance engineering technology and provide optimal design basis for soil and water conservation measures in related projects. Low disturbance construction techniques are discussed from three aspects of project site selection, plant technology and engineering technology with certain theoretical significance and practical value.

Key words: thermal power project; low disturbance construction technology; project site selection; plant technology; engineering technology

1项目概况

昌吉热电联产工程(2×350MW)位于昌吉市西部12km、二六工镇南部6km处，属于昌吉市二六工镇管辖范围。该期工程建设规模为2×350MW超临界单抽直接空冷凝汽式汽轮发电机组配2×1152t/h超临界、一次中间再热直流煤粉锅炉，属热电联产项目。工程主要包括厂区、厂外道路、厂外管线、输煤皮带、施工生产生活区和贮灰场等六大部分。厂区东西宽约582m、南北长约328m，该期工程占地面积20.00hm2。工程总占地87.95hm2，其中永久占地36.05hm2，临时占地51.90hm2，占地类型主要为耕地、草地、河滩地及未利用地。工程土石方挖方总量33.93万m3，填方总量36.23万m3，内部调运9.50万m3，外借方量2.30万m3，表土剥离量4.32万m3。工程总投资29.51亿元，建设期25个月。

工程区的主要气候特点是：冬冷夏热，气温年较差、日较差大，春、秋气温变化剧烈。降水较少，年际变化不大。春、夏多大风，冬季多阴雾天气，冻土较深。年平均气温为7.2℃，年平均风速1.9m/s，年均降雨量191.7mm，年均蒸发量为1772.3mm，最大冻土深度150cm。项目区土壤类型主要分为灌淤土、潮土、灰漠土、草甸土、盐土和沼泽土六个种类。场地地基土主要呈二元结构，上部为粉土层，下部为卵石层，粉土层厚约3m左右，下伏卵石层厚度大于20m。项目区地表人工植被较多，自然植被主要分布于田间道路和防护林带两侧。厂区水土流失的类型为微度水蚀、轻度风蚀，原生地貌土壤侵蚀模数为2400t/(km2·a)。土壤容许流失量为2000t/(km2·a)，项目区属自治区级水土流失重点监督区。

2水土保持低扰动工程技术

2.1厂址选择

厂址是工程项目水土保持扰动的重要影响因素，从有利于水土保持的角度进行厂址选择，是降低水土保持扰动的重要手段[1]。昌吉市2×350MW热电联产工程的设计目标是给昌吉市西南片区和高新技术产业开发区提供采暖热负荷，结合工程设计目标、周边条件以及厂址选择的技术因素，具备建厂条件的有二六工厂和开发区两个备选厂址。

从水土保持角度分析，二六工厂虽占用了部分耕地，但该耕地为规划中的工业用地，在土地扰动面积、土石方开挖量以及损坏水土保持设施数量上远小于开发区两个备用厂址，选择二六工厂，有助于降低水土保持扰动。

2.2植物技术

2.2.1工程中植物措施的配置原则

植物措施区包括主厂区、道路两侧绿化、厂外管线和输煤皮带恢复植被等[2]。主要从提高水土保持植物防治效果和绿化美化厂区环境两方面进行了初步设计，供园林设计部门在进行具体设计时参考。植物配置原则为：绿地分布均匀、合理，形成综合绿地系统，加强生态系统的稳定性和自身维护能力；尽量使用乡土植物。新引入的植物往往不适应环境变化，表现出生长不良、对病虫害抗性较弱等性状，乡土植物已经适应当地环境条件，具有较强的适应性、养护成本相对较低等诸多优点。在选择植物时应尽量多选一些物种，同时要兼顾各种植物类型，避免因植物搭配不当而破坏生态系统的完整性，使各种类型的植物各展风姿，相互映衬，和谐统一；注意植物层间的混配，搭配合理，乔灌藤草花并重，科学利用植物间的相互关系，形成高低错落、疏密有致的复层植物群落。

2.2.2植物种类选取及分布

项目区属温带大陆性干旱气候，地表主要为耕地，有少量夹荒地以及田间道路和防护林带。因此地表人工植被较多，自然植被主要分布于田间道路和防护林带两侧。该方案按照植物措施布设原则以及电厂不同功能分区、水土流失防治分区防护功能与环境美化要求，选择具有防尘、降噪、美化环境，且耐瘠薄、耐寒、耐干旱、根系发达、抗病虫害的树种，以及具有草层紧密、耐践踏、萌蘖力强等特点，且固土作用强的树种草种，或者在当地绿化中已推广使用的植物，确定合理树种、草种配置。根据对该区植物适宜性的分析，提出适宜的植物种类(见表1)。

2.2.3植物措施分布范围及面积

按照防治要求布设绿化措施，植物措施分布在相应的各个水土保持防治分区，各区选用的植物种类及面积见表2。

表1　项目区拟选植物种类及适宜范围

表2　各区植物措施种类

2.2.4植物技术典型设计

以厂区绿化为例，绿化树种乔木主要选择耐干旱瘠薄的圆冠榆，种植株行距为 3m×2m，乔木种植典型设计如图1所示；灌木主要选择紫穗槐，紫穗槐冠幅为 50cm，主要作为道路两侧美化树种，行带状密植，株行距为 2m×2m，灌木种植典型设计如图2所示；绿化草种选择白三叶，草坪种植典型设计如图3所示。

图1　乔木种植典型设计 (单位：cm)

图2　灌木种植典型设计 (单位：cm)

图3　草坪种植典型设计 (单位：cm)

2.2.5绿化水源

该工程排放的生活废水经处理后，可达到《耕地灌溉水质标准》，可以作为厂区内外及道路的绿化用水，厂区及厂外道路灌溉水源有保证，其中厂区采用管网灌溉，厂外道路采用水车拉运灌溉[3]。厂外管线及输煤皮带区无法保证灌溉水源，采取撒播种草、自然恢复植被措施。

2.3工程技术

2.3.1表土剥离和回填技术

由于表土层主要包括自然土壤中的腐殖质层、枯枝落叶层和耕地土壤中的耕作层，因此表土层对于施工后的植被恢复具有重要作用，表土剥离回填技术已成为目前重要的低扰动施工技术之一[4]。在表土剥离实施过程中要根据各工程分区土地扰动的具体特征及表层土壤不同状态确定剥离范围，对扰动较轻或表层土壤性质一般的区域，可不进行剥离。表土剥离的厚度应根据土地利用方向及覆土土方需求量等确定。根据上述要求，昌吉市热电联产工程施工过程中各工程分区表土剥离回填的主要技术指标见表3。

表3　各工程分区表土剥离回填的主要技术指标

2.3.2临时占地覆盖技术

在工程施工过程中由于场地平整、设备安装、汽车运输等活动，会对表层土体造成破坏，此外，在施工后的土地整治工作中还会再次对地表造成扰动，如不采取有效措施极易造成水土流失[5]。临时占地覆盖技术不仅能够降低施工对地表的扰动，减轻表土破坏程度，还能有效阻止降雨对表土层的冲刷，因此临时占地覆盖技术是降低水土流失强度的重要工程技术。对该项目的统计结果表明：采用临时覆盖技术每公顷能够减少水土流失22t，此外采用临时覆盖措施后减少了水保措施的工程量，每公顷可节约投资18000元左右。该工程根据实际情况对升压站和部分场内管线区域地表采取砂砾石覆盖措施，砂砾石覆盖面积为4.25hm2，砂砾石覆盖厚度为0.06m，覆盖量为2550m3。

3结语

大型建设工程在水土保持措施设计中应采用最小扰动原则。首先在工程选址中要考虑水土保持扰动量，尽量选择低扰动地址；表土剥离是重要的低扰动工程措施，剥离的范围及厚度要根据具体情况确定，避免多余扰动；推荐在施工场地采取临时覆盖措施，这不仅有利于防止水土流失，还可以减少施工结束后水保措施的工程量，降低工程成本。

参考文献

[1]许佩瑶,楚秀杰,翟雅,张凡,贾硕华.输变电工程水土保持技术探讨[J].亚热带水土保持,2013(1):54-56.

[2]王露露,孙中峰,朱清科.山西省输变电工程水土保持低扰动工程技术[J].水土保持研究,2013(3):10-15.

[3]孙中峰,杨文姬,宋康.输变电工程建设低扰动水土保持技术研究——以山西省输变电工程为例[J].水土保持研究,2014(3):62-67.

[4]刘刚,申义贤,裴华,李继洪,胡绍娟.输变电工程水土保持措施设计探讨[J].中国水土保持,2011(11):20-22.

[5]武哲.榆林—济南输气管道工程水土流失防治经验[J].中国水土保持,2011(12):54-56.

西北地区发展抽水蓄能的意义与面临的主要问题

《能源发展“十二五”规划》提出，2015年全国并网风电装机10000万kW，太阳能发电2100万kW。《可再生能源发展“十二五”规划》提出，到2020年累计并网风电装机达到20000万kW，并网太阳能发电达到5000万kW。截至2012年底，全国并网风电6083万kW，并网太阳能发电328万kW，距规划目标尚有一定的距离，因此规模化开发风电与光电，实现大基地开发对实现能源发展规划具有重要的意义。

1.西北地区是我国重要的新能源基地

西北地区能源资源富集，在我国能源发展总体布局和“西电东送”战略规划中，是重要的能源外送基地。近年来，西北地区积极加快电力发展，推进电力送出通道和本区电网的建设，促进能源资源在全国实现更好的优化配置。风能和太阳能是西北地区的优势能源资源之一，适合建设大基地集中开发及外送，在我国能源和电力发展战略中具有重要地位。

西北地区是我国风能资源最丰富地区之一，特别是新疆、甘肃等省区风能资源开发潜力巨大。根据气象部门风能资源详查成果，新疆和甘肃70m高风能资源技术可开发量分别为4亿kW和2.4亿kW，仅次于内蒙古。为了有效利用西北地区的风能资源，国家从2005年开始组织完成了甘肃酒泉和新疆哈密千万千瓦基地规划工作，并在2010年的风电接入电网和市场消纳研究中就西北地区风电的市场消纳做了重点研究，进一步明确了西北各省(区)风电的可开发潜力和消纳市场。基于上述研究，国家在全国风电“十二五”发展规划中，将新疆、甘肃以及宁夏列为重点开发区域，初步规划到2015年西北地区实现风电装机2600万kW以上，其中新疆规划规模1000万kW，甘肃规划1100万kW，宁夏规划规模300万kW，青海和陕西规划规模力争达到200万kW以上。《可再生能源发展“十二五”规划》提出，到2020年，甘肃、新疆风电装机分别达到2000万kW，宁夏达到400万kW。

西北地区也是我国太阳能资源最丰富地区之一，根据全国太阳能发电“十二五”发展规划，预计到2015年西北地区实现安装规模560万kW以上，其中：青海规划200万kW，新疆规划200万kW，甘肃规划100万kW，宁夏规划100万kW，陕西规划60万kW。

为解决西北地区新能源的市场消纳问题，国家规划建设新疆哈密至河南郑州、哈密至重庆、甘肃酒泉至湖南株洲、宁东—浙江±800kV直流输电通道以及新疆至陕甘青宁电网750kV第二通道。

2.风电与光电并网存在的主要问题

目前西北电网新能源接纳存在的主要问题有：

(1) 西北电网负荷水平相对较低，对风电、光电等新能源的接纳空间有限。西北地区风能资源、太阳能资源富集区均远离主电网负荷中心，大多位于电网末端，当地消纳能力十分有限。

(2) 电网调峰能力不足。陕西、宁夏、新疆主电网等都是以火电为主的电力系统，加上热电机组比较多、常规水电受综合利用制约，调峰能力成为制约电网接纳风电、光电能力的重要因素。

(3) 配套的电网送出工程、调峰电源建设滞后。大规模风电、光电等新能源仅仅依托西北电网以750kV为主的主网架和网内调峰电源无法完全消纳，需和其他具有调峰调频能力电源共同组建输电平台，依托特高压输电线路外送至区外消纳。风电、光电工程建设周期短，相应配套的电网送出工程和调峰电源建设周期均较长，两者的建设管理模式亦不同，协调难度较大，制约了风电、光电等新能源的大规模开发。

(4) 风、光功率预测系统，电能质量在线监测等新能源接入电网相关技术仍需进一步完善;动态无功补偿装置、功率控制系统等装备水平有待进一步提高。

上述问题涉及输送通道建设、负荷水平、调峰能力、运行调度及管理体制等多方面。对于输送通道不足的问题，需加强规划协调，加快电网和配套电源建设;对于负荷水平低、电力市场空间不足的问题，需考虑将一部分新能源外送消纳;对于电网调峰能力和快速反应能力不足的问题，在充分发挥黄河上游常规水电调峰能力的基础上，还需配置一定规模的抽水蓄能电站。

3.抽水蓄能电站对促进风电与光电消纳具有重要的作用

(1) 抽水蓄能电站可以增强电网调峰能力，并相应提高电网接纳风电、光电的能力。抽水蓄能电站调峰能力强，反应速度快，运行方式灵活，可显著提高电网调峰和快速反应能力，相应提高电网对风电、光电的接纳能力。

(2) 抽水蓄能电站是当前最具规模化和最经济的“储能”方式。利用这种独特的“储能”功能，可以平滑风电、光电的出力过程，减轻对电网安全稳定运行的影响。

(3) 抽水蓄能电站是构建“多能互补”平台的关键组成部分。抽水蓄能、风电、光电、水电、火电等多种电源合理组合形成“多能互补”平台，能够取长补短，发挥各类电源的优势，能对出力过程进行控制、调节和优化。抽水蓄能电站具有发电和抽水，即增、减出力的双重功能，因此，是调节、优化出力过程的关键和有效措施。

(4) 抽水蓄能与风电、光电具有较好的容量和电量互补特性。风电、光电主要为电网提供电量，而抽水蓄能电站则以容量作用为主，因此，抽水蓄能是风电、光电合适的配套互补电源。抽水蓄能与风电、光电协同发展，配合运行，对促进风电、光电规模化持续发展具有重要作用和长远意义。

西北地区风电、光电的快速发展对建设抽水蓄能电站提出了迫切要求。在风电大规模并网之前，西北电网依靠常规水电和火电调峰就能满足电网调峰需要，未规划建设抽水蓄能电站。但随着风电、光电并网规模不断加大，加之常规水电资源大部分已得到开发，后劲不足，仅靠常规水电和火电调峰已难以满足风电、光电快速发展对调峰的要求。目前，甘肃、新疆等地已经出现因为电网调峰能力不足而制约风电消纳的情况，今后更大规模的风电、光电并网对电网调峰能力的要求将更高，因此，在这些地区建设抽水蓄能电站已变得十分必要。

在远离负荷中心的大型风电、光电基地附近，配套建设一定规模的抽水蓄能电站和其他电源，构建“多能互补”平台和坚强送端电网，可显著提高长距离外送电力的稳定性和经济性。甘肃酒泉、新疆哈密千万千瓦风电基地和青海柴达木千万千瓦光电基地，都具有大规模开发的优良资源条件，但远离负荷中心，并且也难以全部在本区电网内消纳，所以需要长距离输送到其他区域消纳。在这些基地附近配套建设一定规模的抽水蓄能电站，构建“多能互补”平台，对促进大型风电、光电基地开发和电力外送，实现可再生能源在更大区域范围的优化配置，具有重要作用和深远影响。

西北地区发展抽水蓄能电站面临的主要问题

1.前期工作推进难度大

近年来根据国家发改委、能源局的安排，水电水利规划设计总院、国网新源公司委托西北院相继完成了新疆、甘肃、陕西、宁夏等省区的抽水蓄能电站选点规划，规划结果表明，西北地区具有一定的抽水蓄能站点资源，但是前期工作推进困难。长期以来，西北地区的经济结构中重工业比重较大，日负荷率保持在0.8左右，电力供给中电量需求矛盾为主，而与之相交，电源结构中，水电比重保持在30%左右，且调节性能较好，电网调峰矛盾不突出，因此难以接受抽水蓄能电站对电量的消耗，前期工作推进慢，配合千万千瓦级新能源基地外送的抽蓄前期工作远滞后于输电通道的工作进程。

2.工程投资相对较高

西北地区由于其独特的地理位置、地形地质条件与气候条件，西北地区的抽水蓄能电站有自己独有的特点。

西北大部分地区海拔高，新疆、青海、甘肃抽水蓄能电站基本位于海拔2000～3500m高程。陕西以外，西北其他地区极端最低气温在-30℃以下，甚至达到-40℃。降雨量小、蒸发量大，陕西以外省区年降雨量在150～300mm，蒸发量在2000mm以上。河流含沙量高。

因此，保证过机含沙量不超标、保证电站发电用水及冰冻期电站安全运行是西北地区抽水蓄能电站设计中需要解决的重要问题。此外，适应风电与光伏发电随机性、间歇性、波动性的调频、调峰要求，机组运行工况转换频次增加，对机组性能也会有更高的要求。

目前，防止冰冻和处理冰的问题尚在研究中。为保证发电用水，设计中考虑了水损备用库容。保证过机含沙量满足要求的主要措施是建拦沙坝，即，在水源库上游再修建一座坝和泄洪排沙洞，通过泄洪排沙洞将高含沙量(超过过机含沙量要求)水流排至水库下游，并能保证给水库补充清水。

与我国南方的抽水蓄能电站相比，西北地区抽水蓄能电站受水源条件、地形地质条件的制约，其上、下水库成库自然条件较差，备用库容也要大一些，坝体普遍较高;为满足过机含沙量要求，抽水蓄能电站普遍在库尾布置了拦沙坝。因此，西北地区抽水蓄能电站建设投资相对较大，根据目前进行前期工作的项目分析，西北地区抽水蓄能电站单位千瓦投资较好的站点在4800元左右，一般在5000元左右。

3.配合大基地外送抽水蓄能电站的运行方式及评价方法有待进一步研究

服务于电网内的抽水蓄能电站主要承担电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用及保安等作用，其大多数运行方式为在负荷高峰时发电、低谷时抽水，虽然其动态效益难以量化，但其在电网中由于调峰填谷产生的静态经济效益可通过电源扩展优化量化计算。

配合大基地外送的抽水蓄能电站其主要运行方式为在风电、光电出力大系统无法消纳时抽水储能，风电、光电出力变化较大时或系统负荷高峰时发电，提高可再生能源利用率，平抑风、光电出力波动对电网安全稳定影响，其主要静态效益包括容量效益、提高可再生能源电量利用率、提高输电线路经济性等，与网内配套抽水蓄能电站的运行方式和评价方法不同，如何量化计算配合大基地外送抽水蓄能电站的效益有待进一步研究，以合理评价其经济性。

促进西北地区抽水蓄能电站发展的措施建议

1.做好选点规划工作，重新认识抽水蓄能电站。目前，西北五省(区)中陕西、甘肃、新疆、宁夏抽水蓄能电站选点规划已完成，青海抽水蓄能电站选点规划已开展，随着经济社会的不断发展以及电网结构和新能源发展的变化，应适时开展动态的选点规划以适应新的要求。西北地区因黄河上游水电较强的调峰能力，还没有建成的抽水蓄能电站，对抽水蓄能电站在电力系统尤其是配合新能源运行等方面的作用和意义有待重新认识，需在做好必要性论证的基础上加大抽水蓄能电站的宣传力度，认识和接受抽水蓄能电站。

2.加快开展前期工作，优化工程设计。西北地区仅陕西镇安、新疆阜康、甘肃肃南正式开展了前期勘察设计工作，新疆哈密、甘肃玉门、宁夏中宁、青海格尔木等配合风电、光电运行的抽水蓄能电站均未正式开展前期工作，这些区域风电、光电规模大，发展速度快，而抽水蓄能电站建设周期较长，为保障新能源消纳，需加快开展西北地区抽水蓄能电站前期工作。同时，为合理降低抽水蓄能电站投资，保障项目的经济合理性，在设计中应加强方案比较论证，优化工程设计。

3.加强系统理论研究，尤其要加强抽水蓄能电站促进新能源发展的作用和效益研究。电价机制的不完善也是影响抽水蓄能电站建设的重要原因，应尽快开展价格机制研究，理顺价格体制。

4.加强建设管理和运行管理，建立完善的建设运行管理机制。

来源：北极星电力网2015年3月18日

http://news.bjx.com.cn/html/20150318/598962.shtml