湖北风电场生态环境影响调查方法与研究

何飞 王林 廖洁

(湖北省气象服务中心 武汉 430205)

0 引言

根据全国风能详查和评价结果显示，我国中部内陆地区的山脊、台地、江湖河岸等特殊地形有较好的风能资源分布，适宜分散式开发利用[1]。湖北属于内陆中部地区，风能资源在山区较丰富，截至2015年底，湖北省已建成30座风电场，总装机容量为122.12万kW，各个风电场的装机容量为1.36万～4.98万kW，均在5万kW以下，在进行环境影响评价(以下简称环评)时需进行报告表的编制。随着风电场建设项目的日益增多，环境影响也日益突显，如噪声影响、生态环境影响以及电磁辐射影响。

风电场环境影响评价工作是我国风电场建设项目的前置条件，其技术方法主要参考《环境影响评价技术导则非污染生态影响》(HJ/T 19—2011)，但尚无相应的技术导则。国内相关文献，有对风电场环境影响开展的研究[2-3]，也有对风电场的环境影响评价原则[4]、技术要点[5]及应对措施[6-7]开展的研究。这些研究或以单个风电场为例开展研究，或笼统地说明风电场环境影响评价中的步骤。不同类型的风电场突显的环境问题各有不同，在内蒙古和河西走廊一带，风电场多处于风沙草原上，地势平坦广阔，生态环境相对简单脆弱，地表植被破坏严重，土地荒漠化严重，对鸟类和景观的影响较大；在滨海地区的风电场易产生鸟类、景观、渔业和航道的影响；在内陆和山地区域，辐射、噪声、光影对周围居民的影响和山地的水土流失则更受关注[8]。

本文基于风电场环境影响评价中使用的多种规范，根据风电场建设项目的工程分析，结合湖北省风能开发区域的生态环境特点，提出适合南方复杂山区风电场建设和运营过程中环境影响评价的调查因子和方法，为风电场环评工作及建成后的环境影响调查提供参考。

1 湖北省风电场地形、气候特征分析

1.1 土地类型

由于湖北省风电场大多建在海拔较高的山脊区域，风电场所在地的土地类型基本为灌草地、林地、耕地、水域和建筑用地，其中灌草地面积最大，林地次之，水域和建筑用地面积极小；少数地区风电场可能占用当地村民开荒的农耕地，例如大悟的仙舞山耕地与林地的优势度相当。湖北的风电场多处在山区，属于农村地区，环境空气质量一般为二级，声环境质量为1类。

山区风电场的特殊地形及地理位置，决定了风电场开发区域原本就存在一些主要的生态环境问题：土壤侵蚀(主要是风蚀)，毁林开荒，陡坡垦殖以及景点、矿业的开发等不合理开发导致水土流失加剧，生物多样性面临威胁。

1.2 气象条件概况

湖北省风电场所在地均属于亚热带季风气候区，光照充足，热量丰富，降水充沛，无霜期长，四季分明，冬冷夏热。风功率密度等级为1～2级，装风机轮毂高度处代表年平均风速5.26～6.70 m/s，可利用风能多，破坏性风速较少。雨热同季，降雨多集中在3～9月，平均降水量在883～1 600 mm之间，大部分地区年平均降水量在1 100 mm以上。

2 生态环境影响因素分析

2.1 风电场主要环境影响

湖北省风电场作为南方复杂山区风电场的典型代表，地处山区，以森林生态系统为主，水土保持是风电场所在区域重要的生态服务功能。区域雨量充沛，季节性降水较多，在施工期易造成水土流失，但有利于建成后植被的恢复。风电场的调查范围内，敏感目标为自然村落，少数靠近风景区，与地表水体距离均较远，因此噪声对居民区的影响、风电场布局对景观的影响是湖北省风电场生态环境调查的重点之一。

由于风电场多建在山区，地形较为复杂，需修建较长的进场道路，风电场的布设相对平原地区会产生更多的固体废物，破坏较多的植被，因此占地、固体废物处理对植被的影响是这类风电场在进行生态环境影响调查时的另一个重点。

2.2 污染源分析

结合工程分析，环境影响的污染源可以通过列出所有的产排污环节来确定。目前湖北少有分散式风电场，基本每个风电场都配备110 kV的升压站，用以将风电设备产生的低压电能转化成高压电能从而并入电网。因此风电场的建设包括风机区域施工、升压站区施工以及场内道路的施工建设。施工阶段涉及到对土地的占用，场地平整和基础开挖等活动，最为显著的环境影响即是噪声污染、水土流失和生态破坏。运营期间，风电场的主要污染是风电机组在发电过程中造成的噪声污染。

风电场建设至运营的各个环节涉及到对水、气、声、渣、电磁场几种形式的影响，这几种环境影响又共同导致了风电场生态环境和景观的改变。表1将列出各种环境影响因素的污染源和调查因子。

表1 风电场生态环境影响污染源及调查因子

续表1

对大气和水环境的影响调查因子中，选用反映环境介质的基本因子及污染造成的特征因子共同构成，大气中PM10，SO2，NO2作为反映风电场空气质量的监测因子，TSP作为挖土扬尘的监测因子，碳烟作为发电机造成的燃料废气的监测因子，共同说明风电场施工造成的空气污染程度。

对声环境的影响调查因子是噪声源强及场址、敏感点的昼夜等效连续A声级。噪声源强可反映施工期机械噪声和运营期风机、升压站噪声的污染源强，根据声音传播的规律推算至场界或敏感点的影响，敏感点和场址、场界处的昼夜等效连续A声级反映风电场所在地的声环境质量情况。

固体废物的调查因子主要关注施工期的工程土石方平衡，由于湖北省内风电场建在山区，风机基础和变电站的建设都涉及大量的工程挖方，风电场根据山地的地形优势，多会选择就地回填。固体废物的影响，不仅来自于最后的弃渣量，也受弃渣堆放方式的影响，弃渣场和表土临时堆场是水土流失的重点源项。

升压站产生的工频电、磁场强度和无线电干扰值是监测辐射的定量因子，工频电、磁场强度随着与升压站距离的增加而迅速衰减，无线电干扰值与距离没有明显关系。

在已有的风电场环境影响评价中，对景观的评价多为定性的描述：“风机建成后成为一组特别的景观”。但是随着风电场快速发展，大面积山脊被风机占领，不能只用定性的描述来说明风电场的影响，有必要量化风电场对景观的影响。由于对景观的影响主要取决于人的主观看法，因此本文查阅相关标准，选出景观相融性和景观破碎度两个调查因子，景观相融性是通过专家的主观感受打分得到，景观破碎度则是从定量的角度来说明景观的完整性。

风电场的生态破坏主要是在施工期造成的，包括风电场的临时占地面积、永久占地面积、弃渣量及植物覆盖率的变化量，由这些变化造成的物种丰富度、生物量的变化，决定风电场所在地生态系统的演变。

3 调查因子分析与调查方法

由于风电场的环境影响因素较多，污染源形式各样，污染造成的影响各不同，不可能也没有必要实现所有因素的现场调查。对于不同生态环境影响因素可以采取表2所示方法来进行调查。

表2 湖北省风电场生态环境影响因素、调查因子一览

大气、水、电磁环境的调查因子比较简单，在实际的环境调查中有较成熟的方法，可以通过类似工程的环境监测数据或者污染源排放数据来获得，或者依据相关的环境标准进行现场布点监测。

根据湖北省内风电场的自身特点，对于声、景观和生态环境影响调查可从以下几个方面进行丰富和修正：

(1)声环境污染源从理论上分析有3类：单台风机噪声、升压站主变噪声以及风机群组噪声。前两者均可以通过环境监测直接获得。经风洞试验确定，风力发电机群在风行距4D～6D(D为风轮直径)后，风速恢复常态，即噪声强度随着风速减小明显衰减[9]。另外由于山区风电场风电机组沿山脊布置，风机之间的距离较大，常常大于225 m，故单台风机运行噪声至邻近其他风机处的噪声贡献值小于45 dB(A)，与该处风机噪声源强相差至少为45 dB(A)[10]。根据噪声的叠加规律，相差10 dB(A)以上可不计低声源的影响。因此，可基本忽略风机机群的噪声影响。

(2)对景观环境的影响，目前湖北省风电场的环评报告表仅限于对景观环境的定性描述，景观环境的影响可以用更为定量的方法来进行描述。湖北省风电场所在地的土地利用类型一般为林地、草地、未利用地等。风电场将会改变区域内的土地利用类型，将原来的土地利用类型转化为建设用地，从而增加建设区域内的景观破碎度，导致景观团聚程度和连通性变差[11]。在运行期间，风机的布局和运行，又为很多地方增添了人工景观。因此，可以从两个方面，对风电场的景观环境作出评价。

关于风电场对景观的影响，可以从两个方面进行评价。一是风电场与景观的相融性，二是风电场对景观连续性的影响。

风电场的景观相融性可采用计分法来调查评价[12]，依据《山岳型风景资源开发环境影响评价指标体系》(HJ/T 6-94)，可采取计分法来评价。通过专家系统，对风电场的形态、线形、色彩和质感打分，最后通过评分级来评价其优劣性。其具体打分指标如表3，打分方式见表4。

表3 风电场景观相融性评价指标

表4 风电场景观相融性打分

其中形态指标是指风机的形状及相互间组合关系及所处的位置；线形是指不同角度和距离对风电场在风景中的和谐性要求；色彩是指风机的基本相貌和明暗程度；质感指风机表面粗细、匀滑、光泽等引起视觉的反应指标。在进行评价时，需要着重关注风机的外形、颜色以及风电场的总体布局。

从景观生态学的角度来评价风电场对景观的影响，选用景观破碎度作为参数。景观破碎度指景观被分割的破碎化程度，它与自然资源的保护密切相关。计算公式为

其中，LCI为景观破碎度；n为某一景观的斑块数；A为某一景观的总面积。LCI越大，景观破碎化程度也越大。景观的斑块数可以通过实地调查，取样方来获取，也可以通过遥感技术通过对风电场建设前后影像解译对比分析得出。

(3)风电场生态环境的影响，根本原因是由于土地利用发生变化，原始生态系统被打破，水土流失出现新平衡，动植物分布产生新格局。因此生态环境预测的基础数据是工程占地、弃渣量、生物量，预测一般采用生态机理分析法，根据项目建成后的环境变化，对照无开发项目条件下动、植物或生态系统演替趋势，预测项目对动、植物、种群和群落的影响，预测生态系统演替方向。因此生态环境影响调查因子可以进一步细化，具体指标详见表5。

表5 风电场生态环境影响的调查因子

4 风电场运行后环境影响结果调查案例

目前，风电场运营阶段的风机噪声和风电场建设对生态的破坏是湖北省风电场最受关注的环境影响。下面通过几个建成风电场在竣工验收时的环境监测结果，给出了声环境和风电场占地的实际影响，同时采用遥感技术，解析风电场建成后对当地植被的影响。

4.1 声环境影响调查

运营期声环境的影响调查，一般包括较大风速下所有风机和升压站正常运行时，代表性风机(距离居民点最近的风机)噪声衰减断面昼夜监测，周边敏感点昼夜噪声的监测和升压站厂界噪声的监测3个部分。表6是已经投产的部分风电场噪声污染情况。可见，风电场升压站选取了低噪声设备，从源头控制噪声。升压站和敏感点的昼间噪声均能达到环境质量要求，敏感点夜间存在超标的现象，夜间受风机噪声影响明显，但仍然满足《风电场噪声限值及测量方法》(DL/T 1084—2008)中“夜间噪声排放最大声级不准超过限制 15 dB”限值要求。风机噪声衰减的达标距离均小于环评预测时的距离。

表6 已经投产风电场噪声污染监测结果统计

4.2 生态环境影响调查

风电场的生态环境影响结果是生态环境影响源和生态保护措施共同作用的结果。本文总结已通过环保验收的9个风电场的生态环境调查结果(表7)说明这9个风电场的土地扰动情况。

表7 风电场土地扰动情况调查

从调查结果可见，风机、升压站、道路等永久占地多为灌丛地，各个风电场扰动面积22～47 hm2，占总面积的0.2%～1.88%。风电场区域内灌丛分布广泛，占地范围内植物物种为均布种，所以占地对物种丰富度影响甚微。临时占地在风电场建成后均已进行了场地平整、植被恢复。少数风电场局地有雨水冲刷现象，未发现明显的水土流失现象。

本调查还采用遥感技术，分析湖北省已建风电场2014年相对于2005年的归一化植被覆盖指数(NDVI)的变化值，见图1。NDVI长期以来被用来监测植被变化情况，也是遥感估算植被覆盖度研究中最常用的植被指数，是植物生长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子，与植被分布密度呈线性相关。NDVI计算结果会分布在0～1，一般说来，NDVI数值越高说明植被覆盖、长势越好。

图1 湖北省已建风电场2014年相对于2005年的NDVI变化

2005年风电场均未开发，能反映风电场所在地区原始的植被覆盖情况，2014年大部分风电场已经建成投产，少量风电场处于在建状态，包括凤鸣(三期)、子陵铺、江家山、鲁家畈、光头山、太平、桃花山一期、随县界山、中华山、百里荒、花山和界岭(大悟山)风电场。由2014年的NDVI值减去2005年，能大致反映风电场建设前后植被覆盖的变化情况。

由2014—2005年NDVI差异可见在2014年已经建成的风电场中，九宫山、汪营、柏杨坝以及齐岳山的一至三期，风电场植被恢复较好，经过人为的植被恢复和保护，2014年的风电场植被覆盖率比2005年更高；华山观、天上坪、擂鼓台、五岳山一、二期、黑石垛、天河口一至三期风电场，2014年的植被覆盖率比2005年低，这些风电场的植被没有得到较好的恢复；在所有在建风电场中，除了界岭、鲁家畈风电场外，其它风电场址区域均表现为NDVI差值的负值区，特别是百里荒、太平等正在建设的风电场，场址大部分区域在负值区，说明施工阶段对植被覆盖率的影响最大。

施工期风电场的生态环境影响最严重，大量的开挖、占地、堆土行为，导致自然生态系统遭到严重破坏，部分风电场通过适当的环保措施，如九宫山作为我省第一座风电场，于2007年投产运行，风电场目前的生态环境恢复良好，植被覆盖率优于未建风电场时期；另外也有相当一部分风电场，生态环境并没有完全恢复，有的是由于建成时间短，风电场的植被还处在恢复期，没有完全发挥作用；也有部分风电场，如黑石垛风电场，于2012年已经投产，2014年植被覆盖率与未建时期相比减少，与风电场所在区域多个风电场的开发有关；华山观于2011年投产，2014植被覆盖率降低，但周边未进行风电场开发的区域，植被覆盖率也显著降低，与区域生态环境整体的变化有关。

5 结论

近年来，湖北省积极推进风能资源的开发，探索规模化集中式开发与分散式接入风电场相结合，一方面探索分散式接入风电场的开发模式，一方面规模化集中开发20万kW以上的大中型风电场[13]。风电场的环境影响也随之加大，因此需要进一步深入风电场的环境影响调查工作。

说明风电场对声环境及生态环境的影响如下：

(1)湖北的风电场多处在山区，占地面积基本为灌草地、林地，以森林生态系统为主，水土保持是风电场开发区域最重要的生态服务功能。区域雨量充沛，季节性降水较多，周边敏感目标为居民点。因此，这类风电场的显著环境影响是噪声、植被破坏及水土流失等生态环境破坏。

(2)从反映环境介质状况及污染源特征两个方面考虑，确定风电场生态环境影响的调查因子，并阐明了调查因子的针对性和适用性。

(3)大气、水、电磁、声环境的调查因子有比较成熟的方法，而风电场对景观的调查方法多从定性角度进行描述，本文从定量的角度，提出了景观相融性和景观破碎度两个调查因子。

(4)已建风电场的噪声监测结果表明，风电场从源头控制噪声，选取了低噪声设备，在厂界和敏感点处噪声达到环境质量的要求，风机噪声衰减的达标距离均小于环评预测结果。

(5)风电场永久性占地面积占总面积的比例较小，占地范围内物种为均布种。采用遥感技术，分析风电场建成前后归一化植被覆盖指数的差值，显示施工阶段由于大量开挖、占地、堆土行为，导致植被覆盖率大大降低；已建风电场区域在采取良好的保护措施后，植被恢复较好，但区域内存在多个风电场的开发会导致植被恢复覆盖率减少。