通道临口风电场水土流失防治效果分析

摘要：通道临口风电场施工期间易造成较大的水土流失，为此施工过程中落实了水土流失防治措施体系，布设了水土保持监测点位，对场区施工期及自然恢复期的水土流失情况开展了监测，监测结果表明水土流失量减少了1031t，且随着各项水土保持措施落实并逐步发挥效益，水土流失防治效果得到显著提升。

关键词：风电场;水土流失;水土保持监测;防治效果分析

前言

通道临口风电场道路工程、弃渣场、风电机组的水土流失较严重，为重点防治区域。在分区布设防护措施时，注重各分区的水土流失特点及相应的防治措施、防治重点和要求，又要注重各防治分区的关联性、连续性、整体性、系统性和科学性[6]。

本工程施工过程中，风电机组、交通道路建立了防护拦挡工程，使施工临时堆土、开挖面产生的水土流失在“点”上集中拦蓄，并落实了截排水沟、沉沙等措施，完善了场区水系;对开挖、回填后形成的裸露面（如风机安装场边坡、升压站围墙外边坡、交通道路挖填边坡等）采取种植乔木、（挂网）喷播等绿化措施，使水土流失在“线”上有效控制，减少地表径流冲刷;同时对施工迹地进行土地整治，提高防护标准，种植林草，形成“面”的防治[10]。通过点、线、面防治措施有机结合、相互作用，形成立体的综合防治体系，达到保护地表，改善生态环境，防治水土流失的目的，实现水土流失由被动控制到综合开发治理的转变[3]。

本项目具體实施水土流失防治措施体系详见图1。

1  项目简述

1.1 项目区概况

通道临口风电场风机布机点主要为山顶或山坡地形较平缓处，主要为构造剥蚀中高山地貌，场内地面高程一般为1200m～1500m，山包顶与邻近沟谷的相对高差小于400m。项目区地处亚热带季风湿润性气候区，温湿多雨，四季分明。年均气温为16.4℃，极端最高气温为36.8℃，极端最低气温-7.3℃。历年平均无霜期298天，多年平均降雨量1484.3mm，风电场平均风速为3.9m/s，主导风向为N。植被属亚热带常绿阔叶林南部植被亚地带，主要为马尾松、杉木、毛竹、映山红灌丛、狗牙根灌丛等，植被覆盖率较高。

1.2 项目概况

本工程位于湖南省怀化市通道县临口乡境内，安装23台风力发电机组，装机容量48.0MW，新建1座110kV升压站，集电线路采取直埋电缆方式，总长16.50km。道路总长度23.26km，其中进场道路5.35km，场内道路15.71km，进站道路2.20km。路基宽度为7.0m，路面宽度为5.0m。施工临建设施包括综合加工厂、综合仓库、机械停放场及临时办公生活区，布置在110kV升压站西侧地势平缓处。本项目于2017年4月开工，2018年9月底主体工程全部完工，总工期18个月。

2  水土流失量监测

2.1  监测方法

结合场区地形、地貌及侵蚀类型等特征，按调查监测和地面定位观测等方法进行。

2.1.1  调查监测

通过定期或不定期现场实地勘测，采用GPS结合地形图、数码相机、标杆、钢尺、测绳等工具，按不同地貌类型分区测定扰动地表类型及扰动面积，记录每个扰动类型区的基本特征（扰动土地类型、开挖面坡长、坡度）及水土保持措施（护坡工程、土地整治工程等）实施情况。

1 面积监测：采用手持式GPS对监测点定位、现场丈量的方法进行。首先对全线进行地貌类型分区，在各类型区布设3-5个监测点并用GPS定位。丈量扰动区域的长和宽的水平距离，并计算其扰动面积。

2 植被监测：选场区内代表性的地块作为标准地，标准地的面积为水平投影面积，要求乔木林20m×20m、灌木林5m×5m、草地2×2m。分别取标准地进行观测并计算林地郁闭度、草地盖度和各类型区林草覆盖率。

计算公式为：D=fd/Fe

C=f/F

式中：D-林地郁闭度（或草地盖度）;

C-林草覆盖度，%;

F-样方内树冠（草冠）投影面积，m2;

Fe-样方面积，m2;

f-林草地面积，hm2;

F-类型区总面积，hm2。

2.1.2  定位监测

对定位监测区域采用径流小区法、钢钎法、坡面侵蚀沟体积量测等方法。

1 径流小区法

径流小区用于坡面条件（长度或宽度等）不适宜布设简易水土流失观测场时，根据监测目的与坡面条件，采用简易径流小区法进行监测。简易径流小区一般为非标准小区，小区尺寸宽×长（水平投影）为0.5m×1.0～2.0m、1.0m×2.0m或2.0m×5.0m，要求小区长宽比大于2～4m，为自然坡面，根据监测区段或施工地段，选择并确定典型坡面坡度。

小区四周设截水墙，小区上方及两侧设截流沟及排水沟，小区下端采用Φ100mmPVC管作为集流管，集流管连接沉沙池，整个沉沙池，均用高标号水泥抹面，集流池规格根据地形设立，池内设固定水尺。沉沙池出口排水沟用Φ25mmPVC管，设阀门，PVC管接边坡下游的排水沟。每次观测取土壤、泥沙样，分析水土流失状况。

2 钢钎法：布设样地规格为3.0×3.0m，将长50cm、直径1cm的钢钎（侵蚀测针）按照上中下、左中右纵横各三排共9根打入地下，钉帽与地面齐平，并在钉帽上涂上红漆，编号登记。监测年限内于每年定期分别观测钉帽距地的高度，计算土壤侵蚀深度和土壤侵蚀量。每遇日降雨量>20mm时在雨后加测。观测钉帽出露地面高度，计算土壤侵蚀深度和土壤侵蚀量。

计算公式：  A=r×Z×Scosθ/（1000）

式中：A-土壤侵蚀量，t;

r-土壤容重，t/m3;

Z-侵蚀厚度，mm;

S-侵蚀面积，m2;

θ-坡度。

3 侵蚀沟样方法：在已经发生侵蚀的地方，通过选定样方，测定样方内侵蚀沟的数量和大小来确定侵蚀量。样方大小取5～10m宽的坡面，侵蚀沟按大（沟宽大于100cm）、中（溝宽30～100cm）、小（沟宽小于30cm）分三类统计，每条沟测定沟长和上、中、下各部位的沟顶宽、底宽和沟深来推算流失量。侵蚀沟样方法通过调查实际出现的水土流失情况推算侵蚀强度。重点是确定侵蚀历时和外部干扰。及时了解工程进展和施工状况，通过照相、录像等方式记录、确认水土流失的实际发生过程。

4 沟道淤积物量测法

根据实地调查，场内外道路区开挖土质边坡以陡坡为主，布设侵蚀针或侵蚀沟样方的可操作性难度较大，且不利于观测。因此，选定具代表性的典型边坡，并利用该边坡坡脚截排水沟或新开挖沟道进行边坡流失土石的拦蓄，通过对拦蓄的土石方量进行测算，进一步推算出开挖边坡总体土壤侵蚀量。

2.1.3  巡  查

采用询问调查、收集资料、典型调查、普查、抽样调查等多种方法进行场区全面调查和量测，采集相关指标的数据、获得监测资料。

2.2  监测点位布设

结合本风电场具体施工情况，运用上述监测方法，对场区进行全面巡查及选定点位利用监测设施定期采集水土流失影响因子、水土流失方式与流失量、水土保持措施数量与质量的监测点。调查样地仅选定位置确定面积，定期进行水土流失及其相关因素的调查。共布设17个监测点，监测点布设情况如表1所示。

3  实施效果分析与讨论

3.1  各侵蚀单元侵蚀模数

3.1.1  原地貌侵蚀模数（施工准备期）

结合原地貌、植被、地形地貌、气候特征等基础因子现状，得出项目区原生土壤侵蚀模数为500t/（km2·a）。

3.1.2  各侵蚀单元侵蚀模数（施工期）

1、风电机组区

挖方边坡采取沟道淤积物量测法进行水土流失监测，填方边坡采用插钎法进行水土流失量监测，风机安装平台布设观测小区，对开挖边坡下堆积物进行测量统计，在填方边坡上设置坡面径流小区进行统计，从而推算土壤侵蚀量。从2017年4月开展水土保持监测工作，2018年9月底项目建设完毕，因此，本区建设期水土流失通过插钎法、侵蚀沟、堆积物、坡积物等计算本区土壤侵蚀量，具体量测结果见表3、表4、表5。

根据开挖坡面、填方坡面和平台面积，加权平均计算本区土壤侵蚀模数为5226t/（km2·a）。

2、升压站区

对本区挖方边坡采用了堆积沉积物量测法量测水土流失量，对平地洼地泥沙沉积量和洼地回流面积进行量测，从而推算土壤侵蚀量。

开挖边坡监测点位观测时间为2017年8月-2017年10月，汇水面积400m2，泥沙沉积量为387150cm3，得出土壤侵蚀量523kg，侵蚀模数5227t/（km2·a）;

平地监测点位观测时间为2017年8月-2017年10月，汇水面积1500m2，泥沙沉积量为1282450cm3，得出土壤侵蚀量1731kg，侵蚀模数4617t/（km2·a）。

根据坡面和平台面积，加权平均计算本区土壤侵蚀模数为4745t/（km2·a）。

3、施工生产生活区

对本区采用回流面积进行量测水土流失量，观测时间为2017年8月-2017年10月，汇水面积800m2，泥沙沉积量为648120cm3，得出土壤侵蚀量875kg，本区土壤侵蚀模数为4375t/（km2·a）。

4、交通道路区

对本区挖方边坡采用侵蚀沟量测法，对填方边坡采用径流小区法，具体量测结果详见表6、表7。

根据开挖坡面、填方坡面和平台面积，加权平均计算本区施工期土壤侵蚀模数为5728t/（km2·a）。

5、本项目施工期土壤侵蚀模数

根据以上水土流失量监测数据，计算项目区施工期间平均土壤侵蚀模数为5615t/（km2·a）。

3.1.3  各侵蚀单元侵蚀模数（自然恢复期）

实施水土保持措施后的侵蚀模数通过调查法和桩钉法进行监测。从2018年7月起对逐步实施水土保持措施区域进行调查和定点监测，监测结果如下。

1、风电机组区

根据现场监测，风电机组区于2018年8月完成绿化工作，通过调查区域沉积物量，进行计算，具体计算结果详见表9。

经计算，自然恢复期土壤侵蚀模数为464t/（km2·a）。

2、施工生产生活区

根据现场监测，施工生产生活区于2018年10月完成绿化工作。通过调查区域沉积物量，进行计算。侵蚀时段为2018年10月～2018年12月，泥沙沉积量为22.6kg，汇水面积200m2，求出自然恢复期施工生产生活区土壤侵蚀模数为452t/（km2·a）。

3、升压站区

根据现场监测，升压站区于2018年1月完成绿化工作。通过调查泥沙沉积量为2.60kg，侵蚀时段为2018年6月～2018年8月，汇水面积30m2，求出自然恢复期土壤侵蚀模数为347t/（km2·a）。

4、交通道路区

道路修建后，对道路区采取了浆砌石排水沟、挡墙及绿化措施，随着这些措施的实施，本区进入植被恢复期，随着植物逐渐生长，地面植被盖度逐步提高，对地表形成有效防护，有植被生长的平地水土流失状况显著改善，基本无水土流失发生，坡地仍有轻微土壤流失情况发生。调查得出泥沙沉积量为14.60kg，侵蚀时段为2018年6月～2018年8月，汇水面积120m2，求出自然恢复期土壤侵蚀模数为487t/（km2·a）。

5、本项目自然恢复期土壤侵蚀模数

根据以上水土流失量监测数据和项目区各侵蚀单元面积，计算得到项目区自然恢复期平均土壤侵蚀模数为480t/（km2·a）。

3.2  项目水土保持措施实施前后分析

3.2.1  土壤流失量分析

土壤流失量按照下式计算：

式中：W ——土壤流失量，t;

J——预测时段，j=1，2，指施工期（含施工准备期）和自然恢复期;

I——预测单元，i=1，2，3，……，n-1，n;

Fji——第j个时段、第i个单元的面积，km2;

Mji——第j个时段、第i个单元的土壤侵蚀模数，t/km2·a;

Tji——第j个时段、第i个单元的预测时段长，a。

经计算，原地貌水土流失预测量为194t，扰动地表产生的水土流失预测量为1215t。

经统计，施工期造成的水土流失量为1123t，自然恢复期92t，在落实水土保持各项措施，经对水土流失情况监测，水土流失量减少1031t，降幅达91.81%。

施工期的土壤流失量较大，这主要是由于风电机组区、交通道路区的开挖填筑较多，因此造成的水土流失量很大。而植被恢复期的新增土壤流失量明显减少，这主要是由于建设的水土保持措施起到了一定的防护效果，从一定程度上减少了水土流失。

3.2.2  现场实施效果分析

本工程水土保持监测过程中，针对现场较易产生水土流失的典型部位进行拍摄对比，图3为场内主干道挖方边坡，边坡裸露仅实施了浆砌石挡土墙，存在较大的水土流失。为防治水土流失，针对该区域，主要采用挂网喷播绿化措施，并布设无纺布覆盖，定期养护管理（“图b”）。到自然恢复期阶段，边坡植被涨势较好，植被覆盖度较高，基本无水土流失（“图c”）。

4  结论

通道临口风电场建设期间，实施了各项水土保持措施，水土流失防治目标六项指标均达标。对于风电场区，交通道路及风电机组区极易导致水土流失，采取截排水沟、沉沙消能等措施并结合挂网喷播、撒播灌草等绿化措施，使建设区内水土流失量减少了91.81%，得到了有效的防治，并取得了较好的社会、生态和经济效益，为类似工程的水土流失防治提供可参考的科学依据。

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作者简介：黄星宇（1993-），男，汉族，湖北省武汉人，助理工程师，本科，主要从事水土保持编制、监测、验收等工作。