张华明, 吴治玲, 昝玉亭, 李 英, 龚长春, 熊 峰, 车腾腾

(1.江西省水土保持科学研究院, 江西 南昌 330029; 2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室, 江西 南昌 330029)

能源是人类赖以生存和发展的重要物质保障，也是经济和社会发展的重要基础。风能作为一种清洁的可再生能源，几乎不产生污染物，成本低于火力发电[1]，比火力发电具有更高的环境价值[2]，能够改善生态环境质量，提高资源利用，避免对生态环境产生重大影响[3]，越来越受到政府和企业的重视。2012年中国新增风电装机容量和累计风电装机容量均为世界第一[4]。江西风能资源总储量约6.00×107kW，其中技术可开发量约3.10×106kW，且增长迅速[5]，至2020年，风电装机容量将达到1.70×106kW以上。受地形和气候的共同影响，江西省风能资源主要集中在赣北鄱阳湖地区和高海拔山地[6]。随着2012年首批山地风电项目核准立项，江西省山地风电项目开发拉开了序幕[7]，将以高山风场为重点发展风电。

江西省山地面积约6.01×104km2，这些山地是以沿山脉走向的线状式分布或孤立山峰的点状式分布的风能资源丰富区，具有较好的风能资源开发潜力[8]。江西山地风电项目一般位于海拔较高的山顶或山脊，一般平均起伏度<300 m，平均坡度<10°[9]，建设地点一般70 m高空平均风速大于6.0 m/s，近地面风速大于4.0 m/s[10]。项目建设中的风机基础开挖、升压变电站修建、集电线路敷设、施工道路修建和弃土堆置等活动不可避免地对原地表和植被造成破坏，具有水蚀、风蚀并存[11]，水土流失危害大[12]，水土流失防治及植被恢复难度都比较大[13-14]等特点，容易引发水土流失与生态环境破坏等系列问题[15]，对项目建设进度甚至项目安全都会造成一定程度的影响，这越来越引起政府相关部门及专家的重视[16]。目前，国内外学者对风电场的选址[17-18]及其影响因素[19]、风电环境价值[20]、开发措施[21]、水土流失特点及其防治措施[22-24]和对生态环境的影响[25]等都进行了大量研究。本文在前人研究的基础上，选择江西省6处典型风电项目为研究对象，通过分析山地风电项目特点、工程占地与土石方特征、水土流失情况，阐述山地风电项目建设区域土地受损情况及水土流失特征，提出山地风电项目水土流失防治重点和措施建议，为山地风电项目环境保护与水土流失治理提供科学依据与参考。

1 研究项目概况

江西省地貌以山地、丘陵为主，东、南、西三面群山环抱，峰峦重迭，山势峻拨；中部丘陵、盆地相间；北部地面开阔，平原坦荡，河湖交织。江西属中亚热带湿润季风气候区，冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，年平均气温17.8 ℃，自北向南逐渐增高；全省年降水量在1 377～1 991.6 mm之间，南多北少，东多西少；山区多，盆地少；年降水主要集中在4—6月，约占全年的42%～53%。地带性土壤有红壤和黄壤，红壤广泛分布于海拔800 m以下的低山区和丘陵岗地，800 m以上为黄壤、暗黄棕壤和山地草甸土等。江西属中亚热带常绿阔叶林地带，植被类型繁多，植物资源丰富，现状植被主要为针叶林、针阔混交林，随着海拔升高，分布有山顶矮林、山地草甸等山地植被。受地形和气候的共同影响，江西风能资源除富集于鄱阳湖区外，主要分布在高山山地，如东部武夷山脉，西部省罗霄山脉，西北部幕阜山、九岭山。根据近几年江西山地风电项目规划建设情况，选择武夷山、九连山、罗霄山、幕阜山等山脉的6处典型山地风电项目进行分析。研究项目共建设风机204台，单机容量涉及2 000，2 100，2 500 kW等3种型号，总装机容量428.5 MW，项目建设规模及内容等情况详见表1。

2 结果与分析

2.1 山地风电项目建设特点

根据项目建设内容和施工扰动范围，山地风电项目可划分为风机机组区、升压站区、集电线路区、道路工程区、弃土场区和施工场地区等。

风机机组区主要包括风机基础、箱式变电站和风机安装平台3个部分，受项目装机规模和风机数量的影响。山地风电的风机一般建于山头或山脊上，海拔范围500～1 760 m，风机区域地形尖瘦陡峭，风机施工安装需要对场地进行开挖，形成施工平台，项目挖方基本无法回填，产生大量弃土(石、渣)。升压站区主要布置中控楼、配电室、附属用房及泵房、库房和主变压器等，周边设置围墙。升压站一般设在地形平坦、临近村庄的地方，沿现有道路或进场道路布设。集电线路区一般包括直埋电缆和架空线路。直埋电缆一般布设在800 m及以上高海拔地区，以适应恶劣的山区气候环境，直埋电缆需要开沟敷设，埋于地下，不占地面和空间，施工简单；架空线路采用铁塔架设，塔基施工涉及土石方开挖回填，地表扰动呈点状分布，影响范围相对较小。山地风电项目受其风机机位和建设条件的限制，需要修建较长的进场道路和施工检修道路，总长达数10 km。进场道路主要为上山道路，起点接风场周边现有道路，终点接风场内施工检修道路，海拔逐渐抬升，沿线植被和地形地貌变化较大；施工检修道路为风场内道路，联通各风机机位，主要沿山脊或山体等高线修建，其长度受地形、风机数量及分布等影响。道路工程一般采用山岭重丘四级公路标准建设，建设标准低、工程占地和土石方量大、沿线地形复杂，导致道路工程区是山地风电项目地表扰动和植被破坏最为严重的区域。弃土场区主要为风机机位和道路工程施工多余的开挖土(石、渣)方堆放区，一般临近风机或道路布设。山区地形陡峭，山高谷深，弃土场也是易发生严重水土流失的区域之一。施工场地区包括升压站施工场地和设备转运场地，一般选择地形较为平坦的场地。

表1 研究项目基本情况

2.2 工程占地分析

工程占地包括项目建设征用、占用、使用及管辖的地域，是生产建设项目水土保持的一项基础性指标。研究项目总占地面积498.39 hm2，单台风机占地2.44 hm2，每1 kW容量占地11.63 m2。从项目组成占地比重来看，道路工程区占地最多，占总占地面积的61.68%；其次为风电机组区，占总占地面积的12.97%；第三为集电线路区，占总占地面积的12.18%；施工场地占地最小，仅占总占地面积的1.05%。项目工程占地情况详见表2。由表2可知，研究项目道路工程长37.9～62.1 km，路基宽度一般为5.5 m，行车宽度4.5 m。由于道路工程里程长，导致其占地比重最大。这充分说明道路工程区是山地风电项目的占地主体，其方案设计对工程占地和区域环境景观具有重要影响，因此，在工程设计中应尤其注重道路工程选址选线和断面设计。乐安鸭公嶂风电道路工程里程总长47.64 km，占地面积50.60 hm2，与定南双山风电相比，道路工程里程长5.6 km，但占地少5.36 hm2，其主要原因是鸭公嶂风电12 km进场道路是在路基宽2.0～3.5 m的乡村道路上扩建，大大减少了道路工程占地，这也说明道路工程建设受现有交通影响较大，可以充分利用现有山区道路建设，有效减少工程占地。

表2 研究项目工程占地情况 hm2

2.3 土石方平衡分析

土石方与工程建设规模、施工方案和区域地形地貌及地质等情况密切相关。山地风电项目根据风电设备运输及施工安装的要求，需要对风机机组区和道路工程区等区域进行开挖、回填，但受区域地形地貌及地质情况的限制，开挖土石方难以全部调配利用，往往容易产生大量弃土(石、渣)，研究项目土石方平衡情况详见表3。

由表3可知，研究项目总挖方量9.21×106m3，总填方量6.27×106m3，总弃方量2.93×106m3；单台风机挖方4.51×104m3，填方3.08×104m3，弃方1.44×104m3；每1 kW容量挖方2 148.91 m3，填方1 464.39 m3，弃方684.53 m3。从各分区的挖方来看，道路工程区挖方最多，达6.83×106m3，占总挖方量的74.15%；其次为风电机组区，占总挖方量的19.90%；第三为升压站区，占总挖方量的3.22%；施工场地占地最小，仅为3.29×104m3，占总挖方量的0.36%。从填方来看，道路工程区填方最多，达5.00×104m3，占总填方量的79.62%；其次为风电机组区，占总填方量的13.46%；第三为集电线路区，占总填方量的3.29%；施工场地填方最小，仅为3.09×104m3，占总填方量的0.49%。从弃方来看，道路工程区弃方最多，达1.83×106m3，占总弃方量的62.42%；其次为风电机组区，为98.75，占总弃方量的33.67%；其他区域的弃方数量均较小。除部分升压站设置在山包产生弃方外，一般可以实现土方平衡。集电线路区和施工场地产生的少量弃方，可以在区域内平衡。

表3 研究项目区土石方平衡情况 104 m3

从土石方平衡角度分析，挖方、填方、弃方均以道路工程区最大，其次为风机机组区，两者合计分别占项目总量的94.05%，93.08%，96.09%，说明道路工程区和风机机组区是山地风电项目地表扰动最为剧烈的区域，是山地风电项目弃渣的主要来源区。从土石方挖方利用率来看，研究项目的挖方总利用率为68.15%，风机机组区为46.10%，升压站区为66.34%，道路工程区为73.17%，集电线路区和施工场地区分别为94.46%和93.92%。风机机组区土石方利用率最低，远低于项目挖方总利用率，说明风机机组区最易产生弃土石(渣)，这与其所处区域的地形地貌和施工方案密切相关。这也充分说明在山地风电项目规划设计中，要重视风机机组区和道路工程区的选址选线及竖向与平面设计，尽可能减少土石方挖方数量，提高土石方利用率，加大土方回填利用力度，减少弃土(石、渣)，保护区域生态环境景观。

2.4 水土流失量分析

水土流失量是反映生产建设项目区水土流失情况以及对周边环境影响程度的重要指标，与项目建设区的扰动地表面积、水土流失预测时段、土壤侵蚀背景模数、扰动后的土壤侵蚀模数等有关。受工作条件和技术手段的限制，通常利用与建设内容相同、自然环境条件相似的其他山地风电项目的水土保持监测成果，采用类比法，分析计算水土流失量，研究项目区水土流失量情况，结果详见表4。由表4可知，研究项目区水土流失总量81 787 t，新增水土流失量74 334 t；单台风机水土流失总量400.92 t，新增水土流失量364.38 t；每1 kW容量水土流失总量0.19 t，新增水土流失量0.17 t。从水土流失总量来看，道路工程区水土流失量最多，占总水土流失量的51.93%；其次为风电机组区，占总水土流失量的24.72%；第三为弃土场区，占总水土流失量的9.56%；其他区域的水土流失量均较小。从新增水土流失量来看，道路工程区新增水土流失量最多，占总新增水土流失量的53.87%；其次为风电机组区，占总新增水土流失量的21.84%；第三为弃土场区，占总新增水土流失量的10.13%；其他区域的新增水土流失量均较小。这和各区的扰动面积、土石方等相关，相同降雨条件下，裸露面积越大，挖填土方越多，就越容易发生水土流失。道路工程区、风机机组区、弃土场区对项目区水土流失贡献最大，三者的新增水土流失量占总量的85.84%，这充分说明道路工程区、风机机组区、弃土场区是山地风电项目水土流失最为严重的区域，因此，也应成为山地风电项目水土流失防治的重点区域。其中，道路工程区的水土流失总量和新增量，均大于其他防治区，这和道路工程区的占地和扰动面积比较大相关。此结论和尹晓煜认为交通道路区是新增水土流失量最大防治区的观点一致[26]。

表4 研究项目区水土流失量情况 t

2.5 水土流失防治对策

从项目建设特点、工程占地、土石方平衡、水土流失量等方面分析，山地风电项目应重点做好道路工程区、风机机组区、弃土场区的水土流失防治工作[10]。

道路工程区线路里程长，沿线地形地貌复杂，土石方工程量大，建设标准偏低，区域水土流失尤为严重[26]。因此，第一要注重控制路基边坡坡比，应严格按设计要求放坡，防止出现倒坡、急陡坡产生安全隐患；第二要注重路基下边坡临时拦挡，防止施工过程中土石方沿山坡滚落，造成溜碴挂坡现象，严重破坏区域生态环境和植被生态系统[27]；第三要注重做好路基排水，防止雨水径流溢出排水沟，经路面对路基下边坡坡面进行冲刷，造成水土流失，甚至产生滑坡、崩塌，影响路基安全稳定，尤其是进场道路具有海拔跨度范围大、路面高程逐渐抬升等特点，路基排水切忌沿路线一沟到底，防止出现大流量、高流速的沟道汇流，产生巨大的冲刷力和破坏力，其路基排水应根据沿线地形做到分段收集，分段导排入自然沟道中，排水出口处设置消能措施，减少径流能量；第四要注重路基边坡防护，改善沿线生态环境。路基填方边坡一般以土石混合物为主，挖方边坡一般为石质坡面，对填方边坡可采用喷播草灌护坡；挖方边坡可采用挂网喷草灌护坡，受投资标准的限制也可采用栽植攀援植物护坡，但植被恢复时间较长，初期效果相对较差。

风机机组区一般沿山脊分布，区域海拔高，地形地貌陡峭、土层薄，植物资源特殊，植被破坏后难以恢复。因此，第一要注重区域土壤和植物资源的保护与利用[28]。施工前首先要对施工范围内的乔木、灌木、草皮进行移植并养护，对表土进行剥离并集中堆放，施工结束后回填表土，回植乔木、灌木、草皮，并加强植物养护，维护区域生态环境。第二要注重区域下边坡拦挡，尤其是施工期间临时拦挡，防止出现溜碴挂坡现象，破坏地表植被，影响区域生态环境景观。第三要注重理顺场地排水，有序收集排放场地雨水径流，排水出口设置消能防冲设施，防止场地雨水径流沿坡面由上往下冲刷，造成水土流失，影响坡面稳定。

弃土场区一般靠近道路工程、风机机组区布设，主要为坡地型弃土场，弃渣物质组成以土石混合物为主，废石所占比重大，结构松散，后期植被恢复较为困难。因此，第一，弃渣前应设置挡土墙等拦挡措施[29]，清除弃土场范围内地表植被和软弱土层，防止在渣体底部形成软弱夹层；弃渣宜采用自下而上、分层碾压方式堆置，并按设计要求严格控制渣体边坡高度及坡比，确保渣体稳定[30]。第二要与风机机组区一样，注重区域土壤和植物资源的保护与利用。第三要采取防洪排导措施，弃土场周边设置截水沟，拦截上游汇水，防止对渣体造成冲刷或渗入渣体，影响渣体稳定。第四利用剥离的表土和移栽的植物，做好弃土场边坡防护和植被恢复。

3 讨论与结论

(1) 研究项目区共建设风机204台，总装机容量428.5 MW，总占地面积498.39 hm2；平均单台风机占地2.44 hm2，挖方4.51×104m3，填方3.08×104m3，弃方1.44×104m3，水土流失量400.92 t，新增水土流失量364.38 t；平均每1 kW容量占地11.63 m2；挖方2 148.91 m3；填方1 464.39 m3；弃方684.53 m3；水土流失量0.19 t；新增水土流失量0.17 t。

(2) 山地风电项目区道路工程路线里程长，占地面积、挖填土石方数量大，是弃土(石、渣)的主要来源区。因此，要注重道路工程选线，充分利用当地现有道路，尽量减少工程占地；同时要优化路线竖向设计，加强土石方调配利用，减少土石方和弃土(石、渣)量，从源头上减少山地风电项目水土流失。

(3) 道路工程区、风机机组区、弃土场区的新增水土流失量分别占总量的53.87%，21.84%和10.13%，三者合计占项目新增水土流失量的85.84%，充分说明道路工程区、风机机组区、弃土场区是山地风电项目水土流失最为严重的区域，也是山地风电项目水土保持的重点区域。

(4) 山地风电项目建设区域海拔高，植被类型特殊、生态环境脆弱，应注重表土和植被资源保护与利用。施工前，剥离表土和移栽乔木、灌木、草皮，并做好防护和养护，施工结束后用于区域土地整治与植被恢复，维护区域生态环境。

(5) 山地风电项目一般建于山头或山脊上，山高坡陡，区域地形地貌复杂，应注重道路工程区、风电机组区下边坡拦挡，尤其是土石方施工过程中的临时拦挡，做好坡面防护，防止土石方沿山坡滚落，造成溜碴挂坡现象，严重破坏区域生态环境和植被生态系统。

(6) 江西省地处亚热带湿润季风气候区，雨量丰沛且时空分布不均，山地风电项目应注重场地排水，防止地表径流乱流，冲刷坡面，造成水土流失甚至安全隐患。尤其是道路工程路基排水，应根据沿线地形做到分段收集，分段导排入自然沟道中，减少径流流量和能量。

(7) 风能是技术最为成熟并且无大气污染物的一种可再生能源，在当今能源短缺以及污染严重的时代扮演了重要角色[31]，在江西省[8]乃至全国[32]最有发展前景。风电开发能够改善环境，也会产生系列环境问题[33]，因此了解山地风电项目建设特点，优化风电项目土石方的调配，加大对风电项目扰动区域尤其是水土流失严重区域的关注，并采取针对性的防治措施，能够大大降低对周边环境的影响，更利于生态环境的保护与提升。