邢曉光，賈志軍，王淮亮，王 微，張 晨

(河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，河北 石家莊 050061)

開發(fā)太陽能等可再生能源是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分[1]。河北省地處我國的中東部，大部分地區(qū)屬于太陽能資源“較豐富帶”，太陽能資源的分布具有北部高于南部、內(nèi)陸高于沿海的特征。2013年以來，受政策的引導(dǎo)，河北省已建成了一批光伏發(fā)電項(xiàng)目，且將要上馬另一批項(xiàng)目，主要分布在北部的壩上高原區(qū)、燕山山地和西部的太行山區(qū)。由于光伏發(fā)電項(xiàng)目占地面積大，項(xiàng)目選址或位于易產(chǎn)生水土流失的低山丘陵區(qū)，或位于壩上高原生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。其中壩上高原區(qū)地勢(shì)較為平緩，海拔在1 200 m以上，自然植被主要是雜草和零星喬灌木，林草覆蓋率較低，土壤多為栗鈣土，土壤瘠薄，屬京津風(fēng)沙源重點(diǎn)治理區(qū)，水土流失以風(fēng)力水力交錯(cuò)侵蝕為主。燕山山區(qū)和西部太行山區(qū)建設(shè)的光伏發(fā)電項(xiàng)目多位于山麓及低山丘陵區(qū)，山麓地勢(shì)較為平緩，低山丘陵區(qū)地勢(shì)起伏較大，光伏板多布置在坡度較小的山坡上。該區(qū)域土層厚度不均，主要植被是草、低矮灌木和小喬木，植被蓋度低，主要受水力侵蝕。本文對(duì)河北省光伏發(fā)電項(xiàng)目的水土流失特點(diǎn)進(jìn)行分析，并探討防治措施。

1 光伏發(fā)電項(xiàng)目的組成

河北省所建設(shè)的光伏發(fā)電項(xiàng)目主要由光伏發(fā)電區(qū)、辦公區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、集電線路和道路組成。其中光伏發(fā)電區(qū)占地面積最大，包括光伏陣列、逆變器室和箱變，多以1 MWp作為一個(gè)光伏發(fā)電單元，每單元占地在1.5～2.0 hm2，采取固定式支架安裝，根據(jù)所處緯度不同，最大傾角在30°～35°之間，最小離地距離0.4 m。為避免光伏板間相互遮擋，每排光伏板之間保留一定寬度的空地，空地寬度依地形確定，在3～6 m之間。光伏電池板發(fā)出的電匯聚至就近布置的逆變器室，經(jīng)箱變升壓至35 kV。辦公區(qū)包括35 kV開關(guān)站和辦公樓等生產(chǎn)管理設(shè)施。施工生產(chǎn)生活區(qū)在辦公區(qū)附近布設(shè)，部分臨時(shí)生產(chǎn)生活設(shè)施可布置在辦公區(qū)內(nèi)。集電線路首先將光伏組件發(fā)出的電輸送至匯流箱，再由匯流箱至逆變器室及箱變，此段電纜采用橋架的方式，逆變器室至35 kV開關(guān)站多采用地埋電纜的方式，少數(shù)光伏區(qū)布置較分散的項(xiàng)目也采用架空線路。道路連接各光伏發(fā)電單元，方便施工、巡視檢修。

2 施工設(shè)計(jì)和工藝的水土流失分析及建議

項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)和工藝決定著對(duì)地表的擾動(dòng)類型和擾動(dòng)程度，因此從擾動(dòng)地表類型和程度的角度可分析光伏發(fā)電項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)和工藝造成水土流失的環(huán)節(jié)和水土流失特點(diǎn)。

2.1 場(chǎng)地平整

光伏發(fā)電項(xiàng)目占地面積較大，考慮經(jīng)濟(jì)因素，多數(shù)是占用灌草地。位于高原區(qū)、平原區(qū)的發(fā)電項(xiàng)目，地勢(shì)平坦，一般不需要進(jìn)行場(chǎng)地平整。而選址在山區(qū)丘陵區(qū)的光伏發(fā)電項(xiàng)目，為保證發(fā)電效率，光伏板傾角不宜大于35°，若選擇在坡度大于35°的山坡上布設(shè)光伏板，則需要進(jìn)行放坡整地，擾動(dòng)地表會(huì)十分劇烈，從水土保持角度分析，應(yīng)禁止此類整地的施工設(shè)計(jì)。在山區(qū)的項(xiàng)目選址過程中，應(yīng)盡量選擇坡度較小的區(qū)域(35°以下)，順坡就勢(shì)進(jìn)行光伏設(shè)備的布置，這樣既能減少對(duì)地表的擾動(dòng)，也易于后期治理。

2.2 光伏支架基礎(chǔ)施工和光伏板安裝

光伏支架基礎(chǔ)有3種形式，一是條形基礎(chǔ)，二是鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，三是螺旋鋼樁基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)施工時(shí)需開挖寬約0.5 m的條溝，埋設(shè)鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，地面以下基礎(chǔ)埋深0.3 m，地面以上0.2 m。基礎(chǔ)上設(shè)置螺栓，安裝支架，這種基礎(chǔ)形式擾動(dòng)地表面積較大，程度劇烈，因此應(yīng)盡量避免選擇此類基礎(chǔ)形式。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工時(shí)采用打樁機(jī)打孔，操作簡(jiǎn)易，孔深0.6～1.2 m，直徑0.15 m，孔內(nèi)加注錨固材料，將加固型鋼管旋擰至設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行二次灌漿固定鋼樁，支架立柱通過螺栓固定在鋼管樁內(nèi)。螺旋鋼樁基礎(chǔ)多用于巖質(zhì)地表，采用手提電鉆鉆孔，螺栓固定支架。后面兩種基礎(chǔ)施工擾動(dòng)地表程度和面積均較小，沒有大量的土石方開挖、回填，不會(huì)產(chǎn)生棄方，造成的水土流失較輕。

2.3 道路施工

施工道路、檢修道路的修建，一般依據(jù)項(xiàng)目的施工需要和運(yùn)輸檢修機(jī)械來確定道路的形式，多采用泥結(jié)碎石路面。在山區(qū)丘陵區(qū)修建道路時(shí)，多數(shù)地段需沿等高線順地勢(shì)修建，以減少挖填方。

2.4 構(gòu)(建)筑物建設(shè)和變壓器等設(shè)備的安裝

構(gòu)(建)筑物主要包括辦公區(qū)和逆變器室，施工前進(jìn)行的場(chǎng)地平整、基礎(chǔ)施工對(duì)地表擾動(dòng)劇烈，因此要求施工前應(yīng)注意表土資源的保護(hù)，場(chǎng)地平整時(shí)盡量利用原地形地勢(shì)移挖作填，減少動(dòng)土方量和倒運(yùn)次數(shù)?；A(chǔ)施工時(shí)應(yīng)以機(jī)械為主，基建施工、設(shè)備安裝等采用流水作業(yè)，減少擾動(dòng)時(shí)間；施工時(shí)加強(qiáng)臨時(shí)攔擋、排水和遮蓋措施，做好邊坡防護(hù)。

2.5 光伏發(fā)電板的清洗

光伏板會(huì)被浮塵覆蓋，影響發(fā)電效率。建設(shè)運(yùn)行單位一般采用沖水和濕抹布人工擦拭兩種方式對(duì)電池板進(jìn)行清理。沖水清洗的方式用水量較大，需要運(yùn)水車輛，對(duì)場(chǎng)內(nèi)道路等級(jí)要求較高，因此從水土保持角度分析，建議采用濕抹布人工擦拭的方式，省水且易于操作，但耗費(fèi)人力。

3 水土流失防治措施布置

按照項(xiàng)目布局和施工工藝特點(diǎn)，針對(duì)工程建設(shè)過程中各防治分區(qū)的水土流失情況，因地制宜地布置防治措施。

3.1 表土資源的保護(hù)措施

要加強(qiáng)對(duì)表土資源和地表植被的保護(hù)，尤其是在土層較薄的壩上高原區(qū)，構(gòu)(建)筑物、道路、電纜溝等在施工前，要將表土層剝離，集中堆放，并灑水養(yǎng)護(hù)。施工結(jié)束后覆土平整，有利于植被恢復(fù)。

3.2 邊坡防護(hù)和截排水措施

位于山區(qū)丘陵區(qū)的光伏發(fā)電項(xiàng)目在建設(shè)過程中形成的高陡邊坡，需要布置邊坡防護(hù)措施。位于山坡上和上游有匯水的光伏發(fā)電區(qū)、辦公區(qū)應(yīng)布置截水溝，引導(dǎo)雨水下泄，減少對(duì)項(xiàng)目區(qū)的沖刷。道路兩側(cè)要布設(shè)排水措施，防止路面受沖刷。

3.3 光伏板下緣地表保護(hù)措施

光伏板表面光滑，面積較大，大氣降水將沿光伏板下緣下瀉至松散地表，容易造成水土流失。為此，可以在下緣地表布設(shè)碎石以減弱雨水對(duì)地表的沖刷。另外，可采用在光伏板下緣懸掛雨水收集槽的方法，將光伏板上的雨水引入收集槽，再通過管道或溝渠匯至水窖或蓄水池，既可以收集雨水，又可減弱雨水對(duì)地面的沖刷。

3.4 植被恢復(fù)措施

為減少植被對(duì)光伏板的遮擋，影響發(fā)電效率，施工前需將項(xiàng)目區(qū)內(nèi)原有的喬灌木移出光伏發(fā)電區(qū)，因此應(yīng)做好移栽樹木的保護(hù)。施工結(jié)束后，采取種草的方式恢復(fù)植被，不再栽植喬灌木。已建成的光伏發(fā)電站，光伏板下陽光直射較弱，土壤水分大，多采用自然恢復(fù)植被的方式，恢復(fù)效果不錯(cuò)，能達(dá)到水土保持的要求。而每排光伏板之間的空地、土層較薄的區(qū)域，植被恢復(fù)效果較差，需人工覆土種草，這樣才能達(dá)到水土保持要求。在距離光伏板較遠(yuǎn)道路的兩側(cè)等區(qū)域，仍建議采用喬灌草結(jié)合的方式恢復(fù)植被。

4 結(jié) 語

未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，太陽能資源在我國的能源結(jié)構(gòu)中將處于十分重要的地位，河北省也將大量發(fā)展光伏發(fā)電項(xiàng)目。為保護(hù)項(xiàng)目區(qū)的水土資源，在項(xiàng)目施工過程中，一是要優(yōu)化施工設(shè)計(jì)和施工工藝，減少地表擾動(dòng)面積和程度；二是以區(qū)域地表整治、植被恢復(fù)和重建為防治方向，將邊坡防護(hù)、截排水等工程措施與植物措施相結(jié)合，綜合防治工程建設(shè)造成的水土流失。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡云巖，張瑞英，王軍.中國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1):69-72.