鄒小陽(yáng)，周 旺，劉 濤，楊以翠，肖克飚，申云康

(1.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000；2.中科院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

能源是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的動(dòng)力源泉，也是支撐人類(lèi)文明快速發(fā)展和生活品質(zhì)提升的基礎(chǔ)[1]。20世紀(jì)至21世紀(jì)初期，煤炭、石油等不可再生資源是能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的主要組成部分[2]，但不可再生資源存在不可持續(xù)性、污染環(huán)境和安全性等問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展[3]。這促使各國(guó)開(kāi)始發(fā)展清潔、可再生的新能源，根據(jù)《2013全球可再生能源現(xiàn)狀報(bào)告》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球已有140余個(gè)國(guó)家制定了可再生能源發(fā)展規(guī)劃和國(guó)家政策[4]。預(yù)計(jì)到2020年，新能源應(yīng)用率將達(dá)到15.50%，風(fēng)能在新能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)了重要地位[5]。

興建風(fēng)電項(xiàng)目是有效利用風(fēng)能的方式，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)陸地風(fēng)電項(xiàng)目裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到1.70億kW[6]。風(fēng)電項(xiàng)目推進(jìn)綠色新能源發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成很大威脅，易引發(fā)嚴(yán)重的水土流失危害[7- 8]。前人的研究主要集中于山地風(fēng)電項(xiàng)目水土流失的防治[7，9- 12]，而我國(guó)風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)位于海南、廣西、廣東等沿海地區(qū)，這些地區(qū)地形地貌以丘陵地貌為主。因此，本文以華潤(rùn)電力梧州蒼梧六堡一期50MW風(fēng)電場(chǎng)工程為研究對(duì)象，總結(jié)適宜我國(guó)沿海省市丘陵地貌區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目的水土保持措施體系，為我國(guó)丘陵區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目水土保持措施和生態(tài)景觀設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

華潤(rùn)電力梧州蒼梧六堡一期50MW風(fēng)電場(chǎng)工程位于梧州市蒼梧縣六堡鎮(zhèn)、獅寨鎮(zhèn)一帶的山脊上，距離蒼梧縣約30km。場(chǎng)區(qū)總面積為298.20km2。該項(xiàng)目屬建設(shè)類(lèi)新建項(xiàng)目。按FD002—2007《風(fēng)電場(chǎng)工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(試行)，本工程等別為III等，工程規(guī)模為中型。工程動(dòng)態(tài)投資41982.00萬(wàn)元，其中土建投資7088.36萬(wàn)元，工程計(jì)劃于2019年1月開(kāi)工，2019年12月建設(shè)完成，項(xiàng)目組成及其特性詳見(jiàn)表1。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目場(chǎng)址區(qū)屬丘陵地貌，高程400.00～900.00m；項(xiàng)目區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，蒼梧縣多年平均氣溫21.2℃，多年平均降雨量1506.90mm，十年一遇1h降雨量55.60mm，多年平均風(fēng)速1.80m/s，多年平均蒸發(fā)量1503.10mm，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土壤侵蝕背景值為465.00t/(km2·a)；區(qū)域土壤類(lèi)型以紅壤為主，地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林為主，項(xiàng)目區(qū)林草覆蓋率達(dá)88.00%。項(xiàng)目區(qū)水系屬于珠江流域西江水系。項(xiàng)目區(qū)在全國(guó)土壤侵蝕類(lèi)型區(qū)劃中屬水力侵蝕類(lèi)型區(qū)的南方紅壤丘陵區(qū)，水土流失以輕度水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500.00t/(km2·a)。本工程所在地蒼梧縣不屬于國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)，屬桂東山地丘陵自治區(qū)級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。

表1 工程特性表

3 水土保持措施設(shè)計(jì)原則

3.1 布設(shè)原則

為有效治理工程建設(shè)新增水土流失及原有水土流失，本工程水土流失防治措施布設(shè)遵循“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先、全面規(guī)劃、綜合治理、因地制宜、突出重點(diǎn)、科學(xué)管理、注重效益”的原則。

3.2 總體布局

本工程水土流失防治措施布局主要是將具體措施細(xì)化到各項(xiàng)目功能區(qū)上。對(duì)于各水土流失防治分區(qū)，主要是在主體工程采取的邊坡防護(hù)等措施的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)施工管理和臨時(shí)防護(hù)措施，同時(shí)對(duì)各區(qū)進(jìn)行植物綠化措施，使整個(gè)工程形成一個(gè)較為完善的水土流失防治體系。

本工程各分區(qū)采取的水土保持措施主要有：施工前對(duì)發(fā)電場(chǎng)區(qū)、升壓站建設(shè)區(qū)、道路建設(shè)區(qū)、集電線路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)和棄渣場(chǎng)進(jìn)行表土剝離，同時(shí)對(duì)臨時(shí)堆土場(chǎng)周邊布置臨時(shí)排水、沉沙措施。

4 各工程區(qū)水土保持措施典型設(shè)計(jì)

4.1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)區(qū)

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)區(qū)典型設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)圖

4.2 升壓站建設(shè)區(qū)

升壓站建設(shè)區(qū)典型設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 升壓站建設(shè)區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)圖

主體工程設(shè)計(jì)時(shí)，已對(duì)升壓站周邊部分區(qū)域設(shè)置了漿砌石排水溝，但在施工期間，為了疏導(dǎo)站內(nèi)排水，需在升壓站建設(shè)區(qū)區(qū)域四周內(nèi)布設(shè)臨時(shí)排水溝，排水溝內(nèi)鋪土工膜防沖，排水溝長(zhǎng)約300.00m，鋪土工膜345.00m2。為防止泥沙流入周邊水體，在排水溝末端各設(shè)置沉沙池1座。

4.3 道路建設(shè)區(qū)

4.3.1挖方路段

根據(jù)挖方路段沿線情況，對(duì)匯水面較大且主體設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮道路排水的路段，在其道路兩側(cè)設(shè)置漿砌石排水溝，排水溝長(zhǎng)500.00m。

主體設(shè)計(jì)中沒(méi)考慮與自然溝道的順接。為防護(hù)邊坡穩(wěn)定，使場(chǎng)內(nèi)道路排水順暢，本方案根據(jù)道路沿線情況，在排水溝與自然沖溝順接處增設(shè)漿砌石排水溝，排水溝長(zhǎng)300.00m。

4.3.2半挖半填路段

根據(jù)道路沿線情況，對(duì)匯水面較大且主體設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮道路排水的路段，在其挖方邊坡坡頂設(shè)置漿砌石截水溝、坡腳設(shè)置漿砌石排水溝，截(排)水溝長(zhǎng)3500.00m。根據(jù)道路沿線情況，在排水溝與自然沖溝順接處增設(shè)漿砌石排水溝，排水溝長(zhǎng)1100.00m。

4.3.3填方路段

根據(jù)道路沿線情況，對(duì)匯水面較大且主體設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮道路排水的路段，在道路兩側(cè)設(shè)置漿砌石排水溝，排水溝長(zhǎng)200.00m。根據(jù)道路沿線情況，在排水溝與自然沖溝順接處增設(shè)漿砌石排水溝，排水溝長(zhǎng)100m。

4.3.4消力沉沙措施

在沿線排水溝末端設(shè)置消力井，兼有沉沙作用。共設(shè)消力井10座。消力井為本方案新增工程措施，在此進(jìn)行井深校核計(jì)算。

(1)縮水深hc計(jì)算

(1)

式中，hc—收縮斷面水深，m；T0—消力井底部以上的總水頭，m；α—水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用1.0～1.05，φ流速系數(shù)，一般可取0.95。

(2)后水深hc′計(jì)算

(2)

式中，hc′—躍后水深，m；b1—消力井首端寬度，m；b2—消力井末端寬度，m。

(3)出井落差Δz計(jì)算

(3)

式中，ht—下游水深，m。

(4)水躍淹沒(méi)系數(shù)計(jì)算

(4)

代入設(shè)計(jì)參數(shù)σ0=1.07，在合理區(qū)間范圍內(nèi)，消力井尺寸設(shè)計(jì)合理。

4.4 集電線路區(qū)

集電線路區(qū)典型設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 集電線路區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)圖

工程措施主要有覆土、臨時(shí)排水、沉沙、臨時(shí)苫蓋和植物措施等。

4.5 施工生產(chǎn)生活區(qū)

施工生產(chǎn)生活區(qū)典型設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

工程措施主要有覆土、臨時(shí)攔擋、苫蓋、臨時(shí)排水、沉沙、和植物措施等。

表2 棄渣場(chǎng)區(qū)防治措施等級(jí)及安全系數(shù)表

圖4 施工生產(chǎn)生活區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)圖

4.6 臨時(shí)堆土場(chǎng)區(qū)

臨時(shí)堆土場(chǎng)區(qū)典型設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

圖5 臨時(shí)堆土場(chǎng)區(qū)水土保持措施設(shè)計(jì)圖

工程措施主要有臨時(shí)攔擋、苫蓋、排水、沉沙和植物措施等。

4.7 棄渣場(chǎng)區(qū)

根據(jù)本工程的棄渣特點(diǎn)和交通運(yùn)輸條件，共規(guī)劃布置3個(gè)棄渣場(chǎng)，均為坡地型棄渣場(chǎng)。其工程措施主要有表土剝離、覆土、攔擋措施、截(排)水措施、臨時(shí)措施及植物措施等。

棄渣場(chǎng)共修筑擋渣墻38.00m，截水溝1135.00m，平臺(tái)排水溝590.00m，消力井6個(gè)。擋土墻為本方案新增工程措施，在此進(jìn)行擋土墻及渣體邊坡穩(wěn)定分析。根據(jù)GB 51018—2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程棄渣場(chǎng)區(qū)防治措施等級(jí)及安全系數(shù)見(jiàn)表2。

2#棄渣場(chǎng)占地面積、堆渣量和最大堆高均最大，其擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算及渣體穩(wěn)定分析具有典型性及代表性。2#棄渣場(chǎng)擋土墻設(shè)計(jì)為重力式，墻頂寬度為0.60m，面坡傾斜坡率為1∶0，背坡傾斜坡率為1∶0.5，墻高3.10m。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6所示，擋土墻設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)表3，擋土墻的設(shè)計(jì)條件見(jiàn)表4。

表3 擋土墻尺寸表

表4 擋土墻設(shè)計(jì)條件表

擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算包括抗滑、抗傾覆和地基承載力的穩(wěn)定性驗(yàn)算。通過(guò)驗(yàn)算可以得出，設(shè)計(jì)的擋土墻Kc≥1.2、Ko≥1.4、σmax/σmin<2，能夠滿足抗滑、抗傾覆和地基承載力的穩(wěn)定要求，穩(wěn)定性較好，詳見(jiàn)表5。

表5 擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算表

渣體邊坡穩(wěn)定分析，使用瑞典圓弧法對(duì)堆渣體邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析驗(yàn)算可以得出，設(shè)計(jì)的渣體邊坡K≥1.15，能夠滿足邊坡抗滑的要求，穩(wěn)定性較好。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5。

對(duì)棄渣場(chǎng)坡面截水溝過(guò)水?dāng)嗝孢M(jìn)行校核，通過(guò)水文計(jì)算，截水溝洪峰流量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表6。截水溝采用矩形斷面，尺寸為0.50m×0.50m，對(duì)其過(guò)流能力進(jìn)行復(fù)核，截水溝設(shè)計(jì)流量及匯水流量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表7。通過(guò)計(jì)算，Q設(shè)>Qm，截水溝設(shè)計(jì)流量滿足十年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖6 擋土墻計(jì)算簡(jiǎn)圖

項(xiàng)目洪峰徑流系數(shù)K1h設(shè)計(jì)雨量I/mm集水面積F/km2單位換算系數(shù)洪峰流量Qm/(m3/s)1#棄渣場(chǎng)0.655.60.0100.2780.092#棄渣場(chǎng)0.655.60.0250.2780.233#棄渣場(chǎng)0.655.60.0200.2780.19

表7 截水溝設(shè)計(jì)過(guò)水量計(jì)算表

棄渣場(chǎng)植物措施配置見(jiàn)表8。

表8 棄渣場(chǎng)植物措施配置表

5 結(jié)論

在我國(guó)沿海省市(如浙江、廣東、廣西、海南、福建等)“十三五”規(guī)劃中均提到了促進(jìn)風(fēng)能資源等新能源發(fā)展，在風(fēng)電項(xiàng)目逐年增多的背景下，如何實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與風(fēng)電項(xiàng)目共同協(xié)調(diào)發(fā)展，是目前水土保持行業(yè)的熱點(diǎn)。本文以華潤(rùn)電力梧州蒼梧六堡一期50MW風(fēng)電場(chǎng)工程為研究對(duì)象，總結(jié)適宜我國(guó)丘陵區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目的水土保持措施體系，為丘陵區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目水土保持措施設(shè)計(jì)和生態(tài)景觀設(shè)計(jì)提供參考。