陳曉琳，尹武君，張?bào)w強(qiáng)

(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

0 引 言

在碳達(dá)峰與碳中和背景下，加速推進(jìn)清潔能源發(fā)展是未來(lái)中國(guó)能源建設(shè)的主要路徑和方向。風(fēng)力發(fā)電在提供清潔能源的同時(shí)也帶來(lái)一定程度的生態(tài)破壞和水土流失[1-2]。中國(guó)幅員遼闊、地形復(fù)雜多樣，隨著大容量低風(fēng)速風(fēng)機(jī)的研制成功，越來(lái)越多的山區(qū)風(fēng)能具備經(jīng)濟(jì)上的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)上的開(kāi)發(fā)條件，成為陸上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)[1,3]。但是，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)具有地形復(fù)雜、海拔高、氣候惡劣和生態(tài)環(huán)境脆弱等特點(diǎn)[4-6]，植被破壞后恢復(fù)難度大，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中引起的生態(tài)破壞和水土流失尤為突出。下面以重慶市某山區(qū)風(fēng)電工程為依托，創(chuàng)新性提出適用于陡峻山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)的新型筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，并對(duì)其產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行了分析，其研究對(duì)建設(shè)“生態(tài)風(fēng)電”創(chuàng)新模式具有重要的意義。

1 山地風(fēng)電場(chǎng)生態(tài)環(huán)境影響特點(diǎn)

1)生態(tài)環(huán)境脆弱，恢復(fù)困難

風(fēng)電場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境影響主要是施工期永久占地和臨時(shí)占地對(duì)地表原有生態(tài)系統(tǒng)的破壞[7]。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、升壓站等永久占地將會(huì)導(dǎo)致地表植被完全損失，且一般是不可逆的；吊裝場(chǎng)地、施工道路等臨時(shí)占地也會(huì)一定程度上碾壓地表植被，影響區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度和植物群落組成，使區(qū)域植被生產(chǎn)能力降低。同時(shí)，由于山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，植被一旦被破壞則恢復(fù)困難[8]。但是，山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)后植被恢復(fù)覆蓋率往往不達(dá)標(biāo)，常出現(xiàn)青山掛白的現(xiàn)象，生態(tài)恢復(fù)的代價(jià)極高。

2)施工擾動(dòng)大，水土流失嚴(yán)重

風(fēng)電場(chǎng)基建開(kāi)挖、臨時(shí)堆放土石方等施工活動(dòng)將不可避免地?cái)_動(dòng)原有地貌，建設(shè)過(guò)程中點(diǎn)、線、面擾動(dòng)并存，施工作業(yè)面大，使原生地表的覆蓋物和土壤結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，土壤抗蝕性降低，加劇土壤侵蝕強(qiáng)度，且恢復(fù)難度大[9]。風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中本身會(huì)產(chǎn)生大量的土石方，基礎(chǔ)開(kāi)挖和填筑等施工活動(dòng)嚴(yán)重影響了土層的穩(wěn)定性，進(jìn)一步加劇水土流失。

2 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的特點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)依托工程概況

筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)以重慶某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)工程為依托，該風(fēng)電場(chǎng)屬于典型的山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)，東側(cè)存在高聳陡崖，且存在巖土崩塌失穩(wěn)的不良地質(zhì)作用。風(fēng)電機(jī)組機(jī)位需距離東側(cè)陡崖滿足一定安全距離，大多數(shù)機(jī)位均移動(dòng)至西側(cè)的山坡下。采用常規(guī)方法需向下開(kāi)挖邊坡形成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及吊裝平臺(tái)，從而導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組機(jī)位的東側(cè)、東北側(cè)、東南側(cè)普遍存在約10～30 m左右的高邊坡。常規(guī)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面積增大，大量增加土石方開(kāi)挖量和渣土量，造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞，且后期恢復(fù)難度極大。

2.2 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的特點(diǎn)

中國(guó)陸上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)主要結(jié)構(gòu)形式包括擴(kuò)展基礎(chǔ)、梁板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、錨桿基礎(chǔ)，其中擴(kuò)展基礎(chǔ)(如圖1所示)和樁基礎(chǔ)應(yīng)用最多，但是上述基礎(chǔ)不能很好地解決不同地形高差的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)問(wèn)題，導(dǎo)致開(kāi)挖面大、開(kāi)挖土石方多、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重等問(wèn)題。

圖1 常規(guī)擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

參照重慶地區(qū)吊腳樓建筑及火力發(fā)電廠煙囪特征，針對(duì)特殊的陡峻山區(qū)地形特點(diǎn)，首次創(chuàng)新性地提出適用于陡峻山區(qū)地形的筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，其具體的基礎(chǔ)形式如圖2所示。筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)可分為上、中、下3個(gè)部分：上部為圓形承臺(tái)，圓形承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋風(fēng)機(jī)塔筒基礎(chǔ)環(huán)或預(yù)應(yīng)力錨栓，圓形承臺(tái)頂部為與風(fēng)機(jī)塔筒底部連接的圓柱臺(tái)；中部為適應(yīng)于調(diào)整坡地高差的圓環(huán)筒，圓環(huán)筒位于圓形承臺(tái)邊緣下部，圓環(huán)筒與上部圓形承臺(tái)采用剛接連接；下部為設(shè)置在設(shè)計(jì)持力層上部、適應(yīng)于坡地高差調(diào)節(jié)的圓環(huán)形基礎(chǔ)。

圖2 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)已在重慶某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)工程進(jìn)行應(yīng)用，共6臺(tái)風(fēng)機(jī)(基礎(chǔ)編號(hào)為6號(hào)、9號(hào)、16號(hào)、20號(hào)、23號(hào)、29號(hào)機(jī)位)采用筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

3 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境效益分析

風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開(kāi)挖等施工活動(dòng)干擾和擾動(dòng)原地貌，造成植被破壞和水土流失[6]。以重慶某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)工程為例，將常規(guī)的方案1(大開(kāi)挖平臺(tái)+擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ))與所設(shè)計(jì)的新型方案2(高低吊裝平臺(tái)+筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ))就對(duì)占地和植被的影響、對(duì)土石方開(kāi)挖量和棄土量的影響以及對(duì)水土流失量的影響等方面進(jìn)行比較分析。

3.1 對(duì)占地和植被的影響

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)占地屬于永久占地，永久占地面積將對(duì)原有植被造成破壞，改變?cè)型恋乩妙愋汀，F(xiàn)將方案1與方案2的永久占地面積、生物損失量進(jìn)行對(duì)比分析，如表1和表2所示。

表 1 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)永久占地面積對(duì)比

表 2 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)生物量損失量對(duì)比

由表 1可知，6臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)組均采用方案2，較常規(guī)的方案1可有效減少因風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及平臺(tái)施工開(kāi)挖面積和永久征地面積，減少面積高達(dá)8896 m2，減少比例為36.2%。

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)對(duì)植被的影響主要集中在建設(shè)過(guò)程中，永久占地和臨時(shí)占地對(duì)植被造成破壞，尤其是風(fēng)礎(chǔ)永久占地將直接破壞地表植被，導(dǎo)致植被完全損失[10]。由表 2可知，方案2的永久和臨時(shí)擾動(dòng)地表面積更少，永久和臨時(shí)占地造成的生物損失量較方案1分別減少106.85 t、172.08 t，總損失量較方案1減少43.1%。由此可見(jiàn)，相同地形條件下，筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)減少擾動(dòng)地表優(yōu)勢(shì)明顯，在控制水土流失方面效果更佳，更有利于項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

3.2 對(duì)土石方開(kāi)挖量和棄土量的影響

對(duì)采用方案1與方案2的土石方開(kāi)挖量和棄土量變化情況進(jìn)行對(duì)比分析，說(shuō)明新型基礎(chǔ)在減少土石方工程量的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 3 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開(kāi)挖量和棄土量對(duì)比分析表

由表 3可知，6臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)組均采用方案2較常規(guī)的方案1可有效減少因風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及平臺(tái)施工開(kāi)挖的土石方量(300 695 m3)，減少比例為73.2%。通過(guò)分析不同基礎(chǔ)形式棄土量可以看出，采用筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)后，風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)平臺(tái)棄土量減少303 860 m3，減少比例為75.1 %。從生態(tài)環(huán)保角度分析，土石方開(kāi)挖量和棄土量的減少，從根源上減少了水土流失的來(lái)源，有利于水土保持和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。同時(shí)，棄土量的減少可減少工程棄土場(chǎng)的數(shù)量，進(jìn)而減少因布置棄土場(chǎng)擾動(dòng)地表和破壞植被的面積，達(dá)到減少水土流失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。

3.3 對(duì)水土流失量的影響

結(jié)合重慶某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)工程區(qū)域地形地貌特征、土壤質(zhì)地和植被覆蓋情況等情況，按照SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)表，水土流失強(qiáng)度以輕度、中度為主。根據(jù)SL 773—2018《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量測(cè)算導(dǎo)則》推薦公式計(jì)算方案1與方案2的水土流失量見(jiàn)表 4。

表4 筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)水土流失量對(duì)比分析

由表 4可知，6臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)組采用方案1和方案2水土流失總量分別為174 t、110 t，新增水土流失量分別為116 t、73 t，方案2較方案1的水土流失總量和新增流失量減少比例分別為36.8%、37.1%。這主要是筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)貼合陡峻地形的特點(diǎn)進(jìn)行了高低基礎(chǔ)和高低平臺(tái)的設(shè)計(jì)，有效減少了地表擾動(dòng)面積和土石方開(kāi)挖量，從而大大減少了水土流失量，在控制水土流失方面有積極作用。

4 結(jié) 論

新型筒承式風(fēng)機(jī)新型基礎(chǔ)與傳統(tǒng)的擴(kuò)展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)相比，有效減少了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)永久和臨時(shí)占地面積，降低了植被破壞和生物損失量，減少了土石方開(kāi)挖量和棄土量，從而減小了水土流失量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)環(huán)境的最小影響。新型筒承式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，主要適用于地形復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱、植被恢復(fù)困難的陡峻山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)，該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)改善了生態(tài)環(huán)境影響，有效緩解了山區(qū)風(fēng)電工程建設(shè)的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，為建設(shè)“生態(tài)風(fēng)電”提供了良好的示范。