辽西低山丘陵区光伏发电项目水土保持监测方法

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  摘 要:为了探究水土保持监测方法在辽西低山丘陵区光伏发电项目的适用情况,以该地项目为例,对比分析无人机遥感监测法、测钎法以及调查巡查监测法在光伏发电项目水土保持监测中的适用性,为水土保持监测项目开展提供技术支持。
  关键词:水土保持监测;水土流失;光伏发电;无人机遥感监测
  中图分类号:S157 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20180329024
  光伏发电是国家重要的战略性新兴产业,对优化能源结构、改善生态环境等都具有重要意义。辽宁省是光伏发电项目建设的大省,截至2017年上半年,全省光伏发电工程新增投产装机76万KW,全国排名升至18位。辽宁省西部(简称辽西,包括朝阳市、锦州市、葫芦岛市和义县等地区)做为辽宁省光伏发电的主要地区,有着丰富的太阳能资源。辽西地貌属低山丘陵区,从水土保持角度光伏电场的建设有着扰动土地面积大、场内道路长、地形起伏较大等特点,工程建设过程中,地面设施的兴建、开挖、填筑以及临时堆土等活动不同程度、不同形式的扰动了原地貌形态,损坏了地表植被和土体结构,不可避免的产生水土流失。水土保持监测是为了保证水土保持防治方案的落实,使新增水土流失得到有效控制,逐步恢复和改善生态环境。通过水土保持监测可以对水保方案进行动态优化设计,最大限度提高生态效益提供基础数据,此外监测成果也是工程验收的重要依据。本文以《华能朝阳黑牛营子17MWp光伏发电工程》为例,介绍辽西低山丘陵区水土保持监测工作的一些方法,为相关单位提供可借鉴的经验。
  1 项目及项目区域概况
  1.1 项目概况
  华能朝阳黑牛营子 17MWp 光伏发电工程位于辽宁省西部朝阳市朝阳县黑牛营子乡。场址中心坐标:E 12013’11.82’’,N 416’1.24’’,海拔高度在 290~400m 之间。场区地势北高南低,地势起伏较大。建设任务包括:17MW 光伏阵列场地、集电线路(3 回 35kV 集电线路,长度 12km)、新建 1 座 66kV 升压站、场内道路(长度 5.74km)等。项目总占地面积 29.40hm2,永久占地 27.86hm2(其中永久征地 0.75hm2,租赁用地 27.11hm2),临时占地 1.54hm2(全部为租赁用地)。工程总挖方 1.73 万 m3,总填方 1.73 万 m3(含表土 0.03 万m3),无弃方。工程总投资为15046.25 万元,其中土建投资 1586 万元。建设工期为 2017年 3 — 6 月,施工总工期 4 个月。场区所占区域没有居民点。根据项目的特点,将项目区分为光伏电场区、集电线路区、升压站区、道路及施工生产生活区 5个防治分区。
  1.2 项目区概况
  项目区地处辽西低山丘陵区,海拔一般在290~400m之间。项目区属温带大陆性季风气候区,四季分明、光照充足,降水年内分配极不均匀,7—8月降水量占全年降水总量的80%以上,春季干旱,雨热同期,日照充足,温差较大,年极端最低气温-29.5℃,年极端最高气温 43.3℃,年平均气温8.4℃,≥10℃积温3532℃,年均日照时数2677.8h,无霜期158d,大风日数34d,平均风速2.1m/s,冬季以西北风为主,夏季以东南风为主。年平均降水量为480.6mm,年平均径流深为145mm,降水量年季间变化大,年内分配不均匀,多集中在7—9月,年最大降水量886mm,年最小降水量210mm,10a一遇6h最大降水量为80.3mm,10a一遇24h最大降水量121mm,多年平均蒸发量为1842mm,相对湿度48%,最大冻土深度1.30m。主要土壤为褐土。项目区由于人为活动频繁,始生植物遭受严重破坏,现状植被主要为天然次生林和人工林,林草覆盖率28%。项目区水土流失类型为水力侵蚀,侵蚀强度为中度,土壤容許流失量为200t/(km2·a)。
  2 监测内容与方法
  2.1 监测布局
  根据工程总体布局、水土流失预测结果和工程防治分区特点,确定监测区域为本工程的水土流失防治责任范围。根据工程防治分区特点,水土保持监测分区分为:主体工程建设区、场内道路区和施工生产生活区3个监测分区。结合项目区的水土流失类型、强度等,并根据各区的具体施工工艺情况,确定水土保持重点监测区域为主体工程建设区。本着监测点位布设既能全面反映水土流失状况和防治效果,同时监测点位具有代表性的原则,确定水土流失监测点位。监测点具体布设情况如下。
  项目在主体工程区布置3个监测点位,场内道路布设2个监测点,施工生产生活区1个监测点,共布设6个监测点位,进行定点监测。
  2.2 监测内容
  水土保持监测内容应当对监测区域全覆盖的全程动态监测。开发建设项目水土保持监测需要控制的因素较多,大体可分为水土流失因子(自然和人文)、水土流失危害(生态、经济和社会)、水土保持措施(数量和施工进度)和水土保持成果[1-4]。本节从施工不同阶段表述各监测因素在各施工阶段的监测内容。
  2.2.1 施工准备期监测
  施工准备期掌握工程施工前原地貌土壤侵蚀状况本底值,主要监测内容包括监测防治责任范围内的地形地貌、地面组成物质、水文气象、土壤植被、土地利用现状、水土流失状况等基本信息。
  2.2.2 工程建设期监测
  工程建设期的监测内容有如下几点。
  扰动土地情况:项目建设区面积、项目建设影响面积、损坏水土保持设施面积等。
  取(土、石)料、弃(土、石)渣情况。
  水土流失情况。
  主要是光伏电场区、升压站区等重点区域的水土流失形式;
  土壤流失量:在重点监测区域建设简易水土流失观测场,定点观测土壤流失量;
  径流含沙量:利用沉沙池法或简易小区法收集相关资料,同时采用相关水文资料进行分析推算;   水土流失发生部位:项目建设区内各水土流失发生的部位、发生的时间、流失强度、流失量等应准确记录;
  区域水土保持变化情况:利用遥感影像及调查、巡查等监测方法,对项目区水土流失总体控制,分析工程建设对生态环境的影响及变化情况。
  水土流失隐患与危害。定期进行巡查,及时发现水土流失隐患与危害,并以现场指正和水土流失通知单形式进行处理。
  水土保持措施情况。包括监测建设期实施的水土保持工程、植物和临时措施。
  2.2.3 试运行期监测
  试运行期监测内容主要包括水土保持防治措施的数量和质量,林草措施成活率、保存率、生长情况及覆盖率,防护工程的稳定性、完好程度和运行情况,各项防治措施的防护面积、拦渣保土效果等,并计算得出水土流失6项防治指标。
  2.3 监测方法
  对于监测项目,监测内容确定了监测的方向,监测方法则是手段,一个项目如何选用最好的监测手段是影响监测结果真实程度的关键因素。本项目选取无人机遥感监测等多种监测方法相结合的方式,对华能朝阳黑牛营子17MWp光伏发电工程水土流失情况进行监测。
  2.3.1 无人机遥感监测法
  由于项目占地面积较大,使用无人机遥感监测项目的扰动土地面积变化和水土流失现状等十分的方便快捷。无人机遥感监测法通过无人机在高空对项目区进行高密度的连续航拍,依靠DJI GS PRO软件,可以通过软件操作,使无人机在对项目区进行拍摄、量测的同时做到指点飞行、自动航拍、一键返航,降低了拍摄难度,减轻了拍摄工作量,提升了工作效率。航拍完毕后,将照片整理汇总,利用3D建模软件拼接航片,形成分辨率较高的DEM文件。航片拼接过程自动程度较高,操作难度低,同时可以批量合成照片。将最终拼接的图片导入GIS中进行处理,确定项目区水土流失范围、水土流失状况、植被覆盖度、坡度等信息。可以快速确定新增水土流失发生位置以及严重程度,通过拍摄成果可以精确计算项目工程区植物措施面积以及植物措施施工进度,使水土流失监测更精确、更直观。无人机遥感监测前应对项目区地理位置,气象等条件进行分析,规划航拍路线、飞行高度以及拍摄的空间间隔,以便更精准、更全面的进行航拍监测[5]。
  无人机遥感监测法可贯穿项目各监测时段,监测各监测时段水土流失状况。本监测项目采用的无人机遥感监测,在施工各时段经过多次应用,无人机遥感监测法非常适用于光伏发电项目,但也存在着一些弊端。无人机成本较高,由于其在高空成像,所以其需要较高精度的云台,云台的成本同样较高;无人机飞行需要操控者有较高的驾驶技术,拍摄需全面连贯,否则无法形成完整项目区图片;无人机飞行受天气影响较大,遇大风及降雨均无法飞行等。
  2.3.2 测钎法
  测钎法即将直径0.6cm,长20~30cm、类似钉子形状的钢钎相距1m×1m分上中下、左中右纵横各3排(9根)沿坡面垂直方向打入坡面,钉帽与坡面齐平,并在钉帽上涂上红漆,编号登记入册。坡面面积较大时,为提高精度,可加大钢钎密度,定期巡查测钎的长度,通过测量土壤容重,推算土壤侵蚀量。
  测钎法主要应用于工程监测期水土流失监测,由于测钎法其成本较低,方便布设和拆除,且可以达到监测目的,因此广泛应用于不同类型项目水土流失监测中。但测钎法其监测覆盖度较低,如果布设不具有代表性,容易导致监测结果真实性较低。光伏发电项目区占地面积较大,水土流失成因复杂,因此需要适当增加测点布设。
  2.3.3 调查监测法
  通过询问、收集资料、普查、典型调查、重点调查和抽样调查等方法,对相关的自然、社会和经济条件,水土流失及其防治措施、效果,水土保持项目管理、执法监督等情况进行全面接触和了解,掌握有关方面的资料,力求真实客观地反映水土保持状况,为动态监测服务。
  2.3.3.1 詢问调查
  通过询问有计划地以多种询问方式向被调查者提出问题,通过他们的回答来获得有关信息和资料的一种重要方法。本项目中主要应用于调查公众对项目建设水土流失的影响,项目区水土流失及其防治方面的经验、存在的问题和解决的办法。一般包括面谈、电话访问、邮寄访问、问卷回答等方法。
  2.3.3.2 收集资料
  收集的资料主要包括气候、地质、地貌、土壤、植被资料的收集;与国土资源部门联系收集项目建设区土地利用情况等数据、与统计部门联系收集项目建设区沿线各地区的社会经济情况数据、与气象部门联系收集工程建设沿线各地区气象相关数据、与水利和水土保持有关部门联系收集工程建设沿线水利工程建设和水土保持相关资料;针对各种数据调查使用的软件,并收集与各方面数据有关系的遥感数据资料、文字说明材料以及其它技术资料。
  2.3.3.3 典型调查和抽样调查
  典型调查是一种在特定条件下非全面调查,是针对项目建设造成水土流失为典型对象,根据事先确定的内容,进行细致的调查,目的是揭示事物的本质规律,并提出相应的对策。典型调查适用于水土流失典型区域、典型事例及水土流失灾害的调查。
  抽样调查是一种非全面调查,是在被调查对象总体中,抽取一定数量的样本,对样本指标进行量测和调查,以样本统计特征值(样本统计量)对应的总体特征值(总体参数)作出具有一定可靠性的估计和推断的调查方法。
  2.3.3.4 重点调查
  以渣场、料场、大面积裸露坡面等重点监测点位为重点调查对象,是从调查对象中选择部分对全局起决定性作用的重点对象进行调查。
  2.3.3.5 全面调查巡查
  指对项目水土保持监测区内水土流失情况定期进行水土保持调查,是开发建设项目水土流失与水土保持综合调查。
  通过调查监测,了解前期项目区不同区域植被覆盖,水土流失情况等因素,可以快速确定重点监测区,使水土流失监测可以做到有的放矢。但调查监测法对于占地面积较大的光伏发电项目缺点便是需要投入较高的人力成本,且耗时较长。   2.3.4 巡查监测法
  该工程占地面积较大,工程开工后在定点定位观测的同时,应采取定期和不定期相结合的方法,对重点施工地段及水土保持的工程措施、植物措施、及临时措施场地进行实地巡视巡查,发现问题及时登记和处理。监测记录表格式参见水利部办公厅关于印发《生产建设项目水土保持监测规程(试行)》的通知(办水保[2015]139号)附录B[6]。
  3 讨论
  不同的监测方法具有不同的意义,只有监测方法得当并能相互配合,才能达到最佳监测效果。就辽西地区光伏发电项目水土保持监测而言,在项目准备阶段,采用无人机遥感监测法与现场调查法相结合的方式,通过无人机飞行成像,处理分析并圈定重点区域进行重点踏勘,选择有代表性的合适位置布设监测点位,既节省了人力物力,也节省了宝贵的时间,达到了事半功倍的效果,同时为后续水土保持监测工作做出指导。在工程建设期采用无人机遥感监测和定点监测相结合的方法,通过无人机遥感监测,及时发现水土流失区域,并对此区域实行定点监测,分析水土流失成因与流失量,对于水土流失严重的区域,要及时通知建设单位进行整改,合理调整水土保持措施,真正体现监测的价值。在试运行期采用无人机遥感监测和巡查监测相结合的方法,通过对水土保持措施实施前后效果进行对比,分析措施效果损益,计算6项指标,为水土保持验收做准备。
  目前,我国开发建设活动水土保持监测的理论和方法还有待发展和完善,水土保持监测的设备及仪器开发能力还较低,这些不足还需要与水土保持监测相关的工作人员,在实践中不断探索和改进。
  参考文献
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  [5]杨凯.无人机遥感技术在开发建设项目水土保持监测中的应用[Z].陕西水利,2013(04):145-146.
  [6]水利部办公厅关于印发《生产建设项目水土保持监测规程(试行)》的通知(办水保[2015]139号)[EB].2015.
  作者简介:李明伟(1984-),辽宁朝阳人,工程师,研究方向:水土保持。
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