湿陷性黄土地区山地光伏水土流失要点分析及场地排水设计要点

湿陷性黄土地区山地光伏水土流失要点分析及场地排水设计要点

孙芳

中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司

摘要：湿陷性黄土地区的山地光伏场地面积大、坡度大，易造成水土流失，对其原因进行了分析，并提出了防止水土流失的要点以及光伏区场地排水设计方案。

关键词：湿陷性黄土地区   山地光伏    水土流失   场地排水

1.概述

近年来，随着全球气候变化，全国的降雨量和降雨强度均在逐渐增加，而我国光伏项目的建设也在如火如荼的进行着，光伏项目的光伏区用地面积一般在几千亩，如此大面积的场地和暴雨相遇时，场地排水就成了一个亟待解决的难题。尤其是位于湿陷性黄土地区的光伏项目，暴雨会造成大面积水土流失、造成光伏设备设施的损坏和一定的经济损失。因此湿陷性黄土地区的光伏区场地排水给设计和施工提出了一个挑战。

2.水土流失原因分析

湿陷性黄土地区的光伏场地水土流失的原因一般有以下几点：

1）降雨强度过大原因

根据《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012），30--500MW光伏发电站的防洪等级为Ⅱ级，防洪标准为≥50年一遇的高水（潮）位；>500MW的光伏发电站的防洪等级为I级，防洪标准为≥100年一遇的高水（潮）位。自2010年以来，50年一遇和100年一遇的最大一日降水量在逐步提高，这是造成光伏区水土流失和经济损失的最大原因。

2)湿陷性黄土原因

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小；当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。因此在湿陷性黄土的不均匀沉降是造成水土流失和经济损失的重要原因。

3）组件原因

组件是光伏区最多的设备，组件的投影面积占光伏区总面积的1/3~1/2，组件北高南底，表面有一个坡度，组件下沿距离地表有一定高度。雨水飘落至组件表面后，沿组件表面的坡度迅速流向下沿，并从组件下沿流向地面。组件的存在会使雨水在组件下沿的地面形成较大的流量，增加场地地表径流量。

4)施工原因

目前我国大部分的新建光伏项目用地均为山地，山地光伏在施工期，一般会因为场地平整或者打桩而破坏地表的植被，形成大面积、大坡度的裸露场地，极大减弱了雨水的渗透量。湿陷性黄土成为地表后，其渗透性差，致使雨水流经地面时形成较大的径流，造成水土流失。

场平后部分场地由于填方区的压实度不够，雨水流经填方区松散的地表土层，形成冲刷，也会导致水土流失。

5)植物作用延迟原因

一般光伏项目的植物措施或者农作物会在场地施工完毕后的春季进行种植，延迟于工程建设，并且植物栽种和扎根生长需要一定的时间，在此之前，植物根系之间无法形成网兜效应，起不到锚固土壤的作用，不能防止水土流失。

3.防止水土流失要点分析

1）及时了解气象情况

在施工期，应主动向当地有关部门了解水情和气象预报，并根据了解的水情和气象情况，采取有效的防洪排水措施，以确保工程和人员、财产的安全，以保证工程按计划进行。

2）消除湿陷性

光伏区面积过大，若全部消除湿陷性工程造价过大，可以在设计阶段对重要位置采取消除湿陷性的措施。一是可以针对光伏区重要的电气设备，如箱变、逆变器所在位置，选择合适的地基处理方法，消除地基的湿陷性；二是光伏区道路采用砾石、卵石或者碎石铺设路面，采用2:8灰土换填路基，路侧设排水边沟等措施，消除路基的湿陷性。

3)施工期临时措施

一是对光伏区临时施工道路统一规划，也可以采用永临结合的形式，利用检修道路采用碎石等铺设路面，减小施工扰动范围，路侧设临时排水边沟等防护措施，不用原场地的湿陷性黄土，防止暴雨造成危害。非永临结合的临时道路在施工结束后需要进行迹地恢复。

二是施工期应尽量减少地表裸露的时间，遇暴雨或大风天气应加强临时防护，增加临时苫盖等措施。在雨季施工填方区时，应随挖随运、随填随压，压实度达到设计要求，避免产生水土流失。如果地表裸露时间过长，可以临时种草。

三是施工建设场地内应布设临时拦护、排水、沉沙等设施，防止施工期间的水土流失。对下游及周边有可能造成影响的，也应该采取相应的截排水措施。

四是严格执行《水土保持方案》中的工程措施、植物措施和临时措施，按照主体工程施工组织设计建设工期，遵循三同时制度和先拦后弃原则，依水土保持分区措施布设、施工季节、施工顺序，分期实施，合理安排。

4)及时恢复地表植被

在绿化场地施工完毕后的春季及时种植植物或者农作物，采用浇水、施肥等措施加快植物的生长。

5)风险转移

随着近几年暴雨量的增大，光伏项目可能会遇到超出防洪标准的暴雨灾害，可以购买工程保险，通过工程保险转移暴雨灾害的风险，将损失降至最低。

4.场地排水设计要点

山地光伏项目场地排水的设计要点是基于场区水保措施完善的条件下做到场区有组织的排水，即先恢复植被，加大雨水的渗透量，减少雨水径流量，然后采用自然排雨水系统与明沟排雨水系统相结合的方式，将大面积的场区分为多个小面积的分区，每个分区设一个排水点，将场区大面积的汇水量分散排至场区外。

1）恢复植被

在光伏区场地种植不影响组件的植物或者农作物，加大雨水的渗透量。

2）渗蓄设施

在光伏组件下沿下设置东西向的渗（蓄）水坑，间距约1m，深度约0.5m，减少光伏组件产生的雨水径流量；渗（蓄）水坑挖土堆放至蓄水坑外围及每个组串的东西两侧，形成南北向的挡水埂，减缓场地雨水的径流速度。

以目前主流组件2278mmX1134mmX30mm的尺寸、一个组串2排竖向布置13个的排列方式为例，渗蓄水沟及挡水梗的示意图如图4-1所示。

图4-1 渗（蓄）水坑、挡水梗示意图

（图中尺寸单位为mm）

3）截排水沟及消能池

根据地形地貌和工程情况，因地制宜，在场外地面标高高于场内地面标高的位置设置截洪沟，防止场外雨水进入光伏区内；在每个小分区设置横向的截洪沟和纵向的排水沟，场地内的雨水经过植被渗透后形成较小径流，截洪沟将此范围内的雨水径流截至排水沟，再由排水沟排至场外排水点，场外排水点设消能池，以减少水力对周边场地的冲刷。

4）植草边沟

在光伏区道路两侧设置植草边沟，减小雨水对道路区域的冲刷。

5.总结

（1）湿陷性黄土地区的山地光伏项目因为暴雨灾害、自重湿陷性黄土、组件特点、植被和施工原因会造成大面积的水土流失和一定的经济损失。

（2）施工期可以及时了解当地的气象情况，通过设计方案消除重要设备位置土壤的湿陷性，施工期间应对临时施工道路统一规划，尽量减小扰动范围、减小裸露场地，增加临时截排水措施，严格按照三同时制度和先拦后弃的原则执行《水土保持方案》，及时恢复植被，防止水土流失。

（3）若无法避开暴雨灾害，可以购买工程保险来进行风险转移。

（4）光伏区场地排水设计，采用自然排雨水系统与明沟排雨水系统相结合的方式。先恢复植被，在组件下设置渗（蓄）水坑，增加雨水渗透量，减小径流；根据地形地貌将场地划分为多个汇水区域，设置横向截洪沟和竖向排水沟，截走场外雨水，将场内雨水排至各个排水点的消能池。