高海拔山地风电场高陡岩石边坡挂网喷播技术研究.pdf

Industrial Technology Innovation近年来我国风力发电持续快速发展，为建设清洁低碳、安全高效的能源体系发挥了重要作用。随着风力发电技术水平不断提升，风力资源相对丰富、地形复杂的山区已成为陆上风电开发的重点，但其在提供清洁能源的同时也带来了一定程度的生态环境破坏问题。山地风电场建设过程中由于开挖、填埋等作业频繁，使原生地表的覆盖物和土壤结构遭受严重破坏，水土流失现象严重，且植被生态恢复难度较大。因此在山地风电开发过程中，实施科学合理的生态修复措施，有效防治水土流失十分必要。1 概述1.1 研究背景现代技术的发展提出了生态护坡的理念，通过将工程力学、地质学、植物学等多种学科整合从而形成了一套完善的生态护坡技术流程，通过种植各种与当地生态环境相适应的植被，利用植物发达的根系来与岩石边坡形成锚固，从而实现对土壤的固定，这样做一方面稳定了岩石边坡，提高了地质结构的稳定性，同时又对生态系统起到了修复作用。挂网喷播是人们环保意识、绿色材料以及新工艺发展衍化而来的技术，这种技术主要是通过将适合植物生长的各种土壤与水泥、其他添加剂进行混合，经过充分的振捣搅拌以后，利用机器喷射到坡面上，从而形成植物生长所需的土壤，然后让植物的种子在土壤中发芽生长，自然而然的形成护坡的绿色植被。1.2 研究现状我国第一座风电场山东省荣成市马兰风电场始建于 1986 年，无论是风电场的建设还是绿化修复工作的研究都起步较晚，所以我国的生态护坡理念可以从国外的经验技术中提取适合中国特色的发展方式。对于风电场给周边生态环境带来的影响，我国的专家学者提出了许多有价值的建议，例如我国南方的高海拔山地风电场可以通过挂网喷播技术来对高陡岩石边坡进行修复，即事先在陡峭的岩石边坡上锚固相应的铁丝网，然后将经过充分搅拌的土壤、水、添加剂喷射到岩石边坡上，形成植物生长的基层，这一技术在生态稳定方面有着广阔的应用前景1。2 试验设计2.1 风电场概况新干七琴城上风电场位于江西省吉安市新干县七琴镇、城上乡与抚州市乐安县及宜春市丰城市两县交界山脉，全年平均气温为 15.3-17.7，全年日照时数为 1935.7 小时，无霜期 274 天。风场场址海拔高度介于 650 米 1089 米，属山地风场，风电场交通采用高海拔山地风电场高陡岩石边坡挂网喷播技术研究曾 铮，张 鹏，何志高，桂思睿（国家电投集团江西电力有限公司新能源发电分公司，江西南昌330096）摘要：本文通过模拟试验的方式，针对高海拔山地风电场岩石边坡的挂网喷播技术进行了如下研究：通过对风电场的实地采样，结合生态学、环境学等多领域知识的帮助，筛选出草本植物宽叶雀稗、高羊茅、画眉草和大花金鸡菊，木本植物马棘、多花木兰、银合欢、紫穗槐、刺槐、马尾松和湿地松；设计风电场边坡护坡模拟试验，按照不同比例配置草本植物与木本植物的种子；将筛选出的植物种子采用挂网喷播的方式用于修复实验。实验结果表明，同样的挂网喷播施工工艺下草本植物中的画眉草生长状况较好，木本植物中的马棘和刺槐生长状况较好。所以采用挂网喷播的方式，草本植物选取画眉草，木本植物选取刺槐，既能给植物提供良好的生长环境，又能够有效的降低投入成本，相信在高海拔山地的风电场边坡生态恢复工程中会有广泛的应用。关键词：高海拔山地；风电场；高陡岩石边坡；挂网喷播中图分类号：F205 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2023）03-0079-03作者简介：曾铮（1991-），男，江西宁都人，工程师，主要从事高山风电场水土保持复绿研究工作。产业科技创新 2023，5（3）：7981产业科技创新IndustrialTechnologyInnovation80Vol.5 No.3公路运输，道路总长为 72.787 千米。七琴城上风电场总装机容量为 144MW，共安装 72 台单机容量 2MW 的风力发电机组。2.2 材料选取植物是挂网喷播技术的基础，生态护坡的目的是通过绿色植物来实现生态系统的自我调节，因此要确保选取的植物与周边环境相适应，能够在高海拔的地区生长，同时还要注意避免物种的侵略性和竞争性，否则可能会造成喷播植物反过来破坏当地的生态环境，或者与本地植物形成恶性竞争，加剧环境问题2。通过对新干七琴城上风电场周边环境的调查，按照相关的学科理论，对植物进行了如下的筛选：选择适应高海拔山地气候与土壤条件、抗逆性强的种子；具有生长速度快，成型快的特点；绿期长，尽量为一年多生的；植物的种子成本低廉，容易获得，植物普遍，在我国各地有广泛的生长；自然繁殖能力强，无需人工繁殖；能对本地的地质土壤结构进行优化、防止水土流失，固定水土，稳固山体；具有较高的观赏价值，与周边原来的环境相匹配。根据以上筛选原则，归纳筛选主要有以下几个流程：尽量采用本地原有的植物种子，实现因地制宜，尽量少的引入外来物种，避免对生态稳定性造成破坏；从选取的种子中搭配尽可能丰富的生态系统，实现生态系统的多样化，从而增强生态系统的抵抗力；最后选出四季常青、根系稳固的草本植物、灌木和乔木的混合体系，形成多层次的立体多元化生态体系。综上所述，最后选取的草本植物种类为宽叶雀稗、高羊茅、画眉草和大花金鸡菊。木本植物种类为马棘、多花木兰、银合欢、紫穗槐、刺槐、马尾松和湿地松。2.3 施工工艺风电场高陡岩石边坡挂网喷播技术施工工艺流程如图 1 所示。图 1 施工工艺流程2.3.1清理坡面将坡面杂物、浮石等清理干净，保证坡面的平整度，在清理前应该对坡面的稳固性进行检查，根据坡度、浮石大小等具体情况对清理方法加以确定，对于特殊部分可以考虑采用机械清除的方式。2.3.2边坡排水考虑到风电场高陡边坡的地质条件，需要采取人工方式对截水沟进行布置，以此疏导坡顶径流涌水，减少边坡坡面受到水的冲刷。2.3.3挂网在植被恢复工程中，坡面挂网是非常关键的一个步骤，根据风电场实际情况，采用镀锌铁丝网作为材料，在挂网时需要对施工工艺加以控制，避免有空洞、垮塌等问题发生，确保植被恢复达到理想效果，具体阐述如下：首先在材料方面，根据风电场实际情况选择网丝直径不超过 2 毫米、网孔间距不超过 5 毫米的机编镀锌铁丝网。铁丝网幅宽为 2 米左右，进场前应该出具合格证与检验报告。需要注意的是，本次边坡挂网喷播施工过程中部分坡面的缺乏规则性，且坡顶操作空间受限，因此应该选择幅宽较小的铁丝网，确保能够稳定挂设在坡面。在施工过程中，在铺设铁丝网之前应该提前在坡顶延伸 40 厘米并按照 1 米的间距布置锚杆。之后按照自上而下的顺序对挂入锚杆的铁丝网进行铺设并拉紧，然后进行下一幅的铺设。铁丝网两幅网编应该按照 5 厘米的宽度标准进行搭接，并采用铁丝进行绑扎牢固。2.3.4锚固铁丝网的锚固质量对后续喷播作业时边坡的稳定性有着很大的影响，并且也与喷播质量有着紧密联系。因此在实施这一工序时应该加强检查与验收力度。在锚固件使用方面，主要分为主锚件与次锚件，根据风电场边坡坡度与坡面岩石情况，主锚选择螺纹钢，长度为 0.9 米，直径为 18 毫米，锚固时预留 10 厘米的外露长度。在插入钻孔后，选择 M20 水泥砂浆进行灌注以起到固定作用。次锚选择圆钢，长度为 0.4 米，直径 10 毫米，在锚固作业时预留 10 厘米的外露长度。锚杆按照 1 米的间距，采用主次交替梅花形的布置方式。根据风电场边坡实际情况，主锚钻孔采用小型空压机钻孔，次锚钻孔则选择手工电钻。值得一提的是，在施工过程中应该对不规则的坡面进行严格控制。在地质条件、施工工艺、爆破工艺以及质量标准等多方面因素的影响下，在开挖风电场高陡边坡验岩石的过程中，坡面会有凹凸面出现，针对此在锚固作业过程中剪断铁丝网，并使用次锚对其进行加密处理，尽可能提高铁丝网与坡面的贴合度，81第5卷 第3期曾 铮等：高海拔山地风电场高陡岩石边坡挂网喷播技术研究避免有空洞发生，为后续喷播质量提供保障。2.3.5喷播作业由于岩石边坡的生态系统相对薄弱，对于植物而言缺乏生长条件。针对此还需要配备相应的基材改善边坡环境，为植物生长提供保障。在基材配比方面，需要考虑到风电场周边气候与地质条件等因素。喷播用的土壤采用黄壤土并采用小型筛土机进行筛选，确保其沙粒的粒径不超过 3 厘米以改善喷播效果。喷播用的其他基材还涉及到草纤维、水、复合肥、粘合剂、保水剂等。根据生态种植基材的配比分析，结合种植基材水泥含量对植物生长的影响以及对种植基材粘结性、抗冲刷能力等因素的影响，对配合比加以确定，见表 1。表 1 种植基材配比组分水泥土壤PAM腐殖土混合物方案 118018000.45100方案 221918000.45100组分水蛭石纤维素硫酸亚铁方案 16254.070.23.2方案 26394.070.23.2根据风电场边坡土质条件，喷播前可以提前对混合种子进行试种，对种子发芽率与存活率加以确定，从而对种子配比、种植密度等进行优化，具体如表 2所示。表 2 种植密度（g/）种子密度种子密度宽叶雀稗20狗牙根20马尾松10画眉草10大花金鸡菊8刺槐10紫穗槐8在基材喷射方面，本风电场边坡厚度确定为 8 厘米，采用多次喷射的方式，确保边坡表面覆盖良好，并在作业过程中做好相应的修整工作，确保基材与坡面能够结合到一起。先将每次单位面积内的不同木本和草本的生长数量进行整理并分析。第一次调查时为人工养护条件下的植株数量，发现自然生长条件下即从第二次调查开始的植株生长数量。多花木兰、紫穗槐、湿地松和高羊茅在自然生长条件下无存活痕迹，故本文不讨论。2.3.6遮阴网覆盖在完成草种喷播后，应该在第一时间内对遮阴网进行覆盖，减少雨水对坡面的冲刷，同时维持一定的湿度，为种子生长创造良好条件。喷播作业应该尽量减少在风雨气候条件下进行。完成喷播后 30 天左右进行观察，如果草已经长到5厘米左右即可将遮阴网撤掉。2.3.7养护覆盖好遮阴网后还要做好洒水养护措施。洒水周期应该定在 2-3 天左右，如果下雨可以适当缩短周期。一般来讲洒水时间定在上午或下午，每天养护 1 次。前期洒水应选择雾状喷洒的方式，减少对坡面与幼苗的冲击力的同时保持土壤湿度。植被成长达到 5 厘米左右时则需要施肥，加快植被成坪速度，并做好病虫害控制。在养护过程中还应该减少农药的使用量，避免污染环境。在高温干旱条件下，则要增加洒水养护频率，并对植被缺苗位置进行补充，保证植被覆盖率3。3 结语本文针对高海拔山地风电场高陡岩石边坡的恢复技术进行了一些研究，得出了以下几点结论：草本植物与木本植物的混合喷播是最优的选择，其中草本植物的画眉草与木本植物的马棘和刺槐生长状况较好，适合用于高海拔高陡岩石边坡的生态恢复；在强风化边坡直喷纤维微生物条件下，木本植物的生长情况恶劣，原因在于岩石边坡的稳定性受到降水的影响，同时开挖后容易形成由于风化而干缩产生的裂缝，进而影响整个岩石边坡的稳定性，植物的根部生长环境恶劣，难以与地表土壤紧密连接，无法获取水分和营养，成活率大幅下降，植被恢复边坡稳定的原理是利用植物根系与岩土的相互作用对边坡表层进行防护和加固，岩石风化会导致边坡不稳定。参考文献：1 张义，杨煜.风机与高陡岩质边坡安全距离的浅析以西南山区某风电场风机微观选址为例 J.新型工业化，2022，12（1）：104-105，108.2 高建强，代云峰.高海拔山地风电场高陡岩石边坡挂网喷播技术 J.中国高新科技，2019（4）：45-47.3 兰艇雁，殷义栋.以康家会风电场为例谈地表现象与边坡稳定关系 J.山西建筑，2015（28）：62-63.4 宋晖，王丽.挂网喷播生态复绿技术在岩石边坡上的应用J.吉林水利，2010（11）：44-45，48.5 肖飙，赖西北.岩质坡面的挂网喷播植草 J.中国路，2002（10）：70-71.