拉薩羊八井地熱電站地熱能景觀(guān)概念規劃

  1 引言

 

  能源是人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的物質(zhì)基礎，是人類(lèi)文明發(fā)展的推動(dòng)力，但隨著(zhù)傳統化石能源弊端凸顯以及資源的過(guò)度開(kāi)采利用，具有循環(huán)可再生優(yōu)勢的新能源得到大力發(fā)展。1980年聯(lián)合國召開(kāi)的“聯(lián)合國新能源和可再生能源會(huì )議”對新能源定義為以新技術(shù)和新材料為基礎，使傳統的可再生能源得到現代化地開(kāi)發(fā)和利用，用取之不盡、周而復始的可再生能源取代資源有限、對環(huán)境有污染的化石能源[1]。常見(jiàn)的新能源有太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能、地熱能、氫能和核能。隨著(zhù)新能源開(kāi)發(fā)技術(shù)的日趨成熟，新能源的開(kāi)發(fā)成本逐漸降低，新能源的利用將會(huì )越來(lái)越廣泛。

 

  能源是景觀(guān)建造的基礎，與傳統化石能源不同的是,新能源具備清潔、可再生等諸多優(yōu)點(diǎn)，在園林景觀(guān)中應用越來(lái)越廣泛。其中，最常見(jiàn)的應用是以新能源為動(dòng)力的景觀(guān)設施，如太陽(yáng)能燈塔和風(fēng)電景觀(guān)燈等，但并不能稱(chēng)之為“新能源景觀(guān)”。一般來(lái)講，新能源的開(kāi)發(fā)利用對外界條件有一定要求。如適合風(fēng)力發(fā)電的地帶一般是在緩坡高地或山脊；地熱發(fā)電地帶則集中在火山周邊或地殼運動(dòng)劇烈的地方。

 

  這類(lèi)地方具有不同于城市環(huán)境的先天地貌資源。雖然新能源的開(kāi)采對環(huán)境的干擾較小，但人工工程手段的利用勢必會(huì )對極富特色且優(yōu)美的自然環(huán)境造成一定的干擾及破壞。本文著(zhù)重研究的新能源景觀(guān)就是利用新能源的開(kāi)發(fā)過(guò)程和新能源開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的先天地貌資源，通過(guò)風(fēng)景園林手段將新能源本身循環(huán)可再生的開(kāi)發(fā)過(guò)程融為景觀(guān)的一部分，使環(huán)境干擾得到弱化，并且在開(kāi)發(fā)利用新能源的同時(shí)，能夠讓這類(lèi)極富場(chǎng)地特色的景觀(guān)類(lèi)型成為人類(lèi)的活動(dòng)觀(guān)賞空間。例如風(fēng)能景觀(guān)、生物能景觀(guān)、地熱能景觀(guān)等。臺灣高雄市的旗津風(fēng)車(chē)公園，海岸邊的七座大型風(fēng)車(chē)為園區提供照明、提水、凈水和植物灌溉，借助風(fēng)力發(fā)電所需的緩坡地形，為園區提供寬闊的草坪、可容納千人的演唱會(huì )廣場(chǎng)、海邊步道等等。除此之外，另一個(gè)代表性的案例是喬治??哈格里夫斯（GeorgeHargreaves）的拜斯比公園（Byxbee Park）。

 

  公園原址是一個(gè)占地12.14hm2且垃圾層最大厚度達18m的大型垃圾填埋場(chǎng)，設計師將場(chǎng)地內原有的有害物、廢棄物等集中、掩埋，在一定條件下通過(guò)微生物的厭氧發(fā)酵作用產(chǎn)生沼氣，經(jīng)過(guò)凈化之后這些沼氣就可以?xún)Υ?，提供給公園必要的能量供給，同時(shí)運用優(yōu)美的藝術(shù)語(yǔ)言將場(chǎng)地變成一個(gè)富有文化內涵的嶄新場(chǎng)所[2-3]。

 

  2 地熱能源

 

  地熱能源是新能源中極具開(kāi)發(fā)潛力的一種，源自?xún)Υ嬗诘厍騼炔康臒崃?。分?a href="http://m.keyinmall.com/t/水熱型.html" >水熱型、地壓地熱能、干熱巖地熱能和巖漿熱能，被廣泛利用的是水熱型地熱。地熱利用一般是高溫地熱（>150℃）用于地熱發(fā)電，中低溫低熱（<150℃）以直接利用為主，常見(jiàn)有供暖、溫室利用、畜牧業(yè)養殖等。直接利用方式利用率高，對技術(shù)的要求相對較低，應用范圍較廣；而地熱發(fā)電方式的資源利用率低，且高溫地熱分布點(diǎn)少，應用范圍相對較窄。

 

  2.1 地熱能源前景廣闊

 

  地熱在全球分布廣闊，儲量豐富，主要集中在3個(gè)地帶：第一個(gè)是環(huán)太平洋帶，東邊是美國西海岸，南邊是新西蘭，西邊有印尼、菲律賓、日本還有中國臺灣。第二個(gè)是大西洋中脊帶，大部分在海洋，北端穿過(guò)冰島；第三個(gè)是地中海到喜馬拉雅，包括意大利和我國西藏。全球地熱能的潛在資源，相當于全球能源消耗總量的45萬(wàn)倍。

 

  地下熱能的總量約為煤全部燃燒所放出熱量的1.7億倍。中低地熱的直接利用在熱泵等愈加成熟的地熱開(kāi)發(fā)技術(shù)支持下，已在建筑、工業(yè)、農牧業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛利用，其廣闊的發(fā)展前景毋庸置疑。據2010年4月在印度尼西亞巴厘島召開(kāi)的世界地熱會(huì )議報告，從1950年后世界地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，特別是1980年后，地熱發(fā)電設備總容量每五年約增加1000-2000MW，且根據對現狀裝機設備的精確統計，地熱發(fā)電的設備容量將會(huì )保持同樣的線(xiàn)性增加。除此之外，比起風(fēng)力發(fā)電的不穩定和核電站的危險性，穩定而技術(shù)日趨成熟的地熱發(fā)電將會(huì )是未來(lái)新能源發(fā)電的主力軍。

 

  2.2 地熱開(kāi)發(fā)對環(huán)境的影響

 

  化石能源引發(fā)的環(huán)境污染、溫室效益等負面影響眾所周知，地熱能源雖具有清潔、可再生等顯著(zhù)優(yōu)勢，但是在地熱開(kāi)發(fā)過(guò)程中還是會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生一定的不利影響。首先，地熱井的開(kāi)挖會(huì )破壞自然景觀(guān)；其次，對地熱水的過(guò)度抽取會(huì )引起地面沉降；還有地熱水中含有多種重金屬，地熱水的排放會(huì )給周?chē)h(huán)境造成眾多不利影響。雖然在開(kāi)采熱能時(shí)，會(huì )通過(guò)回灌技術(shù)將含有有害物質(zhì)的廢水直接回灌到地下試圖將其危害性降低，但是受目前回灌技術(shù)的局限，廢水仍會(huì )對周邊環(huán)境造成一定困擾。除此之外，對于地熱發(fā)電來(lái)說(shuō)，高溫地熱水經(jīng)過(guò)熱能到機械能再到電能的轉變之后，沒(méi)有回灌的廢水溫度還是極高的，熱廢水的直接排放浪費了大量潛在的熱能資源。

 

  2.3 地熱景觀(guān)

 

  傳統的地熱景觀(guān)是指地球內部的能量在漫長(cháng)的地質(zhì)構造環(huán)境下形成的，在地球表面出現間歇泉、熱水湖、沸泉等光怪陸離的現象。從第一個(gè)美國國家公園黃石公園（Yellowstone National Park）開(kāi)始，人們對自然地熱景觀(guān)資源的保護與利用之間的關(guān)系越來(lái)越重視。但是伴隨著(zhù)地熱發(fā)電所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟利益，地熱景觀(guān)逐漸消失，周?chē)h(huán)境逐漸惡化。因為地熱景觀(guān)一旦受到如地震、打井、過(guò)量開(kāi)采、筑路、建房等自然或人為因素的影響，會(huì )遭到不可逆轉的破壞或消失。曾經(jīng)著(zhù)名的羊八井地熱田熱水湖、92度泉和河心沸泉等景觀(guān)早已不見(jiàn)。然而新西蘭的懷拉基地熱田（Wairakei Geothermal Field）卡拉比蒂月亮火山口（Craters of the Moon）地熱景觀(guān)卻可以做到與高溫地熱發(fā)電站并存，其采取兩種措施，一是懷拉基地熱電站生產(chǎn)地熱井群與地熱顯示區拉開(kāi)一定距離，二是實(shí)施有效的回灌措施。這是極少數成功案例，大部分的地熱發(fā)電因為存在技術(shù)上的局限性，工程手段并不能解決整個(gè)問(wèn)題?？v觀(guān)整個(gè)地熱發(fā)電過(guò)程，熱廢水的處理起到關(guān)鍵作用，如若在這一階段引入景觀(guān)生態(tài)手段處理無(wú)法回灌的熱廢水，在保護原有天然地熱景觀(guān)資源基礎上，使之變成較為干凈的冷水流入周邊環(huán)境。一方面全面利用熱廢水的剩余熱能資源，另一方面改善熱廢水的水質(zhì)，在解決環(huán)境問(wèn)題的同時(shí)，為人類(lèi)創(chuàng )造景觀(guān)價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。下面以羊八井地熱發(fā)電站為例，探討這一景觀(guān)生態(tài)介入過(guò)程。

 

  3 西藏羊八井地熱電站的景觀(guān)概念規劃

 

  3.1 西藏羊八井地熱發(fā)電站

 

  羊八井地熱田位于拉薩市西北約90km，屬拉薩市當雄縣羊八井區。區域內擁有溫泉、熱泉、沸泉、熱池等眾多壯觀(guān)而獨特的地熱景觀(guān)，尤其是在冬季，冰雪與熱田并存的美景吸引了眾多旅者的到來(lái)。從1974年開(kāi)始，國家把羊八井地熱開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)科技攻關(guān)項目后，先后撥出2億多元資金建立地熱發(fā)電站，開(kāi)發(fā)利用豐富的地熱資源。羊八井地熱發(fā)電站是我國第一座也是至今仍在運行的地熱發(fā)電站。自1977年10月1日第一臺1MW試驗機組發(fā)電成功以來(lái)，有力地促進(jìn)了拉薩地區各項事業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

 

  但是正如上文提及的地熱發(fā)電站存在的諸多問(wèn)題，羊八井的地熱開(kāi)發(fā)對環(huán)境影響十分明顯。首先是在開(kāi)發(fā)初期，未能考慮到單方面開(kāi)采地下熱水會(huì )導致地下熱水的枯竭，當不斷有熱泉枯竭導致發(fā)電機組因為沒(méi)有足夠的地熱水而達不到發(fā)電標準時(shí)，技術(shù)人員就會(huì )不斷地尋找下一個(gè)地熱點(diǎn)，久而久之發(fā)電站周?chē)牡責峋坝^(guān)越來(lái)越頹靡，甚至消失。直到20世紀90年代，羊八井引入全封閉式回灌工程系統，但技術(shù)上未能達到完全回灌標準，仍有50%的熱廢水向外排放，當含有重金屬溫度高達73℃[7]的熱廢水進(jìn)入周?chē)羺^，導致牧區牧草退化嚴重，原本綠草如茵的牧場(chǎng)變成荒涼貧瘠的土地。除此之外，羊八井地熱站在藏布曲（堆龍河）南側高地上，每天幾千萬(wàn)焦耳的熱量排入藏布曲水體中，必將使水域內溫度升高，水中生物的生存環(huán)境遭到破壞，整個(gè)水體的生態(tài)受到影響[8]。

 

  3.2 地熱景觀(guān)設計策略

 

  羊八井地熱發(fā)電站具有良好的交通條件以及旅游基礎資源。羊八井周?chē)_(kāi)設了溫泉酒店、溫泉醫療保健會(huì )所等旅游配套設施。隨著(zhù)青藏鐵路的建成，到羊八井地熱電站觀(guān)光的游客同比增長(cháng)了六成[9]。而其現在面臨的問(wèn)題則是熱廢水溫度高達73℃，回灌率僅為50%，周?chē)匀坏牡責峋坝^(guān)在不斷消失，周?chē)敛萃嘶约八w生態(tài)環(huán)境遭到破壞。面對如此良好的地質(zhì)旅游資源與地熱開(kāi)發(fā)的矛盾，本研究從風(fēng)景園林視角構建羊八井地熱電站景觀(guān)設計策略。改變其原有的簡(jiǎn)單回灌和剩余廢水向外排放的粗放模式，創(chuàng )建一個(gè)梯級利用的模式，即利用熱量轉移、熱水溫度降低的物理規律將熱廢水的熱能量用來(lái)創(chuàng )造人工地熱景觀(guān)，以一種循序漸進(jìn)的方式將潛在熱能充分利用，在原始純粹的觀(guān)賞旅游基礎上形成一條完整的以體驗地熱景觀(guān)為主的游線(xiàn)，與此同時(shí)在源頭上阻止了熱廢水對周?chē)h(huán)境的破壞性影響。

 

  3.2.1 梯級利用地熱能源

 

  如何將熱廢水中的剩余熱能充分利用是整個(gè)設計中的關(guān)鍵問(wèn)題。一般來(lái)講，對于熱能的利用方式存在于特定的溫度值之間，而不同的利用方式之間存在一定的溫度差。因此發(fā)揮地熱資源潛力最有效的辦法是綜合利用法（Multipurpose Utilization of GeothermalResources），俄羅斯高加索克拉斯諾達爾州的莫斯托夫地區已成功推廣這個(gè)方法，75℃的熱水用于采暖熱供水、溫室供熱以及包括水泥制品、木器家具、飼料、制桶作坊、皮革加工及洗毛等在內的工業(yè)綜合利用；40-45℃熱水為乳牛欄、豬圈、鳥(niǎo)房等設施供熱；30-40℃熱水用于人民生活綜合利用，如游泳池、浴池、洗衣房等；最終溫度為25-30℃的地熱尾水均被排到沉淀池，處理后溫度為20-25℃的尾水被用于農業(yè)灌溉和養魚(yú)[10](圖05)。

 

  在本規劃中不能完全照搬綜合利用的模式，而是學(xué)習綜合利用模式中的梯級利用方法，將熱廢水的能量充分利用并且創(chuàng )造多樣的熱景觀(guān)，因為綜合利用的模式指導的是在地區范圍內如何將直接開(kāi)采出來(lái)的地熱水盡可能的用于工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活，而本規劃的設計目標是創(chuàng )造一個(gè)適合游客游賞的地熱景觀(guān)并且降低熱廢水對環(huán)境的危害程度，因此對熱廢水的梯級利用還需因地制宜（圖06）。在熱物理規律變化中，熱能的變化會(huì )使得水分別以氣體、液體和固體的形式存在，本規劃的梯級利用正是利用熱能變化規律創(chuàng )造不同的熱景觀(guān)。具體的梯級利用方式如下：羊八井地熱電站熱水井出水溫度為73℃，73℃熱水所散發(fā)出來(lái)的蒸汽，用于桑拿房或蒸汽浴等親身游覽體驗活動(dòng)，切身感受高溫蒸汽所帶來(lái)的視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等感官體驗；羊八井地熱電站因為地熱能源的開(kāi)發(fā)在地表形成眾多低洼地勢，少數已形成小規模的熱水湖，利用這一地質(zhì)特點(diǎn)人工建成一個(gè)地熱景觀(guān)聚集區，并控制水流速度將溫度保持在70-45℃，結合西藏常年的低溫環(huán)境和園林工程技術(shù)形成間歇噴泉、噴氣孔、蒸汽谷以及熱水湖等；45-35℃熱水在此之后進(jìn)入溫室大棚加熱系統，在氣候條件不佳的羊八井種植蔬菜水果，形成生態(tài)農業(yè)景觀(guān)；之后利用35-10℃水將周?chē)迩f的農業(yè)廢料進(jìn)行沼氣開(kāi)發(fā)，同時(shí)又可供給周邊村莊；10℃的水進(jìn)入水生植物園，形成特有的水生植物景觀(guān)且最終凈化沉淀廢水。

 

  3.2.2營(yíng)造水生植物園

 

  羊八井地熱電站所在的羊八井盆地系念青唐拉山南緣的一個(gè)狹長(cháng)帶狀斷陷盆地，在青藏高原水生植物區劃中屬于雅魯藏布江水生植物亞區。該亞區屬于高原溫帶氣候，海拔4 300m，降雨較多，為水生植物的豐種區，共有水生植物51種，例如黑三棱（Sparganiumstoloniferum ）、浮葉眼子菜（Potamogetonn a t a n s ）、穿葉眼子菜（P o t a m o g e t o nperfoliatus ）、蓖齒眼子菜（Potamogetonpectinatus ）、線(xiàn)葉眼子菜（Potarmogetonpusillus ）、水毛茛（Batrachium bungei ）、黃花水毛茛（Batrachium bunge i ）、水蔥（Scirpus validus ）、杉葉藻（HippurisVulgaris ）、蘆葦（Phragmites australis ）、兩棲寥（P o l y g o n u m a m p h i b i u m ）、水寥（Polygonum hydropiper ）、荇菜（Nymphoides peltatum ）、浮萍（Lemnaminor ）等。

 

  水生植物園是地熱能源梯級利用的最后一個(gè)環(huán)節，10℃的水匯集到因地熱開(kāi)發(fā)在地表形成的眾多低洼地勢處，利用大小不一的坑塑造不同的小型水體生境，在不同的生境中營(yíng)造豐富的水生植物群落，包括沉水植物群落、漂浮植物群落、浮葉植物群落和挺水植物群落，形成多樣的水生植物景觀(guān)，同時(shí)對水體有一定的凈化作用。剛流入植物園的水匯集成一個(gè)水塘，通過(guò)溪流將不同的生境串聯(lián)起來(lái)，同時(shí)在植物園中設計一條路徑通往不同的水體生境，在每一種生境中設置觀(guān)景平臺、科普長(cháng)廊、標識牌等，為游客提供一個(gè)游賞兼科普的活動(dòng)空間，即每個(gè)生境為一個(gè)小的活動(dòng)組團，通過(guò)一條路徑將各個(gè)組團串聯(lián)在一起，完整的展現羊八井盆地的水生植物，成為梯級利用過(guò)程的最具特色的一個(gè)亮點(diǎn)。

 

  3.2.3 推動(dòng)景觀(guān)生態(tài)旅游

 

  羊八井所在的羌塘草原一年有3/4的時(shí)間冰封凍土，但羊八井熱田確綠草如茵，霧氣騰騰，冰與火的自然碰撞吸引游客的到來(lái)。

 

  隨之而來(lái)的旅游開(kāi)發(fā)使得羊八井的面貌發(fā)生日新月異的變化，溫泉度假酒店、醫療保健會(huì )所、商店、餐館和娛樂(lè )場(chǎng)所接踵而至。而且位于青藏公路和中國通往尼泊爾公路的交叉點(diǎn)上的羊八井，交通十分便利，青藏鐵路的開(kāi)通，越來(lái)越多的旅行者會(huì )來(lái)到羊八井鎮。面對如此優(yōu)越的旅游條件基礎，本規劃重點(diǎn)考慮羊八井地熱電站的景觀(guān)生態(tài)旅游功能。

 

  現如今，當地的旅游資源是那些正在消失的自然地熱景觀(guān)，單一的觀(guān)賞型旅游模式不具備可持續性。本規劃的梯級利用中設置桑拿房、地熱景觀(guān)參觀(guān)、溫室、植物園等眾多可游覽體驗的項目，強調地熱景觀(guān)與人的互動(dòng)性并注重游客的體驗性，形成以“觀(guān)光-休閑-科普”為主體的旅游資源從而吸引游客到來(lái)。夏季羊八井最吸引游客的冰雪與熱泉共存景象消失，但是梯級利用中的水生植物園則可以成為夏季羊八井最具特色的旅游景點(diǎn)。整個(gè)規劃利用羊八井地熱電站特有的場(chǎng)所特征規劃了一個(gè)具有多重體驗性的活動(dòng)空間，形成一個(gè)獨具特色的旅游新景點(diǎn)，成為西藏旅游線(xiàn)上的一顆新明珠。

 

  4 總結

 

  人與自然的關(guān)系一直是哲學(xué)范疇里的一個(gè)重要論題，時(shí)間在推移，社會(huì )在變化，人們對這個(gè)問(wèn)題的論證卻從未停止過(guò)。面對嚴峻的資源環(huán)境問(wèn)題，誠然，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，但最根本的還是觀(guān)念的轉變。本文試圖從風(fēng)景園林學(xué)角度看待新能源景觀(guān)，提出將廢棄的資源轉變?yōu)榫坝^(guān)體驗和生產(chǎn)過(guò)程的一種理念。而就羊八井地熱電站案例來(lái)講，從定性層面探討地熱景觀(guān)的概念性規劃，將地熱廢水的溫度梯度表達為融入環(huán)境的景觀(guān)表現，并以此創(chuàng )造出生態(tài)、經(jīng)濟和社會(huì )等多方面效益。本文的研究有助于拓展學(xué)科范疇，但就定量層面的隨之而來(lái)的旅游開(kāi)發(fā)使得羊八井的面貌發(fā)生日新月異的變化，溫泉度假酒店、醫療保健會(huì )所、商店、餐館和娛樂(lè )場(chǎng)所接踵而至。而且位于青藏公路和中國通往尼泊爾公路的交叉點(diǎn)上的羊八井，交通十分便利，青藏鐵路的開(kāi)通，越來(lái)越多的旅行者會(huì )來(lái)到羊八井鎮。面對如此優(yōu)越的旅游條件基礎，本規劃重點(diǎn)考慮羊八井地熱電站的景觀(guān)生態(tài)旅游功能。

 

  現如今，當地的旅游資源是那些正在消失的自然地熱景觀(guān)，單一的觀(guān)賞型旅游模式不具備可持續性。本規劃的梯級利用中設置桑拿房、地熱景觀(guān)參觀(guān)、溫室、植物園等眾多可游覽體驗的項目，強調地熱景觀(guān)與人的互動(dòng)性并注重游客的體驗性，形成以“觀(guān)光-休閑-科普”為主體的旅游資源從而吸引游客到來(lái)（圖08）。夏季羊八井最吸引游客的冰雪與熱泉共存景象消失，但是梯級利用中的水生植物園則可以成為夏季羊八井最具特色的旅游景點(diǎn)。整個(gè)規劃利用羊八井地熱電站特有的場(chǎng)所特征規劃了一個(gè)具有多重體驗性的活動(dòng)空間，形成一個(gè)獨具特色的旅游新景點(diǎn)，成為西藏旅游線(xiàn)上的一顆新明珠。

 

  4 總結

 

  人與自然的關(guān)系一直是哲學(xué)范疇里的一個(gè)重要論題，時(shí)間在推移，社會(huì )在變化，人們對這個(gè)問(wèn)題的論證卻從未停止過(guò)。面對嚴峻的資源環(huán)境問(wèn)題，誠然，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，但最根本的還是觀(guān)念的轉變。本文試圖從風(fēng)景園林學(xué)角度看待新能源景觀(guān)，提出將廢棄的資源轉變?yōu)榫坝^(guān)體驗和生產(chǎn)過(guò)程的一種理念。而就羊八井地熱電站案例來(lái)講，從定性層面探討地熱景觀(guān)的概念性規劃，將地熱廢水的溫度梯度表達為融入環(huán)境的景觀(guān)表現，并以此創(chuàng )造出生態(tài)、經(jīng)濟和社會(huì )等多方面效益。本文的研究有助于拓展學(xué)科范疇，但就定量層面的深入研究和佐證，則有賴(lài)于更多學(xué)者的關(guān)注與參與。