拉萨羊八井地热电站地热能景观概念规划

  1 引言

 

  能源是人类社会发展的物质基础，是人类文明发展的推动力，但随着传统化石能源弊端凸显以及资源的过度开采利用，具有循环可再生优势的新能源得到大力发展。1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源定义为以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化地开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源[1]。常见的新能源有太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能。随着新能源开发技术的日趋成熟，新能源的开发成本逐渐降低，新能源的利用将会越来越广泛。

 

  能源是景观建造的基础，与传统化石能源不同的是,新能源具备清洁、可再生等诸多优点，在园林景观中应用越来越广泛。其中，最常见的应用是以新能源为动力的景观设施，如太阳能灯塔和风电景观灯等，但并不能称之为“新能源景观”。一般来讲，新能源的开发利用对外界条件有一定要求。如适合风力发电的地带一般是在缓坡高地或山脊；地热发电地带则集中在火山周边或地壳运动剧烈的地方。

 

  这类地方具有不同于城市环境的先天地貌资源。虽然新能源的开采对环境的干扰较小，但人工工程手段的利用势必会对极富特色且优美的自然环境造成一定的干扰及破坏。本文着重研究的新能源景观就是利用新能源的开发过程和新能源开发场地的先天地貌资源，通过风景园林手段将新能源本身循环可再生的开发过程融为景观的一部分，使环境干扰得到弱化，并且在开发利用新能源的同时，能够让这类极富场地特色的景观类型成为人类的活动观赏空间。例如风能景观、生物能景观、地热能景观等。台湾高雄市的旗津风车公园，海岸边的七座大型风车为园区提供照明、提水、净水和植物灌溉，借助风力发电所需的缓坡地形，为园区提供宽阔的草坪、可容纳千人的演唱会广场、海边步道等等。除此之外，另一个代表性的案例是乔治??哈格里夫斯（GeorgeHargreaves）的拜斯比公园（Byxbee Park）。

 

  公园原址是一个占地12.14hm2且垃圾层最大厚度达18m的大型垃圾填埋场，设计师将场地内原有的有害物、废弃物等集中、掩埋，在一定条件下通过微生物的厌氧发酵作用产生沼气，经过净化之后这些沼气就可以储存，提供给公园必要的能量供给，同时运用优美的艺术语言将场地变成一个富有文化内涵的崭新场所[2-3]。

 

  2 地热能源

 

  地热能源是新能源中极具开发潜力的一种，源自储存于地球内部的热量。分为水热型、地压地热能、干热岩地热能和岩浆热能，被广泛利用的是水热型地热。地热利用一般是高温地热（>150℃）用于地热发电，中低温低热（<150℃）以直接利用为主，常见有供暖、温室利用、畜牧业养殖等。直接利用方式利用率高，对技术的要求相对较低，应用范围较广；而地热发电方式的资源利用率低，且高温地热分布点少，应用范围相对较窄。

 

  2.1 地热能源前景广阔

 

  地热在全球分布广阔，储量丰富，主要集中在3个地带：第一个是环太平洋带，东边是美国西海岸，南边是新西兰，西边有印尼、菲律宾、日本还有中国台湾。第二个是大西洋中脊带，大部分在海洋，北端穿过冰岛；第三个是地中海到喜马拉雅，包括意大利和我国西藏。全球地热能的潜在资源，相当于全球能源消耗总量的45万倍。

 

  地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。中低地热的直接利用在热泵等愈加成熟的地热开发技术支持下，已在建筑、工业、农牧业等各个领域得到广泛利用，其广阔的发展前景毋庸置疑。据2010年4月在印度尼西亚巴厘岛召开的世界地热会议报告，从1950年后世界地热产业发展迅速，特别是1980年后，地热发电设备总容量每五年约增加1000-2000MW，且根据对现状装机设备的精确统计，地热发电的设备容量将会保持同样的线性增加。除此之外，比起风力发电的不稳定和核电站的危险性，稳定而技术日趋成熟的地热发电将会是未来新能源发电的主力军。

 

  2.2 地热开发对环境的影响

 

  化石能源引发的环境污染、温室效益等负面影响众所周知，地热能源虽具有清洁、可再生等显著优势，但是在地热开发过程中还是会对环境产生一定的不利影响。首先，地热井的开挖会破坏自然景观；其次，对地热水的过度抽取会引起地面沉降；还有地热水中含有多种重金属，地热水的排放会给周围环境造成众多不利影响。虽然在开采热能时，会通过回灌技术将含有有害物质的废水直接回灌到地下试图将其危害性降低，但是受目前回灌技术的局限，废水仍会对周边环境造成一定困扰。除此之外，对于地热发电来说，高温地热水经过热能到机械能再到电能的转变之后，没有回灌的废水温度还是极高的，热废水的直接排放浪费了大量潜在的热能资源。

 

  2.3 地热景观

 

  传统的地热景观是指地球内部的能量在漫长的地质构造环境下形成的，在地球表面出现间歇泉、热水湖、沸泉等光怪陆离的现象。从第一个美国国家公园黄石公园（Yellowstone National Park）开始，人们对自然地热景观资源的保护与利用之间的关系越来越重视。但是伴随着地热发电所带来的巨大经济利益，地热景观逐渐消失，周围环境逐渐恶化。因为地热景观一旦受到如地震、打井、过量开采、筑路、建房等自然或人为因素的影响，会遭到不可逆转的破坏或消失。曾经著名的羊八井地热田热水湖、92度泉和河心沸泉等景观早已不见。然而新西兰的怀拉基地热田（Wairakei Geothermal Field）卡拉比蒂月亮火山口（Craters of the Moon）地热景观却可以做到与高温地热发电站并存，其采取两种措施，一是怀拉基地热电站生产地热井群与地热显示区拉开一定距离，二是实施有效的回灌措施。这是极少数成功案例，大部分的地热发电因为存在技术上的局限性，工程手段并不能解决整个问题。纵观整个地热发电过程，热废水的处理起到关键作用，如若在这一阶段引入景观生态手段处理无法回灌的热废水，在保护原有天然地热景观资源基础上，使之变成较为干净的冷水流入周边环境。一方面全面利用热废水的剩余热能资源，另一方面改善热废水的水质，在解决环境问题的同时，为人类创造景观价值和经济价值。下面以羊八井地热发电站为例，探讨这一景观生态介入过程。

 

  3 西藏羊八井地热电站的景观概念规划

 

  3.1 西藏羊八井地热发电站

 

  羊八井地热田位于拉萨市西北约90km，属拉萨市当雄县羊八井区。区域内拥有温泉、热泉、沸泉、热池等众多壮观而独特的地热景观，尤其是在冬季，冰雪与热田并存的美景吸引了众多旅者的到来。从1974年开始，国家把羊八井地热开发作为重点科技攻关项目后，先后拨出2亿多元资金建立地热发电站，开发利用丰富的地热资源。羊八井地热发电站是我国第一座也是至今仍在运行的地热发电站。自1977年10月1日第一台1MW试验机组发电成功以来，有力地促进了拉萨地区各项事业的发展，产生了较大的经济效益和社会效益。

 

  但是正如上文提及的地热发电站存在的诸多问题，羊八井的地热开发对环境影响十分明显。首先是在开发初期，未能考虑到单方面开采地下热水会导致地下热水的枯竭，当不断有热泉枯竭导致发电机组因为没有足够的地热水而达不到发电标准时，技术人员就会不断地寻找下一个地热点，久而久之发电站周围的地热景观越来越颓靡，甚至消失。直到20世纪90年代，羊八井引入全封闭式回灌工程系统，但技术上未能达到完全回灌标准，仍有50%的热废水向外排放，当含有重金属温度高达73℃[7]的热废水进入周围牧区，导致牧区牧草退化严重，原本绿草如茵的牧场变成荒凉贫瘠的土地。除此之外，羊八井地热站在藏布曲（堆龙河）南侧高地上，每天几千万焦耳的热量排入藏布曲水体中，必将使水域内温度升高，水中生物的生存环境遭到破坏，整个水体的生态受到影响[8]。

 

  3.2 地热景观设计策略

 

  羊八井地热发电站具有良好的交通条件以及旅游基础资源。羊八井周围开设了温泉酒店、温泉医疗保健会所等旅游配套设施。随着青藏铁路的建成，到羊八井地热电站观光的游客同比增长了六成[9]。而其现在面临的问题则是热废水温度高达73℃，回灌率仅为50%，周围自然的地热景观在不断消失，周围牧草退化以及水体生态环境遭到破坏。面对如此良好的地质旅游资源与地热开发的矛盾，本研究从风景园林视角构建羊八井地热电站景观设计策略。改变其原有的简单回灌和剩余废水向外排放的粗放模式，创建一个梯级利用的模式，即利用热量转移、热水温度降低的物理规律将热废水的热能量用来创造人工地热景观，以一种循序渐进的方式将潜在热能充分利用，在原始纯粹的观赏旅游基础上形成一条完整的以体验地热景观为主的游线，与此同时在源头上阻止了热废水对周围环境的破坏性影响。

 

  3.2.1 梯级利用地热能源

 

  如何将热废水中的剩余热能充分利用是整个设计中的关键问题。一般来讲，对于热能的利用方式存在于特定的温度值之间，而不同的利用方式之间存在一定的温度差。因此发挥地热资源潜力最有效的办法是综合利用法（Multipurpose Utilization of GeothermalResources），俄罗斯高加索克拉斯诺达尔州的莫斯托夫地区已成功推广这个方法，75℃的热水用于采暖热供水、温室供热以及包括水泥制品、木器家具、饲料、制桶作坊、皮革加工及洗毛等在内的工业综合利用；40-45℃热水为乳牛栏、猪圈、鸟房等设施供热；30-40℃热水用于人民生活综合利用，如游泳池、浴池、洗衣房等；最终温度为25-30℃的地热尾水均被排到沉淀池，处理后温度为20-25℃的尾水被用于农业灌溉和养鱼[10](图05)。

 

  在本规划中不能完全照搬综合利用的模式，而是学习综合利用模式中的梯级利用方法，将热废水的能量充分利用并且创造多样的热景观，因为综合利用的模式指导的是在地区范围内如何将直接开采出来的地热水尽可能的用于工业生产以及居民生活，而本规划的设计目标是创造一个适合游客游赏的地热景观并且降低热废水对环境的危害程度，因此对热废水的梯级利用还需因地制宜（图06）。在热物理规律变化中，热能的变化会使得水分别以气体、液体和固体的形式存在，本规划的梯级利用正是利用热能变化规律创造不同的热景观。具体的梯级利用方式如下：羊八井地热电站热水井出水温度为73℃，73℃热水所散发出来的蒸汽，用于桑拿房或蒸汽浴等亲身游览体验活动，切身感受高温蒸汽所带来的视觉、触觉、嗅觉等感官体验；羊八井地热电站因为地热能源的开发在地表形成众多低洼地势，少数已形成小规模的热水湖，利用这一地质特点人工建成一个地热景观聚集区，并控制水流速度将温度保持在70-45℃，结合西藏常年的低温环境和园林工程技术形成间歇喷泉、喷气孔、蒸汽谷以及热水湖等；45-35℃热水在此之后进入温室大棚加热系统，在气候条件不佳的羊八井种植蔬菜水果，形成生态农业景观；之后利用35-10℃水将周围村庄的农业废料进行沼气开发，同时又可供给周边村庄；10℃的水进入水生植物园，形成特有的水生植物景观且最终净化沉淀废水。

 

  3.2.2营造水生植物园

 

  羊八井地热电站所在的羊八井盆地系念青唐拉山南缘的一个狭长带状断陷盆地，在青藏高原水生植物区划中属于雅鲁藏布江水生植物亚区。该亚区属于高原温带气候，海拔4 300m，降雨较多，为水生植物的丰种区，共有水生植物51种，例如黑三棱（Sparganiumstoloniferum ）、浮叶眼子菜（Potamogetonn a t a n s ）、穿叶眼子菜（P o t a m o g e t o nperfoliatus ）、蓖齿眼子菜（Potamogetonpectinatus ）、线叶眼子菜（Potarmogetonpusillus ）、水毛茛（Batrachium bungei ）、黄花水毛茛（Batrachium bunge i ）、水葱（Scirpus validus ）、杉叶藻（HippurisVulgaris ）、芦苇（Phragmites australis ）、两栖寥（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。

 

  水生植物园是地热能源梯级利用的最后一个环节，10℃的水汇集到因地热开发在地表形成的众多低洼地势处，利用大小不一的坑塑造不同的小型水体生境，在不同的生境中营造丰富的水生植物群落，包括沉水植物群落、漂浮植物群落、浮叶植物群落和挺水植物群落，形成多样的水生植物景观，同时对水体有一定的净化作用。刚流入植物园的水汇集成一个水塘，通过溪流将不同的生境串联起来，同时在植物园中设计一条路径通往不同的水体生境，在每一种生境中设置观景平台、科普长廊、标识牌等，为游客提供一个游赏兼科普的活动空间，即每个生境为一个小的活动组团，通过一条路径将各个组团串联在一起，完整的展现羊八井盆地的水生植物，成为梯级利用过程的最具特色的一个亮点。

 

  3.2.3 推动景观生态旅游

 

  羊八井所在的羌塘草原一年有3/4的时间冰封冻土，但羊八井热田确绿草如茵，雾气腾腾，冰与火的自然碰撞吸引游客的到来。

 

  随之而来的旅游开发使得羊八井的面貌发生日新月异的变化，温泉度假酒店、医疗保健会所、商店、餐馆和娱乐场所接踵而至。而且位于青藏公路和中国通往尼泊尔公路的交叉点上的羊八井，交通十分便利，青藏铁路的开通，越来越多的旅行者会来到羊八井镇。面对如此优越的旅游条件基础，本规划重点考虑羊八井地热电站的景观生态旅游功能。

 

  现如今，当地的旅游资源是那些正在消失的自然地热景观，单一的观赏型旅游模式不具备可持续性。本规划的梯级利用中设置桑拿房、地热景观参观、温室、植物园等众多可游览体验的项目，强调地热景观与人的互动性并注重游客的体验性，形成以“观光-休闲-科普”为主体的旅游资源从而吸引游客到来。夏季羊八井最吸引游客的冰雪与热泉共存景象消失，但是梯级利用中的水生植物园则可以成为夏季羊八井最具特色的旅游景点。整个规划利用羊八井地热电站特有的场所特征规划了一个具有多重体验性的活动空间，形成一个独具特色的旅游新景点，成为西藏旅游线上的一颗新明珠。

 

  4 总结

 

  人与自然的关系一直是哲学范畴里的一个重要论题，时间在推移，社会在变化，人们对这个问题的论证却从未停止过。面对严峻的资源环境问题，诚然，先进的科学技术能在一定程度上解决这个问题，但最根本的还是观念的转变。本文试图从风景园林学角度看待新能源景观，提出将废弃的资源转变为景观体验和生产过程的一种理念。而就羊八井地热电站案例来讲，从定性层面探讨地热景观的概念性规划，将地热废水的温度梯度表达为融入环境的景观表现，并以此创造出生态、经济和社会等多方面效益。本文的研究有助于拓展学科范畴，但就定量层面的随之而来的旅游开发使得羊八井的面貌发生日新月异的变化，温泉度假酒店、医疗保健会所、商店、餐馆和娱乐场所接踵而至。而且位于青藏公路和中国通往尼泊尔公路的交叉点上的羊八井，交通十分便利，青藏铁路的开通，越来越多的旅行者会来到羊八井镇。面对如此优越的旅游条件基础，本规划重点考虑羊八井地热电站的景观生态旅游功能。

 

  现如今，当地的旅游资源是那些正在消失的自然地热景观，单一的观赏型旅游模式不具备可持续性。本规划的梯级利用中设置桑拿房、地热景观参观、温室、植物园等众多可游览体验的项目，强调地热景观与人的互动性并注重游客的体验性，形成以“观光-休闲-科普”为主体的旅游资源从而吸引游客到来（图08）。夏季羊八井最吸引游客的冰雪与热泉共存景象消失，但是梯级利用中的水生植物园则可以成为夏季羊八井最具特色的旅游景点。整个规划利用羊八井地热电站特有的场所特征规划了一个具有多重体验性的活动空间，形成一个独具特色的旅游新景点，成为西藏旅游线上的一颗新明珠。

 

  4 总结

 

  人与自然的关系一直是哲学范畴里的一个重要论题，时间在推移，社会在变化，人们对这个问题的论证却从未停止过。面对严峻的资源环境问题，诚然，先进的科学技术能在一定程度上解决这个问题，但最根本的还是观念的转变。本文试图从风景园林学角度看待新能源景观，提出将废弃的资源转变为景观体验和生产过程的一种理念。而就羊八井地热电站案例来讲，从定性层面探讨地热景观的概念性规划，将地热废水的温度梯度表达为融入环境的景观表现，并以此创造出生态、经济和社会等多方面效益。本文的研究有助于拓展学科范畴，但就定量层面的深入研究和佐证，则有赖于更多学者的关注与参与。