由于太阳能发电的环境效益和光伏技术的发展，光伏（PV）发电厂在世界范围内快速增长。然而，光伏电池板对坡面降雨径流和土壤侵蚀过程的影响尚不清楚。本研究通过降雨模拟实验，在坡面地块尺度上，定量研究了这些影响。在黄土高原的一个裸土样地，将黄土分为两个4 m × 1 m的坡面（即试验坡与光伏电池板以上的中间和控制坡没有覆盖）作为研究地点，其中进行了1小时不同强度（30mm hr -1 至100mm hr -1 ）的人工降雨。结果表明，尽管光伏板下的土壤表面比对照坡面粗糙，但光伏板坡面与对照坡面的径流量、峰值流量和坡面流速没有显著差异。然而，在出口处与对照斜坡相比，特别是在大雨时，光伏板斜坡产生的泥沙通量减少27%-63%。这是因为光伏板下的斜坡上的溅蚀由于电池板对降雨的拦截而减弱。这一发现表明，光伏板的关键影响是阻止土壤在雨滴的作用下分离。在不同的降雨强度下，由于在光伏板的下边缘的凹陷，坡面径流衰减，光伏板延迟了径流开始时间。这些发现意味着山坡上的光伏板可能具有将土壤有机质保留在表层土壤中并改善土壤结构（例如，土壤封育和土壤团聚体保护）的潜力，有利于坡面土壤保持和植被恢复。
光伏面板、山坡、降雨径流、土壤侵蚀、降雨模拟
包括降雨径流和土壤侵蚀过程在内的山坡水文学是许多领域的主要关注点，例如水土保持、洪水预报和农业可持续发展。土地利用在山坡水文过程中起着重要的作用。最近，存在一种新型的土地利用，即光伏（PV）电站，这可能会在很大程度上影响山坡降雨径流和土壤侵蚀过程，但在山坡水文学中尚未被完全厘清。在可再生能源资源中，太阳能设施通常具有长寿命和低生命周期碳排放，并且其具有满足未来能源需求和减轻人类对气候变化的影响的巨大潜力。近年来，由于技术进步和政策支持，将光直接转换为电的光伏发电技术已成为发展最快的能源技术之一。2019年，全球累计太阳能光伏装机容量达到602GW，三年内翻了一番。在中国，光伏市场正在快速扩张，累计光伏装机容量从2016年的77.4GW增长到2019年的205.2GW，并将在2030年之前达到600 GW。一些研究人员估计，在到2050年全球太阳能部署的乐观情景下（8500 GW），如果所有PV面板阵列都是地面安装的，则在未来30年内将改造约250000 km 2 的土地。特别是自2013年以来，中国黄土高原的光伏电站增长迅速。根据遥感数据，到2019年，主要位于黄土高原的估计为134.6 km 2 ，与2013年相比几乎增加了两倍。这些发电厂中的大多数超过10 km 2 并且位于稀疏的草原和干旱地带。
然而，由于太阳能的低密度，PV发电厂需要大的面积。山坡地区包含大部分土地，适合大型光伏装置，光伏电站安装的可接受坡度范围很广（见图1）。此外，Yang et al.利用基于GIS的模型估算了中国大规模光伏发电潜力，并指出大型光伏电站应规划在坡度小于20 ? 的地区。由于PV阵列的结构，太阳辐射和降雨可以在很大程度上被PV面板拦截。许多研究集中在PV板减少太阳辐射上，其对蒸发、风速、空气温度和土壤温度具有直接影响。另一方面，由于光伏板对降雨的截留，这对于山坡上的降雨径流和土壤侵蚀过程可能是至关重要的，对此，直到现在还没有全面的研究。在降雨期间由PV板拦截的雨滴将沿着PV板的下边缘集中并落在地面上，导致降雨的不均匀空间分布。一些研究表明，在坡面或山坡上，光伏板可以增加径流。Jahanfar等人进行了一项长期研究，比较了有或没有光伏板的绿色屋顶之间的流量，结果表明，在降雨事件中，光伏板增加了约30%的累积流量和50%以上的峰值流量。Pisinaras等人使用SWAT模型量化了光伏电站的水文预算组成。他们发现，随着土地利用从农业转向光伏发电厂，年地表径流量在集水区范围内增加。然而，从另一个角度来看，PV面板对雨滴的拦截可以显著减少发生雨滴击溅侵蚀的区域。减少溅蚀不仅可以减少山坡土壤侵蚀，而且还减少土壤表面密封，这可能导致更高的表面水力传导性（渗透）和更少的径流。此外，Cook和McCuen采用数值模型来分析开发前和开发后条件下太阳能电池板场地的径流。结果发现，光伏电池板对径流量、峰值排放量或峰值排放时间没有显著影响。光伏电池板对坡面径流的影响是复杂而不明确的，有的学者认为光伏板增加了坡面径流，有的学者认为光伏板对坡面径流的影响是负面的或可以忽略不计。此外，可以推断，PV板对山坡土壤侵蚀过程的影响可能导致大的环境和经济后果，例如土壤流失和土地退化，这些过程是复杂的，因为它容易受到山坡径流过程的影响。目前，国内外对光伏板对水文泥沙过程的影响机制，特别是对坡面土壤侵蚀过程的影响机制，还缺乏较为全面的研究。由于光伏发电厂已被广泛安装在干旱和半干旱地区的山坡上，而且由于光伏电池板对降雨再分配，山坡侵蚀可能会加剧。
降雨模拟被广泛用作研究坡面流和土壤侵蚀的研究工具，以及研究其对土地利用变化和土壤性质的改变。通过严格控制变量或条件，降雨模拟能够产生详细的径流和土壤侵蚀实验数据，重点关注特定因素的影响。小区尺度降雨模拟试验可以准确地测量坡面流率、土壤泥沙通量、微地形变化等，其通常有助于发现降雨径流和土壤侵蚀过程中的主要机制。
随着光伏发电产业的快速发展，了解山坡地光伏电站的水文效应对于制定光伏电站建设规划尤其是干旱半干旱地区的光伏电站建设规划至关重要。通过坡面模拟降雨试验，研究了光伏电站对坡面降雨径流和土壤侵蚀过程的影响，为光伏电站的选址和水文效应评价提供指导。
图1 中国黄土高原山坡光伏电站
本实验研究地块在位于中国陕西省汉城市附近（35.31 ? N，110.39 ? E），该地块具有自然地表，其上的植被非常稀疏。实验区的土壤为粉砂壤土（含14%粘土、67%粉砂和19%砂），土壤的孔隙度和容重分别为0.48和1.24 g cm ?3 。
通过降雨模拟实验来人工模拟降雨，采用对比分析法，设置对照地块，来研究光伏板如何在地块尺度上影响坡面降雨径流和土壤侵蚀过程。
3.1斜坡实验装置
在研究区内，设置两个4 m × 1 m斜坡，试验坡的中间有光伏板覆盖，对照坡没有覆盖物，两个坡用0.7米高的塑料板分开（见图2）。将界定实验斜坡的塑料板垂直并小心地插入土壤中，使对土壤的干扰最小化。实验斜坡的坡度约为8.7%。
在降雨试验前一周，将两个边坡的稀疏草覆盖物小心地拔出并移除，以最小化试验边坡和对照边坡之间的地表差异。研究地块被0.2米高的塑料板包围，以防止由于飞溅而可能的水分损失。两个径流收集器设置在测试和控制斜坡的出口处，其将地表径流引导到容器中进行测量。
将一个面向下坡的PV板放置在测试斜坡的中间（见图2c）。它的尺寸为1650 mm（长）× 950 mm（宽）× 40 mm（厚），这是光伏电站中常用的尺寸。选择固定安装的PV系统，并且PV板的下边缘在地面上方0.5m，其中板与地面表面成30°角。
3.2降雨模拟器
降雨模拟器包括一个水箱、一个调压泵、两个喷嘴、一个流量计、一个钢支架和管道（见图2b）。
图2 仪器设置：（a）研究地块的示意图，（b）降雨模拟器设置，以及（c）放置在测试斜坡上的光伏面板
其中产生雨滴的喷嘴是Fulljet模型的喷嘴，其具有60 °的喷射角。Fulljet模型的喷嘴已在许多实验研究中用于降雨模拟。喷嘴的位置和方向如上图2所示。喷嘴的高度在斜坡上方3.5 m，允许水滴在撞击面板和地面之前达到其沉降速度。模拟雨滴的平均直径为1.7 mm，用滤纸法测量，模拟降雨的平均雨滴大小与自然降雨相似。
用调压泵来精确控制降雨强度，并在试验前对降雨强度和空间均匀性进行了标定和测试。用大塑料布覆盖两个斜坡后，用 10 个雨量计 （ 每个内径 15 cm ，高 20 cm ） 测定降雨强度，雨量计均匀分布在两个斜坡上方。使用 Christiansen 定义的均匀系数 （ CuC ） 计算降雨空间均匀性。
本研究在降雨试验中考虑了 4种降雨情景，分为 2个降雨强度范围（见表1）。根据中国黄土高原南部地区的降雨频率，30mm hr -1 和50 mm hr -1 降雨情景为中雨情景，80 mm hr -1 和100 mm hr -1 降雨强度情景为典型暴雨（见表1）。在这些降雨强度下，降雨试验以入渗-过量坡面流为主。每个情景的降雨持续时间为 1 h，连续两次降雨情景之间间隔约10天，每次降雨模拟前，土壤初始含水量（0 ~ 5 cm）土层在25% ~ 27%之间接近。研究地点的日降雨量和气温见图3。
在第一次试验前 4天，在研究区进行了 20 mm hr -1 强度、10 min持续时间的降雨试验。造成这种预处理降雨的原因是:一是使地表土壤达到了与黄土高原雨季接近的高水分水平，该半干旱区降雨和水土流失多发生在雨季;其次，由于去除非常稀疏的草对土壤表面造成了一定的扰动，因此在短时间、轻量的人工降雨中渗透水分可以使土壤表面光滑，减少去除草对土壤的影响。
在这项研究中，没有额外的复制每个降雨场景是指挥这是因为本实验研究是在自然地表的野外研究场地进行的。每次降雨试验后，由于土壤侵蚀（如细沟和沟壑的发育），坡面微地形发生变化，对地表径流过程有较大影响。由于这些变化，复制在相同的降雨强度下是不可能的，因为没有办法恢复预先存在的表面微地形。同时PV板坡面与对照坡面坡面径流和土壤侵蚀差异是本研究的关键观测指标。因此，比较不同降雨强度下两个坡面的径流和土壤侵蚀结果，以及比较结果是否一致，是本研究的重要内容。在每个情景运行中，在产流后的前15分钟，每分钟在两个坡口采集坡面水流和泥沙样品，当坡面水流稳定后，采样间隔延长到 3-5分钟。收集器的沉淀物样品在110℃干燥 ?然后称重并记录。将每个坡度等距划分为4个断面，每个断面为1m × 1m（见图2a）。利用KMnO4 染料示踪法测定各断面的平均坡面流速。
表1降雨模拟运行
1.径流：
在30mmhr -1 和50mmhr -1 降雨强度下，光伏电池板坡面的径流开始时间分别比对照坡面早16.6%和4.0%。在80mmhr -1 和100mmhr -1 降雨强度下，光伏电池板坡面的径流启动时间分别延迟了88.7%和178.8%，如表2和图4所示。
图3 2021年10月16日至2021年11月25日期间场地的日降雨量和最高和最低气温（虚线表示日期每个实验）
图4 不同降雨强度下的径流启动时间
表2：降雨模拟实验中出口处的径流和沉积物通量
在不同降雨强度下，光伏板坡面的总径流量比对照坡面低0.7 - 4.0%（见表2）。两个斜坡的水文过程线也相当接近，如图5所示。
两个斜率之间的峰值放电率差异低于3.5%（见表2）。在30mmhr -1 和50mmhr -1 雨强下，径流量持续增加，直至降雨停止；80mmhr -1 和100mmhr -1 降雨强度下，径流量随时间迅速增加在降雨开始后5-8 min左右趋于稳定。
图5 降雨实验期间的径流速率（a、c、e 和 f）和土壤侵蚀速率（b、d、f 和 h）
2. 土壤侵蚀 ：
与径流结果相反，两个坡面的土壤侵蚀结果存在较大差异。光伏板坡面的土壤侵蚀量和平均含沙量比对照坡面低27%~ 63%（见表2）。例如，在80 mm hr -1降雨量下，光伏板坡面仅产生对照坡面的37%的土壤侵蚀量和38%的平均泥沙含量。
对于单个 实验 ，土壤侵蚀速率在前 10 - 15 分钟内迅速增加，然后在峰值侵蚀速率的 65%-100% （见图 5 ） 之间波动。随着降雨的持续，光伏板坡面和对照坡面的土壤侵蚀速率之间的差异变得更大。例如，在 50 mm h r ?1 降雨量下，光伏电池板坡面和对照坡面的土壤侵蚀率差异从前 15 分钟的平均 23% 增加到最后 20 分钟的平均 45% 。
3. 坡面微地形与坡面流流速 ：
坡体上的光伏板阻挡了部分雨滴，在其下沿形成了集中的雨滴，对坡体微地形产生了影响。自第一次降雨实验运行以来， PV 板在水滴的作用下，下边缘下产生了凹陷 （见图 6b ） 。
图6 2021年11月25日运行80mm h降雨后的：（a）控制坡度和 （b）光伏板坡度（红色箭头指向水滴在光伏板下边缘产生的凹陷，红色方块指出光伏板下方的粗糙土壤表面）
与对照边坡面相比，光伏板下土壤表面较粗糙（见图6a）。例如，在80mmhr -1 降雨量下，光伏电池板下的大部分地面没有土壤表面密封（见图6b中的红色方块）。虽然两个坡面的微地形有明显的差异，但两个坡面的平均坡面流速度只有1.5-4.0%的差异（见图7）。
图7 降雨30 min后不同坡段陆上平均流速
讨论
1.光伏板对地表径流的影响
降雨试验结果表明，光伏板对坡面径流量和坡面出流峰值流量没有显著影响，但在降雨过程中，坡面光伏板阻挡了部分雨滴，并在板下边缘形成了集中的雨滴。此前的一项建模研究也表明，在草地上安装光伏电池板对径流量、峰值流量和峰值时间没有显著影响。
在本研究中，可能的原因是：一方面，光伏板对雨滴的截留减少了入渗的地表面积，导致径流量增加。另一方面，雨滴的截流也大大降低了 PV板下土壤的表面密封性，由于PV板下的导水率较高，使得更多的地表水渗透到PV板下区域未密封的表层土壤（见图6b）。因此，PV板对入渗的联合作用可能导致两个坡面之间的径流差异不大。
这一发现与之前的一些研究不一致，即PV板坡面的径流量和峰值流量可能会大幅度增加。Jahanfar 等人使用的试验田（坡度约为3%）在绿色屋顶上具有相当大的渗透性，其中饱和-过量的地面流似乎是主要的产流机制，土壤封流应该受到高度限制。在他们为期一年的试验中，光伏板遮阳作用降低了小区的蒸散速率，与对照小区相比，小区的土壤含水量大大增加，可能导致径流量和峰值流量的增加。因此，与我们的研究区以入渗-过量坡面流为主不同，入渗过程的变化在他们的研究中对径流量和峰值的影响并不大。
这说明不同的产流机制可能导致光伏板对降雨-径流过程的影响不同，这可能需要进一步研究。前人利用SWAT模型发现，从农业到光伏电站的土地利用变化会导致年地表径流和渗透潜力的增加，这似乎与本研究的结果不一致。这可能是因为他们的模拟研究面积超过100 km2，时间尺度为多年（5 ~ 90年），所以他们的研究尺度与本研究侧重于小区尺度降雨-径流事件的研究尺度有很大的不同。在更大的时间和空间尺度下，从农业到光伏发电的土地利用变化对地表水文的影响主要表现为年蒸发量的减少和研究流域土壤含水量的增加。
但在本小区尺度研究中，上述结果表明在短时降雨试验中，PV板对入渗的影响不大，可以忽略两坡面的蒸发差异。在强度为 30mmhr -1 或50mmhr -1 的中雨条件下，坡面 PV板的起始径流时间短于对照坡面。由于光伏板在下坡区域能迅速集中雨水，因此在光伏板坡面上的径流启动速度较快；而控制坡由于降雨强度适中，产流缓慢。相反，在 80mmhr -1 或100mmhr -1 的强降雨条件下，PV板坡面开始径流的时间较对照坡面晚。雨水迅速填满洼地，在控制坡面上汇聚成坡面流。但在 PV板坡面，由于面板下缘下方的小洼地在降雨开始时截留了部分雨水，所以在出口产生坡面流的时间比控制坡面要长。
总的来说，坡面平均流速不受PV板的影响。PV板下粗糙的土壤表面对坡面平均流速的影响不大。这可能是因为即使 PV板下土壤表面比控制坡面粗糙，但上坡面的地表水流入细沟的数量最多，因此平均流速与控制坡面接近。
2.光伏板对坡面土壤侵蚀的影响
光伏板坡体产生的水土流失远小于对照坡体，特别是在大雨下。由于两个斜坡上的平均坡面流速和两个出口的流量差异有限，可以推断，对于两个斜坡，PV板下坡段输沙能力与控制坡对应坡段输沙能力相近。因此，PV板下土壤侵蚀减少的主要原因很可能是由于 PV板保护了土壤表面免受降雨的直接侵蚀。
对于光伏板坡面，由于光伏板截流降雨，有效地防止了光伏板下方坡面段的溅蚀。在坡面土壤侵蚀过程中，雨滴飞溅对土壤颗粒的剥离和运移具有重要作用。以往许多关于坡面侵蚀的研究都指出，减小雨滴的影响可以减少坡面土壤侵蚀。通过在试验斜坡上方安装金属或尼龙网以减少飞溅侵蚀，研究人员发现，斜坡上的土壤侵蚀减少了 10.0%-86.8% 。因此，PV板对雨滴的截取在很大程度上减少了坡面上的飞溅侵蚀。
另一方面，虽然光伏板也限制了土壤表面密封的形成，这通常会降低土壤表面的可蚀性，控制土壤侵蚀，在 PV板下，因为没有雨滴，在实验中，缺乏这种土壤表面封闭性并没有增加土壤侵蚀。这是因为PV板下的坡段土壤侵蚀过程主要为细沟侵蚀，由于雨滴的阻挡使得片状流得到缓解，从而限制了细沟间的侵蚀（见图6）。值得注意的是，细沟侵蚀能直接影响的地表面积远小于片流驱动的细沟间侵蚀。因此，在降雨试验过程中，由于土壤表面缺乏封闭性，对光伏板坡面土壤侵蚀的影响有限。同时，由于 PV板的截流作用，PV板坡面上坡区（即洼地上游）的坡面流量明显小于控制坡面。坡面流较少的光伏板从坡上部只能输送很少的泥沙，尽管光伏板坡面和控制坡面的坡面流速相似，但光伏板坡面上的泥沙量要小于控制坡（见图7）。此外，在每次降雨的大部分时间里，PV板下边缘的水滴的侵蚀力大大减弱，在每次降雨事件的早期阶段，由 PV板上的水滴所形成的水池。即使以其终端速度，当水滴落入比其直径 3倍还深的洼地时，通常也会失去对土壤表面的影响。在本实验中，从 PV板上流下的水滴直径小于 10 mm，在离地面 0.5 m的高度下无法达到其终端速度。降雨开始后不到 3分钟，池塘深度超过 15毫米，吸收了水滴的大部分动能。因此，PV板降低了板下的飞溅侵蚀，板下没有结构土封对侵蚀过程影响不大。降雨期间来自面板的集中水滴（或瀑布）的能量并没有对侵蚀和泥沙输送产生有意义的影响。应该注意的是，80mmhr -1 情景下的土壤侵蚀速率远大于100mmhr -1 的情景。这可能是因为80mmhr -1 情景模拟时间为2021年11月25 日（见表1和图3），当夜间气温低于 0℃，白天气温高于 0℃时，冻融作用可能使表层土壤更容易被侵蚀。
3.研究不足
作为小区尺度上的初步实验研究，其结果的空间尺度尚未与更大规模的光伏应用（如大型光伏板阵列或太阳能农场）相匹配。当多个光伏板（或阵列）在更大的地表上时，它们对径流和土壤侵蚀过程的影响将在这些更大的尺度上更加复杂。以中国黄土高原一个光伏板阵列的山坡为例，上述实验结果表明，单个光伏板减少了土壤侵蚀，并没有明显的改变降雨期间的总径流量，但在坡面覆盖的地块中有很多没有光伏板覆盖的小块。因此，考虑到我们的研究表明PV板不会抑制径流的产生，人们会担心这些未覆盖的地块是否容易受到土壤侵蚀，而另一方面，缺乏土壤表面密封的覆盖地块是否容易受到土壤侵蚀。若发生侵蚀，那么该研究中发现的单个光伏板对减少土壤侵蚀的积极影响将被抵消。然而，这两种抵消效应不会很大。首先，对于裸露斑块，考虑到中国黄土高原等干旱和半干旱地区的山坡地形和土壤侵蚀特征，在降雨-径流过程中，山坡上广泛而复杂的细沟系统的发展是快速而有效的，因此坡面流的路径长度通常不是很长。这通常会导致坡面流的浓度可能不够大，不足以在这些裸露的地块中输送太多的沉积物。事实上，黄土高原60%以上的总侵蚀来自细沟侵蚀。然后，对于有覆盖的地块，降雨期间，PV板截留了降水，这进一步减轻了坡面流及其可蚀性。因此，对水土流失减少补偿的关注并没有得到充分的实现。当然，这个问题取决于光伏电池板阵列的山坡地形，需要进一步的野外实验来处理。
然而，这项初步研究的结果可能有可能被扩大，来帮助在更大的尺度上的这些调查。基于这些结果，一个 PV板块（包括2块或更多的板）和进一步的大型PV板阵列的实验可以有目的地设计并在接下来进行。这些接下来的研究发现和本研究将改进流域尺度上太阳能发电厂对径流和侵蚀影响的建模，这将有助于在流域水文模型中建立光伏板影响代表机制的新模块（在实验中发现）。同时，本实验研究还可以分析太阳能电站建设前后的径流和泥沙变化，为太阳能电站的发展和管理提供支持。
本实验中光伏板的设置，包括板的具体高度和角度，是根据中国北方典型的光伏板安装（也与其他干旱半干旱地区的一些安装类似），但这或许并不能代表一些新型光伏板的安装方式，在这种安装方式中，电池板能够动态跟踪太阳。同时，在本研究的降雨实验结束后，在PV板的下缘下形成了一个水池（15 mm深）。令人担心的是，如果 PV板比本研究中的更高和更陡，这种类型的“水池”将会更大，带来额外产生严重的土壤侵蚀的风险。虽然，在一些实际情况下，更高或更陡的PV板可以扩大从板上流出的水的下降速度，将导致更大的凹陷水深，这能够有效地削弱滴水的可蚀性。通常，终端速度的水滴在落入水面时，可以在其直径的 3 倍范围内产生的影响。从光伏板上流下的水滴的直径几乎不可能超过 10毫米，它们的终端速度在离地面很小的高度（大多数光伏板在应用中的高度小于 3米）也达不到，这意味着凹陷可能不超过30毫米。因此，该洼地的形成是一个自限性的过程，不会带来大量的额外土壤侵蚀。
最后，需要注意的是，对边坡的地表为裸露，PV板设置的高度和坡度不是很大，这可能有利于形成两边坡的水土流失差异。单个光伏板实际应用的这种缓解效果可能会根据实际情况而改变。
4.光伏电池板对植被恢复和洪水延迟的潜在效益
试验结果表明，光伏电池板能显著减少坡面土壤侵蚀（特别是在强降雨条件下），这表明在干旱半干旱地区的自然坡面，光伏电池板可能会使植物凋落物中的有机质滞留在光伏电池板下的表层土壤中。这种有机质的保留可能有利于干旱和半干旱地区光伏电池板下植被的恢复。由于PV板现今通常具有超过25年的长寿命，它们对土壤保持和植被恢复的长期积极影响可能是相当大的，值得进一步研究。例如，在遭受土壤和有机质严重损失的中国黄土高原以及降水量不足，光伏板通常被认为降低蒸发蒸腾速率并由于阳光阻挡而增加山坡中的土壤水分，由于这种有机质的保留效果可能有助于光伏板下山坡表面的植被恢复。同时，由于土壤结构对于土壤功能是重要的，光伏板对雨滴的拦截，可防止土壤表面密封和保护光伏板下的表层土壤团聚体，可减缓光伏板下的土壤功能退化并促进植被恢复。当然，所有这些对植被恢复的好处都取决于光伏电池板是否有助于或至少不降低光伏电池板下植被的健康，这需要更多的调查来充分验证。
此外，由于在强降雨条件下，光伏板坡面上产生的坡面流比控制坡面上产生的坡面流慢，因此可以推断，光伏发电厂覆盖的土地下有大面积的沉积物，可能会延迟集水区洪水开始时间甚至洪峰时间。这可能为干旱半干旱地区的洪水延迟带来潜在效益。因此，光伏电站对水文过程的影响，需要在未来在更大的尺度上进行探索。
通过在黄土裸地进行降雨模拟试验，研究了光伏电池板对坡面径流和土壤侵蚀过程的影响。对中部以上安装光伏板的坡面和无覆盖的对照坡面的降雨径流和土壤侵蚀过程进行了观测和比较。
结果表明，光伏板对径流量、洪峰流量和坡面流流速的影响不大。这可能是由于光伏板下方没有结构性土壤密封，导致更多的渗透，这抵消了由于光伏板拦截雨滴而导致的渗透减少。但是，光伏板很大程度上减少了27%-63%的坡面土壤侵蚀。这是因为光伏板下的斜坡上的溅蚀由于电池板对降雨的拦截而减弱。这一发现表明，光伏板的关键影响是防阻止土壤在雨滴的作用下分离。在强降雨下，观察到的坡面径流产生的延迟，这似乎表明，在山坡上的光伏板可能有可能延迟洪水开始时间。
在本试验研究中，应该注意的是，光伏板设置不是很高和陡峭，研究的斜坡是裸露的，这可能有利于观察两个斜坡之间的土壤侵蚀差异。在单个PV板的实际应用中，板的土壤侵蚀减轻效果可以在变化的条件下改变。
在干旱、半干旱地区，植被稀疏、水土流失严重的坡地十分普遍。研究结果表明，在这些坡地上建设光伏电站，可以保持土壤有机质，改善土壤结构，有利于坡地土壤保持和植被恢复。在未来的研究中，光伏板在水土保持和流域生态方面的优势将是值得研究的。
作者 | 丽平
编辑 | 回毅滢
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