熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測(cè)方法分析

劉 昊，侍 猛，谷文豪，王 東

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局宿遷分局，江蘇 宿遷 223800）

工程建設(shè)是一項(xiàng)繁雜且漫長(zhǎng)的工作，不僅會(huì)給周?chē)牡刭|(zhì)以及自然環(huán)境造成一定的影響，一旦建設(shè)程序不規(guī)范，還會(huì)形成一系列的自然災(zāi)害，如泥石流、山體滑坡、崩塌以及水土流失等。在這些地質(zhì)災(zāi)害中，水土流失的發(fā)生頻率相對(duì)較高。水土流失是一種危害較大的自然地質(zhì)災(zāi)害。一般情況下，它常常發(fā)生在山體附近，且波及范圍相對(duì)較廣，對(duì)周?chē)r(nóng)田、道路的危害也十分巨大[1]。不僅如此，水土流失的消極影響持續(xù)時(shí)間通常較長(zhǎng)，且復(fù)雜不易消除。

熱電聯(lián)產(chǎn)是利用熱機(jī)以及其他可以高溫發(fā)電的設(shè)備與發(fā)電站同時(shí)運(yùn)行，以此來(lái)形成可以使用的電力和有效熱能的一種能源處理技術(shù)。通常情況下，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目會(huì)設(shè)立在人煙較為稀少的郊區(qū)、山區(qū)等區(qū)域。但是，這一類(lèi)項(xiàng)目在運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中，會(huì)形成大量的次聲波，雖然對(duì)人類(lèi)以及動(dòng)物不會(huì)產(chǎn)生任何影響，但對(duì)于結(jié)構(gòu)脆弱的山體會(huì)起到一定的作用[2]，很容易造成山體滑坡，導(dǎo)致極大范圍水土流失問(wèn)題出現(xiàn)。不僅如此，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目在實(shí)施時(shí)，還會(huì)形成大量熱能，這些熱能會(huì)通過(guò)土地?cái)U(kuò)散至周?chē)貐^(qū)，致使周邊植物難以生存，最終形成大面積的水土流失現(xiàn)象。所以，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生和繼續(xù)蔓延，需要對(duì)水土流失量進(jìn)行預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法相對(duì)較為單一、落后，且不再能滿(mǎn)足現(xiàn)如今工程項(xiàng)目建設(shè)的需要，需設(shè)計(jì)一種更為靈活的預(yù)測(cè)方法，更為具體地預(yù)測(cè)不同情況的水土流失。因此，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測(cè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此進(jìn)一步提升我國(guó)工程預(yù)測(cè)相對(duì)應(yīng)的技術(shù)。

1 水土流失量預(yù)測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 確定預(yù)測(cè)控制比值

在進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)方法設(shè)計(jì)之前，需要先確定其實(shí)際的預(yù)測(cè)控制比。依據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)際情況，再加上相對(duì)應(yīng)的工程要求，整合匯總相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息后，獲取工程地段土壤侵蝕模數(shù)。在水土流失的相關(guān)預(yù)測(cè)過(guò)程中，土壤侵蝕模數(shù)的確定和獲取是一項(xiàng)十分重要的工作，其數(shù)值通常情況下代表著工程地段的土質(zhì)情況，對(duì)未來(lái)發(fā)生水土流失問(wèn)題的概率也會(huì)產(chǎn)生一定影響。其具體計(jì)算公式為：

式中：k為土壤侵蝕模數(shù)[t/（km2·a）]；a為侵蝕總范圍（km2）；v為模建比率；θ為水土流失的控制頻率。

通過(guò)上式計(jì)算，可以最終得出實(shí)際的土壤侵蝕模數(shù)。隨后，利用已有的土壤侵蝕模數(shù)來(lái)確定其相應(yīng)的本底值，大致數(shù)值范圍設(shè)定在150～370 t/（km2·a）。在本底值的數(shù)值范圍之內(nèi)，再加上工程的實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)水土流失控制情況進(jìn)行虛擬預(yù)測(cè)分析，結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 水土流失控制情況虛擬預(yù)測(cè)分析

由表1 可知，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目周?chē)囟葏^(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)以及恢復(fù)期情況都相對(duì)較差。對(duì)此，需要增強(qiáng)對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)控制比值，以提升水土流失預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性。在排除對(duì)工程項(xiàng)目造成影響的地貌、溫度、降雨、土質(zhì)等因子后，利用測(cè)量的預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算實(shí)際預(yù)測(cè)控制比值，其計(jì)算公式為：

式中：D為預(yù)測(cè)控制比值；h為水土流失基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)（m）；k為土壤侵蝕模數(shù)[t/（km2·a）]。

通過(guò)上式計(jì)算，得出最終的預(yù)測(cè)控制比值。利用這個(gè)數(shù)值，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程的水土流失進(jìn)行基礎(chǔ)性分析預(yù)測(cè)。

1.2 構(gòu)建單元預(yù)測(cè)模型

完成預(yù)測(cè)控制比值確定后，需要構(gòu)建對(duì)應(yīng)的單元預(yù)測(cè)模型。一般情況下，預(yù)測(cè)模型的建立需要具備以下幾個(gè)條件：預(yù)測(cè)單元、預(yù)測(cè)時(shí)段以及應(yīng)用區(qū)域等。所以，對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程來(lái)說(shuō)，需要同時(shí)具備以上條件，預(yù)測(cè)模型所得出的最終結(jié)果才會(huì)相對(duì)準(zhǔn)確、科學(xué)。首先，可以依據(jù)實(shí)際情況確定對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)預(yù)測(cè)率，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。

表2 擾動(dòng)預(yù)測(cè)率分析

依據(jù)表2 中的分析結(jié)果，可以得知相應(yīng)的預(yù)測(cè)狀態(tài)。之后，需要在此基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)預(yù)測(cè)時(shí)段進(jìn)行判定和確立。通常，預(yù)測(cè)時(shí)段是根據(jù)預(yù)測(cè)項(xiàng)目來(lái)確定的，但是熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目規(guī)模相對(duì)較大，對(duì)應(yīng)時(shí)段也應(yīng)該更為緊密一些[3]。這里將時(shí)段劃分為8個(gè)，對(duì)每個(gè)時(shí)段的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將這些條件依次添加在模型中。隨后，計(jì)算模型最終的擾動(dòng)預(yù)測(cè)單元系數(shù)，其計(jì)算公式為：

式中：H為擾動(dòng)預(yù)測(cè)單元系數(shù)；ε為預(yù)測(cè)時(shí)段數(shù)量（個(gè)）；b為單元控制范圍（hm2）；c為水土流失預(yù)測(cè)比值。

通過(guò)上式計(jì)算，可以得出實(shí)際的預(yù)測(cè)單元系數(shù)。將這個(gè)數(shù)值添加在單元預(yù)測(cè)模型中[4]，當(dāng)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，可以對(duì)所預(yù)測(cè)范圍之內(nèi)的水土流失量進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。

1.3 以擾動(dòng)疊加法實(shí)現(xiàn)水土流失量預(yù)測(cè)

在完成單元預(yù)測(cè)模型構(gòu)建后，需要利用擾動(dòng)疊加法來(lái)實(shí)現(xiàn)水土流失量的最終預(yù)測(cè)。先利用單元預(yù)測(cè)模型建立對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)條件，調(diào)整不符合實(shí)際的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，然后在模型中作疊加擾動(dòng)侵蝕預(yù)測(cè)，保證最終預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。隨后，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的施工期、預(yù)期恢復(fù)期、自然擾動(dòng)、極限土地和植被破壞面積等情況進(jìn)行匯總，依據(jù)實(shí)際工程現(xiàn)狀，利用模型與原本設(shè)定的情況進(jìn)行對(duì)比，若存在差異，則需要重新制定方案；若未發(fā)現(xiàn)差異，則劃分實(shí)際工程預(yù)測(cè)單元，并把預(yù)測(cè)時(shí)段控制在合理范圍之內(nèi)。之后，利用實(shí)際擾動(dòng)預(yù)測(cè)率進(jìn)行水土流失面積分析，在此基礎(chǔ)上獲取降水和溫度變化特征值。最后，計(jì)算水土流失的土壤流失控制比，其計(jì)算公式為：

式中：R為土壤流失預(yù)測(cè)控制比；e為擾動(dòng)疊加極值；β為水土流失量最大范圍值（t）；δ為水土流失量最小范圍值（t）。

通過(guò)上式計(jì)算，可以獲取水土流失量測(cè)量結(jié)果，至此利用擾動(dòng)疊加法實(shí)現(xiàn)了水土流失量的最終預(yù)測(cè)。

2 實(shí)例分析

2.1 水土流失現(xiàn)狀

對(duì)A地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目所造成的水土流失量進(jìn)行預(yù)測(cè)。A 地原本的地質(zhì)環(huán)境較好，并且溫度環(huán)境、氣溫狀況、自然結(jié)構(gòu)都十分符合熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程實(shí)施。工程在實(shí)施之前，需要對(duì)對(duì)應(yīng)區(qū)域水土流失情況作出預(yù)測(cè)。項(xiàng)目工程區(qū)域總面積為30.12 hm2，且周?chē)嬖诠贰鷪?chǎng)、臨時(shí)堆場(chǎng)等建筑物。經(jīng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，此區(qū)域中的土質(zhì)處于蓬松狀態(tài)，剝離率為79.38%。另外，深層土質(zhì)裸露化嚴(yán)重，處于水土流失初期。在項(xiàng)目工程周?chē)?，水土流失的面積近幾年來(lái)還在繼續(xù)增大。

2.2 水土流失量預(yù)測(cè)流程

依據(jù)水土流失現(xiàn)狀的簡(jiǎn)述，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程區(qū)域水土流失量進(jìn)行預(yù)測(cè)，流程如圖1所示。

圖1 A地水土流失量預(yù)測(cè)流程

2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)圖1 中的預(yù)測(cè)流程，最后得出對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行分析，結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)表3 中的分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：在熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程的建設(shè)期和恢復(fù)期，水土流失的情況是有所不同的，但是對(duì)比來(lái)看，恢復(fù)期間的土壤流失預(yù)測(cè)控制比相對(duì)較高，表明A 地在恢復(fù)期水土流失的預(yù)測(cè)效果較好。

3 結(jié)語(yǔ)

以上是對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測(cè)方法設(shè)計(jì)并應(yīng)用的全過(guò)程。實(shí)際上，水土流失是一種極為常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，它的發(fā)生一定程度上取決于周?chē)h(huán)境的影響和施壓。熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目一般情況下會(huì)對(duì)周?chē)淖匀画h(huán)境產(chǎn)生極大的影響，它所釋放的熱能以及低頻電力余波一定程度上會(huì)對(duì)周?chē)参锏纳L(zhǎng)造成阻礙，同時(shí)也為水土流失形成創(chuàng)造了環(huán)境。所以，可以通過(guò)科學(xué)合理的方法提前預(yù)測(cè)水土流失的發(fā)生位置，并依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況制定相關(guān)應(yīng)對(duì)方案，便于更快地做好防治工作。