西北風沙區(qū)光伏電站施工跡地工程措施的風蝕防治效益及其機理研究

【摘要】：中國西北地區(qū)具有開發(fā)風能、太陽能等新型清潔能源的區(qū)位優(yōu)勢,但干旱多風的氣候特點,造成該區(qū)極易發(fā)生侵蝕現(xiàn)象,其中以風力侵蝕最為嚴重。再者,生產(chǎn)建設活動過程中,擾動地表,破壞植被后微地形的改變,使得風速急劇增大或減弱,從而發(fā)生掏蝕或堆積等現(xiàn)象。研究西北風沙區(qū)典型光伏電站項目工程措施的風蝕防治效益及其機理,能夠為同類項目風蝕防治實踐提供技術(shù)借鑒。本研究依托西北風沙區(qū)的毛烏素沙地典型光伏電站生產(chǎn)建設,布設麥草方格沙障、礫石壓蓋、紅泥覆蓋及其組合措施,通過野外長期定位觀測項目區(qū)內(nèi)各種措施下的風速廓線、地表粗糙度、風沙流結(jié)構(gòu)、風速流場等的風場參數(shù),以及土壤容重、孔隙度以及含水量等土壤物理性狀,分析了各種措施的風蝕防治效益及其機理,探討了高效措施及其配置模式。主要研究結(jié)果如下:(1)太陽能板對風速流場特征的影響。項目區(qū)外圍及太陽能板間的風速隨高度的增加整體呈上升趨勢,而且太陽能板間20cm~60cm風速增速大于項目區(qū)外圍,風速的迅速增大不利于地表沙土的固定。太陽能板使其附近風速流場的空間分布發(fā)生變化,顯著增加了太陽能板近地面出風口處(太陽能板與地面距離較小處)的風速,形成掏蝕區(qū),降低了太陽能板遠地面(太陽能板與地面距離較大處)進風口處的風速,形成堆積區(qū)。(2)工程措施的風蝕防治效益。項目區(qū)外圍各措施下的風沙流結(jié)構(gòu)顯示,紅泥覆蓋降低風的搬運能力最明顯,太陽能板間則以掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥組合措施效果最優(yōu)。各措施相對輸沙率隨距地面高度的分布均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)0.85)。項目區(qū)外圍裸沙(對照)區(qū)吹蝕最嚴重,麥草方格沙障、礫石壓蓋及紅泥覆蓋均起到一定的固沙作用,其中礫石壓蓋效果最優(yōu);太陽能板間掏蝕區(qū)各措施均起到一定的固沙作用,其中礫石壓蓋及掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥組合的固沙效果最優(yōu);太陽能板間堆積區(qū),除麥草方格沙障措施吹蝕嚴重,其余各措施均起到一定的固沙效果,其中以紅泥覆蓋措施及掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥的組合措施的固沙效果最優(yōu)。(3)工程措施的風蝕防治機理項目區(qū)外圍及太陽能板間各工程措施下的風速隨高度的增加而增大,其中,項目區(qū)外圍60cm高度處風速降低,礫石壓蓋降低風速幅度最大;太陽能板間近地面20cm~40cm風速降低,礫石壓蓋及紅泥覆蓋效果最優(yōu)。項目區(qū)外圍礫石壓蓋、麥草方格沙障均提高了近地表粗糙度,太陽能板間草方格沙障、掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+裸沙、掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥及礫石壓蓋也使地表粗糙度有所提高,其發(fā)揮了很好的風蝕防治效益。各工程措施內(nèi)的沙土容重均增大,孔隙度均減小,地表0~20cm層體積含水量隨深度的變化趨勢一致,均是體積含水量隨土層深度的增加而增大,隨著措施布設時間的延長,0~12cm層體積含水量的增速大于12~20cm。其中,項目區(qū)外圍以礫石壓蓋措施及紅泥覆蓋措施的容重和孔隙度變化明顯,0~20cm層的體積含水量最高,太陽能板間以紅泥覆蓋措施、礫石壓蓋措施及掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥措施的容重和孔隙度變化明顯,0~20cm層的體積含水量最高,故其發(fā)揮了很好的風蝕防治效益。(4)工程措施的成本分析項目區(qū)外圍礫石壓蓋措施及紅泥覆蓋措施的風蝕防治效果較優(yōu),太陽能板間以礫石壓蓋、紅泥覆蓋及掏蝕區(qū)+礫石/堆積區(qū)+紅泥措施的風蝕防治效果較優(yōu)。若需要在經(jīng)濟上綜合選擇適合該項目區(qū)的工程措施,則項目區(qū)外圍及太陽能板間紅泥覆蓋措施分別以11.35元/m2和12.40元/m2的造價成為性價比最高的首選。 【關(guān)鍵詞】：光伏電站 工程措施 風蝕防治 風沙流結(jié)構(gòu) 蝕積量
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S157
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究進展13-19
• 1.2.1 風蝕研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 生產(chǎn)建設項目風力侵蝕研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 工程措施防治風蝕研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 研究目的與意義19-20
• 第二章 研究內(nèi)容與方法20-35
• 2.1 研究區(qū)概況20-23
• 2.1.1 地形地貌20
• 2.1.2 氣象20-21
• 2.1.3 土壤21
• 2.1.4 植被21-22
• 2.1.5 風蝕22-23
• 2.2 研究內(nèi)容23-24
• 2.2.1 太陽能板對風速流場特征的影響23
• 2.2.2 工程措施的防風固沙效益23
• 2.2.3 工程措施風蝕防治機理23-24
• 2.2.4 工程措施的成本分析24
• 2.3 研究方法24-34
• 2.3.1 風蝕觀測小區(qū)布設24-29
• 2.3.1.1 光伏項目區(qū)外圍24-29
• 2.3.2 測定指標及方法29-34
• 2.4 技術(shù)路線34-35
• 第三章 太陽能板對風速流場特征的影響35-38
• 3.1 太陽能板對風速的影響35
• 3.2 太陽能板對風速廓線的影響35-36
• 3.3 太陽能板對風速流場的影響36
• 3.4 小結(jié)36-38
• 第四章 工程措施的風蝕防治效益38-47
• 4.1 工程措施對輸沙率的影響38-40
• 4.1.1 項目區(qū)外圍各工程措施對輸沙率的影響38-39
• 4.1.2 太陽能板間各單項工程措施及其組合對輸沙率的影響39-40
• 4.2 工程措施對風沙流結(jié)構(gòu)的影響40-43
• 4.2.1 項目區(qū)外圍各工程措施對風沙流結(jié)構(gòu)的影響40-41
• 4.2.2 太陽能板間各單項工程措施及其組合對風沙流結(jié)構(gòu)的影響41-43
• 4.3 工程措施對地表蝕積量的影響43-45
• 4.3.1 項目區(qū)外圍各工程措施對地表蝕積量的影響43
• 4.3.2 太陽能板間各單項工程措施及其組合對地表蝕積量的影響43-45
• 4.4 小結(jié)45-47
• 第五章 工程措施的風蝕防治機理47-60
• 5.1 風速廓線對風蝕防治效益的影響47-49
• 5.1.1 項目區(qū)外圍工程措施風速廓線對風蝕防治效益的影響47-48
• 5.1.2 太陽能板間各單項工程措施及其組合風速廓線對風蝕防治效益的影響48-49
• 5.2 地表粗糙度對風蝕防治效益的影響49-51
• 5.2.1 項目區(qū)外圍各工程措施地表粗糙度對風蝕防治效益的影響49
• 5.2.2 太陽能板間各單項工程措施及其組合地表粗糙度對風蝕防治效益的影響49-51
• 5.3 工程措施的風速流場特征51-52
• 5.4 沙土容重及孔隙度對風蝕防治效益的影響52-54
• 5.5 表層沙土質(zhì)量含水量對風蝕防治效益的影響54-56
• 5.5.1 項目區(qū)外圍各工程措施內(nèi)沙土質(zhì)量含水量對風蝕防治效益的影響54
• 5.5.2 太陽能板間各單項措施及其組合內(nèi)沙土質(zhì)量含水量對風蝕防治效益的影響54-56
• 5.6 近地表 0~20cm沙土體積含水量對風蝕防治效益的影響56-58
• 5.6.1 項目區(qū)外圍各工程措施近地表 0~20cm沙土體積含水量對風蝕防治效益的影響56-57
• 5.6.2 太陽能板間各單項措施及其組合對近地表 0~20cm沙土體積含水量的影響57-58
• 5.7 小結(jié)58-60
• 第六章 工程措施成本分析60-62
• 6.1 項目區(qū)外圍各工程措施造價分析60
• 6.2 太陽能板間各單項措施及其組合造價分析60-61
• 6.3 小結(jié)61-62
• 第七章 主要結(jié)論與展望62-65
• 7.1 主要結(jié)論62-63
• 7.2 研究展望63-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68-69
• 個人簡介69-70
• 西北農(nóng)林科技大學學歷教育碩士學位授予信息表70

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