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

劉 昊，侍 猛，谷文豪，王 東

（江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局，江蘇 宿遷 223800）

工程建設(shè)是一項(xiàng)繁雜且漫長的工作，不僅會給周圍的地質(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，且波及范圍相對較廣，對周圍農(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，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，這一類項(xiàng)目在運(yùn)行實(shí)施過程中，會形成大量的次聲波，雖然對人類以及動物不會產(chǎn)生任何影響，但對于結(jié)構(gòu)脆弱的山體會起到一定的作用[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)，還會形成大量熱能，這些熱能會通過土地?cái)U(kuò)散至周圍地區(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，需要對水土流失量進(jìn)行預(yù)測。傳統(tǒng)的預(yù)測方法相對較為單一、落后，且不再能滿足現(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)測方法，更為具體地預(yù)測不同情況的水土流失。因此，對熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此進(jìn)一步提升我國工程預(yù)測相對應(yīng)的技術(shù)。

1 水土流失量預(yù)測方法設(shè)計(jì)

1.1 確定預(yù)測控制比值

在進(jìn)行水土流失預(yù)測方法設(shè)計(jì)之前，需要先確定其實(shí)際的預(yù)測控制比。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)測過程中，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，對未來發(fā)生水土流失問題的概率也會產(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)，對水土流失控制情況進(jìn)行虛擬預(yù)測分析，結(jié)果詳見表1。

表1 水土流失控制情況虛擬預(yù)測分析

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

式中：D為預(yù)測控制比值；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）]。

通過上式計(jì)算，得出最終的預(yù)測控制比值。利用這個數(shù)值，對熱電聯(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。

1.2 構(gòu)建單元預(yù)測模型

完成預(yù)測控制比值確定后，需要構(gòu)建對應(yīng)的單元預(yù)測模型。一般情況下，預(yù)測模型的建立需要具備以下幾個條件：預(yù)測單元、預(yù)測時(shí)段以及應(yīng)用區(qū)域等。所以，對于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工程來說，需要同時(shí)具備以上條件，預(yù)測模型所得出的最終結(jié)果才會相對準(zhǔn)確、科學(xué)。首先，可以依據(jù)實(shí)際情況確定對應(yīng)的擾動預(yù)測率，具體數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 擾動預(yù)測率分析

依據(jù)表2 中的分析結(jié)果，可以得知相應(yīng)的預(yù)測狀態(tài)。之后，需要在此基礎(chǔ)上對相關(guān)預(yù)測時(shí)段進(jìn)行判定和確立。通常，預(yù)測時(shí)段是根據(jù)預(yù)測項(xiàng)目來確定的，但是熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目規(guī)模相對較大，對應(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，對每個時(shí)段的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將這些條件依次添加在模型中。隨后，計(jì)算模型最終的擾動預(yù)測單元系數(shù)，其計(jì)算公式為：

式中：H為擾動預(yù)測單元系數(shù)；ε為預(yù)測時(shí)段數(shù)量（個）；b為單元控制范圍（hm2）；c為水土流失預(yù)測比值。

通過上式計(jì)算，可以得出實(shí)際的預(yù)測單元系數(shù)。將這個數(shù)值添加在單元預(yù)測模型中[4]，當(dāng)進(jìn)行預(yù)測時(shí)，可以對所預(yù)測范圍之內(nèi)的水土流失量進(jìn)行預(yù)測控制。

1.3 以擾動疊加法實(shí)現(xiàn)水土流失量預(yù)測

在完成單元預(yù)測模型構(gòu)建后，需要利用擾動疊加法來實(shí)現(xiàn)水土流失量的最終預(yù)測。先利用單元預(yù)測模型建立對應(yīng)預(yù)測條件，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侵蝕預(yù)測，保證最終預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確。隨后，對熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的施工期、預(yù)期恢復(fù)期、自然擾動、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)測單元，并把預(yù)測時(shí)段控制在合理范圍之內(nèi)。之后，利用實(shí)際擾動預(yù)測率進(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)測控制比；e為擾動疊加極值；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）。

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

2 實(shí)例分析

2.1 水土流失現(xiàn)狀

對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。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，需要對對應(yīng)區(qū)域水土流失情況作出預(yù)測。項(xiàng)目工程區(qū)域總面積為30.12 hm2，且周圍存在公路、圍場、臨時(shí)堆場等建筑物。經(jīng)勘測發(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)目工程周圍，水土流失的面積近幾年來還在繼續(xù)增大。

2.2 水土流失量預(yù)測流程

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

圖1 A地水土流失量預(yù)測流程

2.3 預(yù)測結(jié)果分析

依據(jù)圖1 中的預(yù)測流程，最后得出對應(yīng)的預(yù)測結(jié)果，對其進(jìn)行分析，結(jié)果詳見表3。

表3 水土流失預(yù)測結(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，但是對比來看，恢復(fù)期間的土壤流失預(yù)測控制比相對較高，表明A 地在恢復(fù)期水土流失的預(yù)測效果較好。

3 結(jié)語

以上是對熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水土流失量預(yù)測方法設(shè)計(jì)并應(yīng)用的全過程。實(shí)際上，水土流失是一種極為常見的地質(zhì)災(zāi)害，它的發(fā)生一定程度上取決于周圍環(huán)境的影響和施壓。熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目一般情況下會對周圍的自然環(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對周圍植物的生長造成阻礙，同時(shí)也為水土流失形成創(chuàng)造了環(huán)境。所以，可以通過科學(xué)合理的方法提前預(yù)測水土流失的發(fā)生位置，并依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況制定相關(guān)應(yīng)對方案，便于更快地做好防治工作。