西北风沙区光伏电站施工迹地工程措施的风蚀防治效益及其机理研究

【摘要】：中国西北地区具有开发风能、太阳能等新型清洁能源的区位优势,但干旱多风的气候特点,造成该区极易发生侵蚀现象,其中以风力侵蚀最为严重。再者,生产建设活动过程中,扰动地表,破坏植被后微地形的改变,使得风速急剧增大或减弱,从而发生掏蚀或堆积等现象。研究西北风沙区典型光伏电站项目工程措施的风蚀防治效益及其机理,能够为同类项目风蚀防治实践提供技术借鉴。本研究依托西北风沙区的毛乌素沙地典型光伏电站生产建设,布设麦草方格沙障、砾石压盖、红泥覆盖及其组合措施,通过野外长期定位观测项目区内各种措施下的风速廓线、地表粗糙度、风沙流结构、风速流场等的风场参数,以及土壤容重、孔隙度以及含水量等土壤物理性状,分析了各种措施的风蚀防治效益及其机理,探讨了高效措施及其配置模式。主要研究结果如下:(1)太阳能板对风速流场特征的影响。项目区外围及太阳能板间的风速随高度的增加整体呈上升趋势,而且太阳能板间20cm~60cm风速增速大于项目区外围,风速的迅速增大不利于地表沙土的固定。太阳能板使其附近风速流场的空间分布发生变化,显著增加了太阳能板近地面出风口处(太阳能板与地面距离较小处)的风速,形成掏蚀区,降低了太阳能板远地面(太阳能板与地面距离较大处)进风口处的风速,形成堆积区。(2)工程措施的风蚀防治效益。项目区外围各措施下的风沙流结构显示,红泥覆盖降低风的搬运能力最明显,太阳能板间则以掏蚀区+砾石/堆积区+红泥组合措施效果最优。各措施相对输沙率随距地面高度的分布均呈对数函数关系(相关系数0.85)。项目区外围裸沙(对照)区吹蚀最严重,麦草方格沙障、砾石压盖及红泥覆盖均起到一定的固沙作用,其中砾石压盖效果最优;太阳能板间掏蚀区各措施均起到一定的固沙作用,其中砾石压盖及掏蚀区+砾石/堆积区+红泥组合的固沙效果最优;太阳能板间堆积区,除麦草方格沙障措施吹蚀严重,其余各措施均起到一定的固沙效果,其中以红泥覆盖措施及掏蚀区+砾石/堆积区+红泥的组合措施的固沙效果最优。(3)工程措施的风蚀防治机理项目区外围及太阳能板间各工程措施下的风速随高度的增加而增大,其中,项目区外围60cm高度处风速降低,砾石压盖降低风速幅度最大;太阳能板间近地面20cm~40cm风速降低,砾石压盖及红泥覆盖效果最优。项目区外围砾石压盖、麦草方格沙障均提高了近地表粗糙度,太阳能板间草方格沙障、掏蚀区+砾石/堆积区+裸沙、掏蚀区+砾石/堆积区+红泥及砾石压盖也使地表粗糙度有所提高,其发挥了很好的风蚀防治效益。各工程措施内的沙土容重均增大,孔隙度均减小,地表0~20cm层体积含水量随深度的变化趋势一致,均是体积含水量随土层深度的增加而增大,随着措施布设时间的延长,0~12cm层体积含水量的增速大于12~20cm。其中,项目区外围以砾石压盖措施及红泥覆盖措施的容重和孔隙度变化明显,0~20cm层的体积含水量最高,太阳能板间以红泥覆盖措施、砾石压盖措施及掏蚀区+砾石/堆积区+红泥措施的容重和孔隙度变化明显,0~20cm层的体积含水量最高,故其发挥了很好的风蚀防治效益。(4)工程措施的成本分析项目区外围砾石压盖措施及红泥覆盖措施的风蚀防治效果较优,太阳能板间以砾石压盖、红泥覆盖及掏蚀区+砾石/堆积区+红泥措施的风蚀防治效果较优。若需要在经济上综合选择适合该项目区的工程措施,则项目区外围及太阳能板间红泥覆盖措施分别以11.35元/m2和12.40元/m2的造价成为性价比最高的首选。 【关键词】：光伏电站 工程措施 风蚀防治 风沙流结构 蚀积量
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-19
• 1.2.1 风蚀研究现状13-15
• 1.2.2 生产建设项目风力侵蚀研究现状15-16
• 1.2.3 工程措施防治风蚀研究现状16-19
• 1.3 研究目的与意义19-20
• 第二章 研究内容与方法20-35
• 2.1 研究区概况20-23
• 2.1.1 地形地貌20
• 2.1.2 气象20-21
• 2.1.3 土壤21
• 2.1.4 植被21-22
• 2.1.5 风蚀22-23
• 2.2 研究内容23-24
• 2.2.1 太阳能板对风速流场特征的影响23
• 2.2.2 工程措施的防风固沙效益23
• 2.2.3 工程措施风蚀防治机理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 风蚀观测小区布设24-29
• 2.3.1.1 光伏项目区外围24-29
• 2.3.2 测定指标及方法29-34
• 2.4 技术路线34-35
• 第三章 太阳能板对风速流场特征的影响35-38
• 3.1 太阳能板对风速的影响35
• 3.2 太阳能板对风速廓线的影响35-36
• 3.3 太阳能板对风速流场的影响36
• 3.4 小结36-38
• 第四章 工程措施的风蚀防治效益38-47
• 4.1 工程措施对输沙率的影响38-40
• 4.1.1 项目区外围各工程措施对输沙率的影响38-39
• 4.1.2 太阳能板间各单项工程措施及其组合对输沙率的影响39-40
• 4.2 工程措施对风沙流结构的影响40-43
• 4.2.1 项目区外围各工程措施对风沙流结构的影响40-41
• 4.2.2 太阳能板间各单项工程措施及其组合对风沙流结构的影响41-43
• 4.3 工程措施对地表蚀积量的影响43-45
• 4.3.1 项目区外围各工程措施对地表蚀积量的影响43
• 4.3.2 太阳能板间各单项工程措施及其组合对地表蚀积量的影响43-45
• 4.4 小结45-47
• 第五章 工程措施的风蚀防治机理47-60
• 5.1 风速廓线对风蚀防治效益的影响47-49
• 5.1.1 项目区外围工程措施风速廓线对风蚀防治效益的影响47-48
• 5.1.2 太阳能板间各单项工程措施及其组合风速廓线对风蚀防治效益的影响48-49
• 5.2 地表粗糙度对风蚀防治效益的影响49-51
• 5.2.1 项目区外围各工程措施地表粗糙度对风蚀防治效益的影响49
• 5.2.2 太阳能板间各单项工程措施及其组合地表粗糙度对风蚀防治效益的影响49-51
• 5.3 工程措施的风速流场特征51-52
• 5.4 沙土容重及孔隙度对风蚀防治效益的影响52-54
• 5.5 表层沙土质量含水量对风蚀防治效益的影响54-56
• 5.5.1 项目区外围各工程措施内沙土质量含水量对风蚀防治效益的影响54
• 5.5.2 太阳能板间各单项措施及其组合内沙土质量含水量对风蚀防治效益的影响54-56
• 5.6 近地表 0~20cm沙土体积含水量对风蚀防治效益的影响56-58
• 5.6.1 项目区外围各工程措施近地表 0~20cm沙土体积含水量对风蚀防治效益的影响56-57
• 5.6.2 太阳能板间各单项措施及其组合对近地表 0~20cm沙土体积含水量的影响57-58
• 5.7 小结58-60
• 第六章 工程措施成本分析60-62
• 6.1 项目区外围各工程措施造价分析60
• 6.2 太阳能板间各单项措施及其组合造价分析60-61
• 6.3 小结61-62
• 第七章 主要结论与展望62-65
• 7.1 主要结论62-63
• 7.2 研究展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 个人简介69-70
• 西北农林科技大学学历教育硕士学位授予信息表70

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