【摘 要】針對沙漠地區(qū)風(fēng)蝕沙埋這一工程地質(zhì)問題，以榆林地區(qū)某風(fēng)電場為例，通過地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析，利用模糊綜合評(píng)判法和最大隸屬度原則，對擬建工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評(píng)估，研究該區(qū)風(fēng)蝕沙埋災(zāi)害對風(fēng)電場的影響程度及危險(xiǎn)性。

【關(guān)鍵詞】榆林；風(fēng)電場；風(fēng)蝕沙埋；模糊綜合評(píng)判

0.引言

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，風(fēng)能作為一種潔凈的可再生能源，在我國得到了迅猛發(fā)展。榆林地區(qū)風(fēng)能資源豐富，但是榆林地區(qū)風(fēng)蝕沙埋災(zāi)害對風(fēng)電場的工程建設(shè)造成了威脅，為了進(jìn)一步發(fā)展該區(qū)的風(fēng)能資源，就必須依據(jù)國家現(xiàn)行法律法規(guī)[1]對風(fēng)蝕沙埋這一地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。目前，模糊綜合評(píng)判作為一種數(shù)學(xué)方法已經(jīng)在公路、鐵路等行業(yè)廣泛使用[2-6]，下面以榆林地區(qū)某風(fēng)電場為例，研究風(fēng)蝕沙埋災(zāi)害對電廠工程建設(shè)及運(yùn)營的影響，進(jìn)行定性、定量的現(xiàn)狀分析，并通過模糊綜合評(píng)判進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估。

1.風(fēng)蝕沙埋作用的形成條件

該風(fēng)電場地處毛烏素沙漠南緣，屬典型的中溫帶干旱、半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，南部黃土高原向北部毛烏素沙漠過渡，形成的南風(fēng)；西風(fēng)帶環(huán)流影響形成的偏西風(fēng)。

1.1風(fēng)沙作用的物質(zhì)條件

本區(qū)地層巖性簡單，表層為5～9m厚的全新統(tǒng)風(fēng)積松散砂土，中部為厚40m左右的上更新統(tǒng)河湖相、沖湖積黃土狀粉土和粉細(xì)砂。其中全新統(tǒng)風(fēng)積松散沙土為松散、干燥的沙土層，顆粒成份以粉沙和細(xì)沙為主；上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組粉質(zhì)粘土和粉細(xì)沙顆粒成分以粉粒為主，含有大量細(xì)沙，礦物成分以長石、石英為主。這種地層結(jié)構(gòu)、礦物成分等特征決定了評(píng)估區(qū)內(nèi)沙源充足，為風(fēng)沙的形成造就了物質(zhì)條件。

1.2風(fēng)沙形成的動(dòng)力條件

區(qū)內(nèi)全年多風(fēng)，年平均風(fēng)速2.1m/s，歷年最大風(fēng)速為19.2m/s，主導(dǎo)風(fēng)向以NNW為主，以3～5月風(fēng)速相對較大，其中春季4月風(fēng)速最大，為2.9m/s。9月至次年2月風(fēng)速相對較小，1月和12月最小，為1.6m/s。根據(jù)前人研究資料，該區(qū)沙土的顆粒粒徑以0.1～0.25mm為主，起始風(fēng)速即臨界風(fēng)速為4～5m/s。該區(qū)的大風(fēng)風(fēng)速超過臨界風(fēng)速值，具備了形成風(fēng)沙的動(dòng)力條件。

1.3風(fēng)沙作用的植被條件

該區(qū)地處中溫帶大陸性干旱、半干旱氣候區(qū)，沙地多為固定和半固定沙丘，植被較發(fā)育，覆蓋率多在30%以上，但局部地段和局部部位植被覆蓋率小于15%，致使沙地裸露、片狀流沙發(fā)育，易于大風(fēng)起動(dòng)和搬運(yùn)。

2.地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析

2.1風(fēng)沙特征數(shù)據(jù)的分析計(jì)算

2.1.1輸沙量

輸沙量指氣流在單位時(shí)間內(nèi)通過單位寬度或面積的沙量，它是制定防沙措施的重要數(shù)據(jù)。影響輸沙量的主要因素有風(fēng)速和沙源，前人通過大量的研究，推導(dǎo)出一些計(jì)算公式。這里采用R·A·拜格諾公式：

Q=（V-Vt）3

式中Q—輸沙量（g/cm·min）。

V—風(fēng)速（m/s）。

Vt—起動(dòng)風(fēng)速（m/s）。

按照歷年最大風(fēng)速19.2（m/s）和起動(dòng)風(fēng)速4（m/s）計(jì)算，最大輸沙量約為3511.8（g/cm·min）。

2.1.2沙粒移動(dòng)速度

沙丘的移動(dòng)速度受制于風(fēng)況、沙丘高度、水分植被等多種因素。與沙丘高度的關(guān)系為，在風(fēng)力相等的情況下，沙丘愈高、移動(dòng)愈慢，反之則愈快，其關(guān)系式為：

D=Q/ρH

式中Q—單位時(shí)間通過寬度的總沙量（g/cm·min）。

ρ—沙子的密度（g/cm3）。

H—沙丘高度（cm）。

D—沙粒移動(dòng)速度（cm/min）。

取沙子的密度為2.6（g/cm3），計(jì)算出沙丘高度為3、10、20m時(shí)的沙粒移動(dòng)速度分別為6.0、1.8、0.9（cm/min）。

2.1.3沙丘移動(dòng)速度和沙丘移動(dòng)強(qiáng)度

如上所述，影響沙丘移動(dòng)速度的因素眾多，無法用理論計(jì)算。根據(jù)區(qū)域氣象資料和區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合歷史資料綜合分析，毛烏素沙地由于水分、植被條件較好、沙丘大都處于固定、半固定狀態(tài)，移動(dòng)速度不大，一般“年前移值”為1～3m。根據(jù)我國風(fēng)沙區(qū)沙丘移動(dòng)強(qiáng)度分級(jí)，屬于慢速。

2.2風(fēng)沙災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀分析

風(fēng)沙的危害方式主要有風(fēng)蝕、沙埋、磨蝕三種，對于不同的受災(zāi)體其危害存在差異?，F(xiàn)狀情況下的危害對象主要有公路、鄉(xiāng)間道路、農(nóng)田和房屋。

主要地質(zhì)災(zāi)害類型為風(fēng)蝕沙埋，區(qū)內(nèi)植被覆蓋率多在30%以上，局部地段約15%，人口集中區(qū)周邊均有防護(hù)林，且處于沙丘間的風(fēng)沙草灘區(qū)內(nèi)，道路為生產(chǎn)道路和鄉(xiāng)村道路，沙埋現(xiàn)象不嚴(yán)重，風(fēng)蝕沙埋現(xiàn)狀評(píng)估危險(xiǎn)性小。

3.基于模糊綜合評(píng)判的危險(xiǎn)性評(píng)估

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合評(píng)估是在地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評(píng)估的基礎(chǔ)上，并充分考慮地質(zhì)環(huán)境條件的差異，結(jié)合建設(shè)工程的特點(diǎn)，選擇適宜的評(píng)判指標(biāo)，針對不同地段，全面權(quán)衡，合理對比，確定某一區(qū)塊地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度與危險(xiǎn)性大小，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合評(píng)估。

3.1模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型

首先，考慮影響評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的影響因素，建立因素集U={u1，u2，…u10}，其中包括：地質(zhì)災(zāi)害因素（u1 影響面積比、u2 現(xiàn)狀危險(xiǎn)性、u3 預(yù)測危險(xiǎn)性）、基本因素（u4 沙丘高度、u5 流沙面積、u6 沙丘形態(tài)、u7 坡向指標(biāo)、u8 植被覆蓋率）和引發(fā)因素（u9 工程活動(dòng)、u10 降雨條件）。

其次，按照國土資源部頒發(fā)的“地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求（試行）”，將擬建工程區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為三級(jí)：Ⅰ級(jí)（危險(xiǎn)性?。?，地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育，危害程度小；Ⅱ級(jí)（危險(xiǎn)性中等），地質(zhì)災(zāi)害中等發(fā)育，危害程度中等；Ⅲ級(jí)（危險(xiǎn)性大），地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)發(fā)育，危害程度大。以此建立由評(píng)價(jià)結(jié)果組成的評(píng)價(jià)集V={v1，v2，…，vm}。因此可以建立的評(píng)價(jià)集即V={危險(xiǎn)性小，危險(xiǎn)性中等，危險(xiǎn)性大}。

最后，對各因素分配權(quán)值，建立權(quán)重集，即表示為權(quán)向量A=（a1，a2，…，an），式中ai為第i個(gè)因素的加權(quán)值。對第i個(gè)因素的單因素模糊評(píng)價(jià)為V上的模糊子集R=（ri1，ri2，…，rim），于是單因素評(píng)價(jià)矩陣R為：

該區(qū)采用MAPGIS的DTM分析功能對評(píng)估區(qū)按正方形進(jìn)行自動(dòng)剖分，單元面積為250m×250m，對于邊界附近不足一個(gè)單元的較小單元，則剖分為多邊形或合并到相臨單元，共剖分出280個(gè)單元，最大單元面積78125m2。以調(diào)查區(qū)1∶1萬的數(shù)字地形圖和本次地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS從DEM數(shù)據(jù)中分別提取基本評(píng)價(jià)指標(biāo)：沙丘高度、流沙面積以及坡向統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。由于完全基于調(diào)查災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此能夠獲取評(píng)價(jià)單元內(nèi)精確的災(zāi)害點(diǎn)影響面積與單元面積比值。植被覆蓋率可以利用本次實(shí)際調(diào)查的結(jié)果予以賦值，人類工程活動(dòng)和地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性采用人工賦值。該區(qū)各因素權(quán)重值及隸屬度取值表見表1-3。

表1-3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及隸屬度取值表

則對該評(píng)估區(qū)的綜合模糊評(píng)價(jià)B是V上的模糊子集B=A°R。

3.2結(jié)論及建議

根據(jù)上述方法，在定量計(jì)算分級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上，綜合考慮各種因素，綜合評(píng)估認(rèn)為，擬建工程區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)（Ⅰ級(jí)）。

擬建工程區(qū)為生態(tài)環(huán)境相對脆弱的區(qū)域，應(yīng)在工程建設(shè)和運(yùn)行中加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，做到“邊施工、邊治理”，減少風(fēng)蝕沙埋災(zāi)害對工程的影響。風(fēng)機(jī)基坑開挖時(shí)，應(yīng)避免切坡開挖。在強(qiáng)降雨時(shí)，基坑壁較為松散，易發(fā)生坍塌，盡量避免在雨季開挖基坑，以防對施工人員造成威脅。修建施工道路時(shí)，盡量利用區(qū)內(nèi)已有道路，減少對地質(zhì)環(huán)境的破壞。

4.小結(jié)

通過模糊綜合評(píng)判可以快速對場地內(nèi)各個(gè)區(qū)塊進(jìn)行快速評(píng)估，評(píng)估結(jié)果可靠，該評(píng)估方法對同類型的沙漠區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估具有借鑒意義。

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