王芳蕾 許欽棟

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院 江蘇徐州 221100）

0 引言

隨著環(huán)境問(wèn)題的凸顯和部分資源的耗竭， 新能源引發(fā)了人們的關(guān)注，風(fēng)能作為1 種清潔無(wú)污染的新型能源，也得到了廣泛的應(yīng)用，其中風(fēng)能最主要的應(yīng)用方式為風(fēng)力發(fā)電。江蘇省位于我國(guó)東部沿海地區(qū)，風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目眾多［1-2］。徐州市位于江蘇省邊緣，處于內(nèi)陸，風(fēng)能資源相對(duì)貧乏［3］。 但隨著新能源的興起，徐州市也開(kāi)始進(jìn)行風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)，徐州首家風(fēng)力發(fā)電新能源項(xiàng)目于2014 年正式啟動(dòng)。 本文為探究徐州市的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的土地適宜性， 選取了多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)徐州市的風(fēng)電場(chǎng)選址適宜性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)適宜區(qū)域，可為徐州市的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的宏觀選址提供借鑒。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

徐州市是江蘇省的1 個(gè)地級(jí)市，位于江蘇省西北部，地理位置為116°22′—118°40′E、33°43′—34°58′N。徐州市地勢(shì)相對(duì)比較平坦，由西北向東南降低，地形以平原為主，中部和東部存在少數(shù)丘陵山地；徐州市屬溫帶季風(fēng)性氣候，年均氣溫在14℃左右，年日照時(shí)數(shù)為2 284 h～2 495 h，年均降水量800 mm～930 mm。截至2019 年，徐州下轄5 個(gè)市轄區(qū)、3 個(gè)縣、2 個(gè)縣級(jí)市，總面積11 765 km2，常住人口882.56 萬(wàn)人。 本文選取了徐州市的云龍區(qū)、泉山區(qū)、鼓樓區(qū)、銅山區(qū)和賈汪區(qū)等5 個(gè)市轄區(qū)作為研究對(duì)象。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究用到的數(shù)據(jù)有年平均風(fēng)速、地形起伏度、坡度、坡向和地覆蓋類型等5 種數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)來(lái)源如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)類型及來(lái)源

2 研究方法

2.1 指標(biāo)選取及評(píng)價(jià)體系建立

風(fēng)電場(chǎng)選址的主要影響因素是風(fēng)能資源的豐富程度，理論上風(fēng)能資源豐富、 風(fēng)向穩(wěn)定的風(fēng)電場(chǎng)就具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。 在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，地形和土地利用等因素也限制著風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)。 本文基于數(shù)據(jù)可獲取和主導(dǎo)性原則，從風(fēng)能資源、地形和土地利用三個(gè)角度出發(fā)， 選取了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)影響較大的年平均風(fēng)速、地形起伏度、坡度、坡向和地覆蓋類型等5項(xiàng)指標(biāo)作為土地適宜性影響因子。

為建立合理的評(píng)價(jià)體系， 參考風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件的各種資料，分別對(duì)影響風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的各指標(biāo)進(jìn)行分析。 年平均風(fēng)速是反映特定區(qū)域風(fēng)資源狀況的重要指標(biāo)， 常年平均風(fēng)速達(dá)到3級(jí)就可以使機(jī)器運(yùn)作，4 級(jí)就可以滿足建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的條件；地形起伏度是描述區(qū)域地形特征的一個(gè)宏觀指標(biāo)，地形起伏度越大，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)難度越大，建設(shè)成本越高，經(jīng)學(xué)者鄧院昌等［4］對(duì)239 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)地形條件的統(tǒng)計(jì)與分析，多半風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)在起伏度小于100 m 的地區(qū)， 大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)在起伏度小于300 m 的地區(qū)。 坡度越大的地區(qū)，建設(shè)大面積風(fēng)電場(chǎng)的難度越高，選址適宜性越差，經(jīng)學(xué)者鄧院昌等［5］統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)在坡度小于20%的區(qū)域； 坡向決定著風(fēng)電場(chǎng)的受風(fēng)面積，坡向?yàn)橛L(fēng)向的區(qū)域，接收到的有效風(fēng)能密度越大，選址適宜性越好，冬半年徐州市以西北風(fēng)為主，夏半年徐州以東南風(fēng)為主，冬半年風(fēng)勢(shì)更強(qiáng)勁一些；土地覆蓋類型為建設(shè)用地和水域的區(qū)域，不適宜建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，容易造成視覺(jué)污染和環(huán)境污染，基于耕地保護(hù)原則，覆蓋類型為耕地的區(qū)域也不推薦建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，林地區(qū)域多為山地，海拔較高，可以建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，草地和未利用的裸地是最適宜的區(qū)域。

根據(jù)以上適宜性分析指標(biāo)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響方式及規(guī)律，構(gòu)建合理科學(xué)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如表2 所示。

2.2 指標(biāo)權(quán)重

各選址影響因子對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址的影響程度不同， 為使評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理，需賦予各項(xiàng)指標(biāo)不同的權(quán)重［6］。 在進(jìn)行適宜性綜合評(píng)價(jià)之前，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，在研究中選擇使用專家打分法作為權(quán)重確定方法。 向13 位學(xué)者咨詢意見(jiàn)并對(duì)指標(biāo)重要性打分，對(duì)學(xué)者們的打分結(jié)果求算術(shù)平均值，并進(jìn)行歸一化處理，得到較為客觀合理的各指標(biāo)權(quán)重，如表3所示。

表2 指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

表3 指標(biāo)權(quán)重分配

3 研究結(jié)果

3.1 單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1.1 年平均風(fēng)速

徐州市的年平均風(fēng)速處于5.35 m/s～6.37 m/s 之間，整體上滿足風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的基本風(fēng)能資源條件。 從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，大于6.03 m/s 的小部分區(qū)域，屬于高適宜區(qū)域。 根據(jù)年平均風(fēng)速因子評(píng)價(jià)結(jié)果可知，低適宜區(qū)域面積最大，為2 477.54 km2，占比81.6%，分布在徐州市東側(cè)邊緣以外的區(qū)域；中適宜區(qū)域占比16.2%，主要分布在徐州市東側(cè)邊緣處；高適宜度面積最小，僅有67.32 km2，占比2.2%，主要分布在徐州市的東北側(cè)。

3.1.2 地形起伏度

徐州市的地勢(shì)比較平緩，整體地形起伏度較小，最大起伏度為269 m。地形起伏度在300 m 之內(nèi)的區(qū)域基本符合風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件，所以徐州市的地形條件比較適合建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)。 根據(jù)地形起伏度因子評(píng)價(jià)結(jié)果可知， 低適宜區(qū)域和中適宜區(qū)域面積極小，為67.20 km2，僅占總面積的2.2%，主要分布在徐州市北部和南部的丘陵地區(qū)； 高適宜區(qū)域面積最大， 為2 970.27 km2，幾乎占據(jù)整個(gè)研究區(qū)，分布廣泛。

3.1.3 坡度

徐州市地形主要為平原，地勢(shì)較為平緩，整體坡度較低，平均坡度為4.88°，但也存在多處丘陵，主要分布在除西北部外的四周，其中銅山區(qū)和賈汪區(qū)分布最多。 根據(jù)坡度因子評(píng)價(jià)結(jié)果可知，非適宜區(qū)和低適宜區(qū)面積較小，為262.17 km2，占比8.6%，主要分布在銅山區(qū)和賈汪區(qū)的丘陵地區(qū)；中適宜區(qū)占比28.3%，高適宜區(qū)面積最大，占比63.0%，兩者分布都比較廣泛且分散。

3.1.4 坡向

徐州市的盛行風(fēng)為西北風(fēng)和東南風(fēng)為主，根據(jù)迎風(fēng)向、側(cè)風(fēng)向和背風(fēng)向?qū)Ω鱾€(gè)坡向的進(jìn)行賦值。 各個(gè)坡向是統(tǒng)一存在的，所以各個(gè)坡向分布比較均勻，面積占比也相近。 根據(jù)坡向因子評(píng)價(jià)可知， 低、 高適宜區(qū)域的面積相近， 占比分別為23.5%和24.5%，分布較為廣泛且分散；中適宜區(qū)域面積最大，達(dá)到1 580.56 km2，占比52.0%，分布也較為廣泛。

圖1 土地適宜性單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1.5 土地覆蓋類型

將徐州市的土地覆蓋類型分為建設(shè)用地、耕地、林地、草地、未利用地和水域等6 種類型，并根據(jù)各地類建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的適宜度進(jìn)行賦值。 根據(jù)土地覆蓋類型因子評(píng)價(jià)可知，非適宜區(qū)域面積為805.48 km2，占比26.5%，主要集中在徐州市中西部的建設(shè)用地； 低適宜區(qū)域面積最大， 為2 056.16 km2， 占比67.7%，主要分布在徐州市區(qū)的四周；中、高適宜度面積較小，僅有175.82 km2， 占比5.8%， 主要分布在徐州市的南部和北部。

土地適宜性單因子評(píng)價(jià)結(jié)果如圖1 所示。

3.2 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)年平均風(fēng)速、地形起伏度、坡度、坡向和地覆蓋類型等5項(xiàng)單因子按照分配的權(quán)重，利用ArcGIS 進(jìn)行疊加分析，得到徐州市風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)土地適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 土地適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)5 項(xiàng)指標(biāo)的疊加分析， 得到了風(fēng)電場(chǎng)選址適宜性的空間可視化結(jié)果， 從土地適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果中可以得到以下結(jié)論：

（1）徐州市風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)適宜性分析中，非適宜區(qū)和低適宜區(qū)占較大比例，非適宜區(qū)面積為543.90 km2，低適宜區(qū)面積為908.73 km2，二者占徐州市面積的47.8%；中適宜區(qū)的面積達(dá)到1 452.08 km2，占比47.8%；高適宜區(qū)面積較小，為132.75 km2，占比4.4%。

（2）徐州市風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)適宜性分析中，非適宜和低適宜區(qū)域集中在水域、建設(shè)用地及其周圍和丘陵地區(qū)，主要分布于徐州市的中部和西部， 高適宜區(qū)和中適宜區(qū)則集中在年平均風(fēng)速較大的區(qū)域，主要分布于徐州市的東側(cè)邊緣。

（3）徐州市的地形條件整體較為符合風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的要求，但受風(fēng)能資源條件的限制，僅有小部分區(qū)域?yàn)楦叨冗m宜區(qū)，中部適宜區(qū)面積較大， 年平均風(fēng)速以及地形條件等符合風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一般要求，可以開(kāi)發(fā)利用該區(qū)域的風(fēng)能資源。 如要建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域的生態(tài)敏感性、有效風(fēng)密度等因子進(jìn)行測(cè)量與分析， 還需對(duì)目標(biāo)項(xiàng)目的投資回收期與凈現(xiàn)金流等進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算， 進(jìn)而對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址與風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)。