区域性水土流失

区域性水土流失（共5篇）

区域性水土流失 篇1

土地资源和水利资源在人们生活中占有十分重要的地位, 是人类生存和发展的基本条件, 在我国可持续发展中的战略地位是不可低估的。但是, 水土流失现象目前依然相当严重, 不仅破坏土地资源, 使地力下降, 耕地减少, 影响作物产量, 而且会加剧地表元素的迁移与富集, 影响水质, 危害人类健康。并且, 水土流失加剧了自然灾害的发生, 已成为世界性的环境问题。在新一轮国土资源大调查中, 对水土流失进行定量探讨, 提出有针对性的防治对策, 是扩展区域地质调查领域与地质图利用的专题属性, 增加地质图的读者群, 提高区域地质调查成果的经济效益、社会效益和生态效益这一命题中值得探索的重要课题。水土流失与地质背景密切相关, 这一点就决定了从地质调查的角度进行水土流失定量研究具有比农业部门、水利部门更为优越的条件, 可以取得其它部门难以取代的成果或效益。

1 水土流失定量研究的基本原理

土壤侵蚀强度是地壳表层土壤在自然营力和人类活动综合作用下, 单位面积和单位时段内被剥蚀并发生位移的土壤侵蚀量, 以土壤侵蚀模数表示, 或采用单位时段内的土壤侵蚀厚度表示。近年来在进行某省幅1∶5万填图的过程中, 探讨了一种新的水土流失定量化的研究方法, 以定量揭示前震旦浅变质岩与白垩系红层两种主要类型之间的土壤侵蚀差异, 前者是以中元古界双桥山群变质砂岩、板岩为主体的基底岩系, 地貌上为低山丘陵, 植被发育, 宏观上水土流失等级较弱;后者则以白垩系红色、紫红色砂砾岩系为主体, 地貌上多呈丘陵岗地, 植被相对稀少, 岩石多为裸露, 风化剥蚀强烈, 形成“岩漠化”景观, 水土流失呈恶化趋势。

区内水库众多、不同大小或不同类型的水库齐全, 提供了对水土流失进行定量研究的基础。其基本思路与原理是基于一个独立的水库自成封闭系统, 自分水岭流入水库这一汇水面积内, 被洪水或其它地质营力所搬运的泥砂沉积封存在水库内, 仅当洪水漫出堤坝时可能有少量泥砂被带走外, 通常情况下没有流失或其流失量可以忽略不计。其汇水面积 (经简单计算便可知道) 与建库时间均可视为已知, 由此可见, 只需测量出建库以来的泥沙总量即可计算出平均每年单位面积内的水土流失量。

为了便于比较, 通过建造在不同岩类区水库内泥沙总量及其汇水面积的研究, 完全可以求出各自的水土流失速率, 寻求水土流失规律, 有针对性的提供治理决策依据。

2 水土流失定量研究实例

2.1 前震旦纪浅变质岩区

该水库建于1958年, 设计库容小于l0万m3, 集水面积2.7km2。库区植被覆盖度较高, 多为次生的针阔混交林, 对于林地的利用目前有调整林种结构的趋势, 山坡种植的竹林长势良好, 但也有对整面山坡的林草进行过度樵采、整地不规范的现象。库区除库坝为白垩系红层外, 其周缘与底部基岩为中元古代浅变质砂岩与板岩。

泥砂淤积体积:建库时被淹稻田可视为泥砂淤积的底, 在水库枯水季节, 利用库底大部分暴露的有利条件, 用多条横、纵实测剖面与浅井相结合的方法, 将灰黑色稻田土作为底界标记, 测量出各处灰黑色稻田土之上的泥砂淤积厚度, 再运用GIS空间模拟技术计算出淤积泥砂的体积。计算结果V1=11177.57m3。

汇水面积:根据上述基本原理, 通过GIS技术在数字地形图上以分水岭为界, 直接计算出流入水库的汇水面积为S1=2452395.7m2。

根据上述参数, 得到水土流失速率等结果如表l所示。

2.2 白垩纪红层区——以A水库为例

红层区土壤贫瘠, 植被稀薄, 常年岩层裸露, 风化强烈, 又多受人类活动的影响, 目前已经形成了多处岩漠景观, 与浅变质岩区生态景观形成鲜明的对比。特别是暴雨季节洪水混浊, 水土流失极为明显, 响水垄水库就是典型的例证。

A水库建于1957年, 总库容465万m3, 属小型水库 (100～1000万m3) , 集水面积5.8km2。该水库西侧冲沟纵横, 为寸草不生的红色裸地, 类似红色沙漠, 只有零星雪松, 植被稀疏, 且根据灌木砍伐的迹象可推知当地破坏植被现象仍屡禁不止。该水库库区水土流失正向剧烈侵蚀转化。库区基底为中生代红层, 是红、紫红、褐红为主体的一套砂岩、泥岩、砾岩。

由于该水库库区面积较大, 库底尚未完全暴露, 仅选取水库西侧一个小流域作为研究对象, 计算小区域泥沙淤积体积V2及其相应的汇水面积S2, 从而得出建库以来土壤侵蚀速率。

V2的计算:沿冲沟方向实测纵 (1条) 、横剖面 (7条) , 并在相应的位置上测量其沉积物厚度, 通过GIS技术得到:V2=37242m3。

汇水面积S2:则利用GIS, 将地形图数据化输入, 在图上以分水岭为界, 即可计算出汇水面积:S2=353065.4m2。

由此可以得到小区域建库44年以来单位面积内的水土流失厚度、年平均流失厚度、侵蚀模数等 (表1) 分别为V2/S2=105.4819mm;V2/44 S2=2.4 mm;V2/44 S2=2397.3m3/ (km2.a) 。

2.3 全新统早期沉积速率的定量研究

位于A水库东约8km河边, 发育有较完好的全新统剖面。自上而下依次为泥土层、含砾砂泥层与砾石层组成, 总厚约2m, 未见底。于含砾砂泥层底部与顶部相距1m处热释光测年结果分别为11020a, 5150a, 这标志着在5870年内共沉积泥沙厚度为1m, 其沉积速率为0.17mm/a。砾石层扁平面产状等沉积构造表明, 当时的水流方向与现代河流水流方向相同, 也就是说, 河流上游与两侧汇水区为本剖面的物源, 即泥砂供应区。

3 计算结果的对比分析

3.1 自然因素

自然因素主要指气候、地貌、地质、土壤、植被等。

气候因素:降水, 特别是暴雨是水土流失的直接动力, 而温度、湿度、日照等因素通过对植物的生长、植被类型、岩石风化、成土过程和土壤性质等产生一定影响, 间接地影响水土流失的发生发展过程。

地质因素:主要是岩性和新构造运动对土壤侵蚀影响较大。在沟谷切割较深、坡度较陡峻的山区, 土壤侵蚀的对像不是一般的松散土壤, 而是裸露的基岩。在这些区域, 土壤侵蚀的发育必然与岩性有很大关系, 块状坚硬的岩石可以抵抗较大的冲刷。岩石的透水性, 对于降水的渗透、地表径流和地下潜水的形成及其作用有显著影响。张家大库区岩性以浅变质岩为主, 其特性为矿物颗粒较细小, 矿物的风化物多为粘土, 中或细的石英颗粒及其它易溶物质, 变质岩由于硅质成分高, 岩性致密坚硬, 水土流失现像较轻微;响水垄库区红层是中生代红、紫红、褐红色为主体的一套砂岩、泥岩、砾岩, 风化较快, 风化壳厚达15m以上。从而为水土流失提供了物质基础, 易受侵蚀。

土壤因素:土壤是侵蚀作用的主要对象, 因此它的特性, 尤其是透水性、抗蚀性、抗冲性对土壤侵蚀有很大影响。质地疏松并有良好结构的土壤, 透水性强, 不易产生地表径流;而构造坚实的土壤, 则透水性弱, 易产生较大地表径流与冲刷量。根据前人的研究, 发育于变质砂岩、板岩上的红壤, 抗冲指数约达0.7, 水稳性指数在50%～90%之间, 加之受人为破坏影响较少, 植被茂密, 水土保存较好。发育于红层的红壤, 抗冲指数、水稳性指数均较低, 致使植被立地条件差, 林间草被又很少, 每遇雨季, 水土流失严重。

植被因素:有效的植被覆盖是保持水土的必要条件。植被覆盖度达到50%, 侵蚀量可以减少70%, 而植被覆盖率在30%以下的地区, 侵蚀模数可以高达数千吨级。区内森林植被按岩石地层单元出现明显的分异现象。浅变质岩区植被覆盖率高, 近年遭到严重破坏, 且大多为次生林和人工林。响水垄红层区在脆弱的生态环境下又因受不合理的人类活动影响, 过度砍伐, 导致植被稀薄, 土壤表层失去了植被的蓄水保土作用, 土壤贫瘠, 残留植被难以生长, 植被退化, 影响小气候, 使水土流失加剧。

3.2 社会因素

人类引起水土流失加剧的作用是不可低估的, 与地质营力相比, 其危害性有上升的趋势。按其方式可分为直接和间接作用两种。直接作用表现为: (1) 资源开发和基本建设工程的影响。开矿、修路、水利、建房等工程建设的废土弃渣未及时处理。如矿山开采、修路等使得大量固体物体剥离原地而被搬运堆积于异处; (2) 不科学的耕作方式。人类的耕作能快速扰乱土壤现代性质, 如打破空隙连续性, 降低有机炭、氮含量及稳定性团聚体数量等, 改变了地表物质的结构, 对边坡的破坏增加了不稳定因素, 使得水土流失严重。间接作用主要是人类破坏地表原始植被, 响水垄红层分布区水土流失加剧的主因之一是植被人为破坏, 导致基岩裸露, 加速水土流失的发生发展;表层土的开垦和耕种, 进一步加速水土流失, 特别是无保护措施的坡耕地, 在夏季暴雨径流的冲刷下, 使大量地表土壤物质从丘体上部侵蚀流失。同时, 植被破坏使得生态环境遭到破坏, 进一步加速了水土流失进程。

综上分析认为:水土流失是自然因素和社会因素综合作用的结果。自然因素是水土流失发生发展的潜在条件, 浅变质岩区剥蚀速率之所以呈减小的趋势, 除了岩性的差异之外, 其植被所作的贡献是不可低估的。另一方面不合理的人类活动是造成水土流失加剧的重要因素。

4 结语

水土流失现状的调查, 其具体内容与实施方案可以参照相关行业标准, 从其考虑的地学因子 (植被覆盖度、坡度、岩性、土地利用类型和气候带) 分析来看, 区域地质调查工作者在经过短期的训练后即可胜任。建议有关部门在条件允许时, 在区域地质调查中增加相关内容的调查。这无疑是遏制“耕地、能源和水等资源的制约将更加突出, 生态环境面临的压力还将加剧”的重要措施之一。

区域性水土流失 篇2

关键词：区域发展；水土保持；效益评价；指标体系；方法分析

1.前言：当前随着区域经济的可持续发展，水利工程建设越来越重要，但是在水土保持效益评价指标体系建设上却存在着一定的差异，并未有一个规范、科学的标准框架体系，而且在评价方法的选择上也是仁者见仁、智者见智。所以笔者试结合多年来的实践工作经验，就区域水土保持效益评价指标体系的构建以及评价方法的选择应用方面，谈些粗浅的认识。

2.区域水土保持效益评价指标体系与评价方法分析

2.1区域水土保持效益评价指标体系

2.1.1效益评价指标构建的指导思想。加强区域水土保持效益评价指标体系建设，应当在指导思想上明确以下的原则：一是指标体系的建设要与水土保持专业知识相一致，并且能够准确地分析水土流失产生的原因并加以及时地应对和防治；二是可以使用数字准确地说明水土保持的各项指标，特别是治理之后产生的结果和作用；三是效益评价指标体系中的各项数据要确保真实准确，没有重复更不缺项，需要获取的相关信息资料能够及时完整地提供；四是在效益评价指标体系建设上，应当充分结合评价的总体目标和具体要求，运用同分析评价需求相吻合的各个指标数据；五是要突破狭隘的区域保护观念，在效益评价指标体系的构建上尽量具有共性，可以适应很多地区，只不过一些指标的数值可以因区域水土保持的具体要求存在一定的变化性。

2.1.2效益评价指标确定的主要方式。在效益评价指标的选择上，一般应当遵循以下几种方法：一是定量推理方法，主要是依据区域经济、社会、生态、文化等方面的发展情况，结合水土保持基本知识，运用定量分析的原则，针对需要评价分析的总体要求，研究确定出符合区域水土保持需要的指标体系；二是专家评审方法，主要是成立专家委员会，结合区域水土保持的客观实际，运用专业知识确定效益评价指标体系；三是资料查阅方法，主要是查阅有关的文献资料，利用在这些资料中涉及评价指标的利用次数，选择使用次数最多的指标构建效益评价指标体系；四是贡献分析方法，主要是依托已经确定的各项指标，选择其中对水土保持成绩超过85%的数据进行分析，确定重要的指标依据，不过在拟分析研究的指标数量上一般要求比较高。

2.2区域水土保持效益评价方法

对水土保持效益进行评价，主要是依托效益指标数值测算的前提下，科学地分析相关影响因素的基本特点、主要原因，并且对水土流失法治的措施和效果情况进行评价。

2.2.1测算水土保持总体效益情况。水土流失是水土保持质量的重点内容，目前加强水土流失的防治治理已经成为了一项重要任务。对水土保持效益情况进行测算目前应用的效果非常好，具体测算过程中通常有两种方式：一种是分析判断水土保持情况，也就是水保测算的方法，主要是对检验水土保持各项举措的实际效果情况，利用冲淤的影响和水土流失防治过程中侵蚀土壤增加的数量，对水土的保有数量进行测算，同时初步评价降低下游淤泥的主要情况，这种方法可以科学地分析评价水土保持举措在水土流失上的效果情况，而且能够准确地预判水和沙石变化的态势，只不过对农作物遮盖等情况在水土保持方面的作用没有考量。 目前在水土保持各种措施不断发展的客观形势下，很多专业人员往往在评价水土保持效益的时候，综合地运用这两种测算方法。

2.2.2测算水土保持的经济效益情况。综合分析评价水土保持的经济效益，是效益评价指标体系的重要内容，也是做好水土保持工作的重要目标。在测算经济效益方法选择的时候，通常要划分直接带来的經济效益和间接产生的经济效益，而且使用数值来对投资和回报率进行表示，所以目前应用成本费用或价值分析比对的方法非常普遍。测算直接效益，一般需要考虑基础设施建设在单位面积上的费用支出情况、年均实现的产量增加值情况、资金投入回报期间情况、完全达产达效之后的几年时间每年实现的产量增加值情况。而测算间接效益，主要是析离劳动力成本以及土地使用效果中的不科学部分，综合评价水土流失防治过程中对于经济社会发展所带来的良性影响。

2.2.3测算水土保持的其他效益情况。一方面要科学地测算评价水土保持的社会效益，看是否能在降低灾害事故的发生率以及社会整体发展上起到积极的推动作用，通常是通过统计分析的方式来进行，并且选择社会影响因素比较接近、水土保持效果有所差异的类似区域作为参照物，再就是在水土保持防治之前和之后两个阶段进行比较分析，科学地选择水保测算或者水文测算的方法，通过对其测算结果进行比对，评价社会效益的总体情况。

另一方面要对水土保持的环境效益情况进行测算评价，这种方法主要是检验水土保持的各项措施是否严重地影响或者破坏了生态环境，通常也是基于水土保持措施利用之前和之后两个阶段的相关信息数据加以比较分析，以此评价水土保持的生态环境效益情况。对生态环境效益进行评价，主要是采取计算分析生态环境影响数值降低多少的办法，通常比较简便，使用范围也非常广，不过也由于太简单，有一些效益评价指标一旦在空间上出现了较大的变化，则不能科学地评价出来。所以近年来通常使用地理信息技术或者卫星遥感仪器制图来增加动态跟踪时间或者空间状态下数值变化的客观情况，提高水土保持效益评价的科学性。

结束语：近年来，随着各地经济的不断发展，区域水土保持工作开展的非常不错，而且取得了明显的效果，所以在水土保持效益评价指标体系的构建和评价方法的选择上，目前理论研究也在逐渐增加，并且从最初的简单测算水土保持效益情况，演变成了全面地分析评价水土保持在经济、社会、生态以及人居环境等各方面的促进作用。同时，随着水土保持效益评价工作的开展，行业主管部门也在日益健全完善效益评价的各项规范标准，探索推出全新的评价技术方法，区域水土保持效益评价正逐步迈入科学化、规范化、制度化的轨道。

参考文献

[1]王琦、杨勤科.区域水土保持效益评价指标体系及评价方法研究[J].水土保持研究.2010（2）.

区域性水土流失 篇3

关键词：安置区域,生态系统,水土保持

1 水土流失特点及原因概述

水土流失现象的出现与人类生产、开发活动密不可分。关于本文所提到的水利事业, 通常情况下, 水利水电工程建设一般都位于较为偏僻的峡谷区域内, 因为在这种地界环境内, 人类生产、开发、经营等相关活动相对比较少, 并且区域内原始地貌保存的也相对比较完整, 尤其是所选区域内植被、自然生态系统, 基本都比较稳定。在一项水利水电工程规划期间, 也就是在施工建设前期, 首要解决的问题就是移民迁建工作, 为了能够更好的安置移民, 必须在安置区内进行房屋建设, 并采取相应的措施来对库区周围交通予以恢复, 以及居民安置区周边相关基础配套设施建设等。在这种情况下, 由于要开挖与动工, 区域内水土、地质在被扰动和碾压下, 势必会破坏原地表植被生物, 进而造成大量的弃土弃渣。

除此之外, 在当地居民搬迁安置过程中, 由于大多数民众基本都是背井离乡, 所以所涉及到的移民心态也是非常特殊的, 同时还包括环保以水资源保护意识, 很多情况下这些生态意识都比较淡薄。与此同时, 在移民安置后续中, 很多居民为了生存, 需要开垦大量的耕地, 从而又会相继导致新的水土流失。

在生态系统遭受破坏这个问题上, 很多情况下由于移民前期工作准备的不够充分, 所以居民安置区域的选址也相应缺乏科学合理性, 比如, 安置区域内环境容量分析论证不足, 安置人口数量超过了移民最大环境容量等, 这种情况下势必会导致安置区人口密度过大, 环境压力不断加重, 人均资源量急剧下降, 最终形成一种恶性循环, 人们对于资源的掠夺与开发, 新一轮的水土流失、资源枯竭问题重复出现。

2 移民安置区域内生态系统保护与水土保持工作

以海南省大隆水利枢纽工程为例, 该水利水电工程位于我国海南三亚市的西部地区, 处在当地宁远河河流的中下流域。为了能够进一步促进海南地区社会经济 (工业、农业) 的全面发展, 国家及海南水利部门积极投资建设了大隆水利枢纽工程。在这一部分内容重点以大隆水利工程项目在建设前期的安置移民问题。该水利项目共淹没了两个镇, 四个农场, 涉及到了六个村委会, 十九个村民小组, 共计六百九十一户三千三百七十一人。在居民房屋及财产损失上, 包括集体/个人房屋共59128平方米, 土地1593公顷, 耕地130公顷, 园地400公顷, 林地442公顷, 水域161公顷。

此次工程共牵扯到了3371人的安置情况, 不仅是对当地村民本身, 如果在安置过程中, 对区域内相关土地开垦与开发利用管理不当, 很多可能造成较为严重的水土流失以及生态环境破坏问题。基于这种状况, 管理工作部门变害为利, 科学合理地控制安置区域内的水土流失。不断坚持着以人为本、科学发展观的指导思想, 将生态文明理念贯彻到整个工程项目建设、安置移民管理工作当中来。当地管理部门做好了组织和制度保障, 建立健全了水利水电工程移民水土保持行政管理体制, 包括在移民安置水土保持监管层面、监理层面、监测层面、评价层面、验收制度等方面, 最大限度的确保了移民安置水土保持有法可依、有章可循。

在具体实施上, 结合着安置区域内地形地貌等基本条件, 来进行综合分析, 比如, 该区域地势多起伏变化较大, 山高坡陡, 如果在此来开挖, 势必不可避免造成大量的弃石弃土产生, 不仅造成水土资源的直接浪费, 并且还会严重破坏区域内的生态系统环境。因此, 在安置移民工作中, 主要坚持将移民迁建与水土保持相结合, 成立专门巡查小组进行监管, 严禁村民在陡坡上开垦或者大面积破坏林草植被。加快移民工程的科学规划进度, 在移民工程中以建筑物开挖而形成的新的地表创面, 要在第一时间种植树木草等植被, 实现以点带面, 以面带片, 进而全面推动山、水周边绿化带体系的搭建。

管理部门要统一加强村民的生态意识与环境保护意识, 要让大家真正认识到水土流失保持与生态环境平衡的重要性, 以及水土大量流失与生态环境破坏后可能出现问题的严重性。因此, 需要积极为安置移民探寻并发展一条高效生态农业产业模式。比如, 在陡坡地上, 可以发展一下低强度耕作措施的种植业, 包括像茶叶、芒果、荔枝、槟榔等果品。对于坡度在25°以上的敏感地带, 应该全面禁止垦殖, 并加大对人工造林的建设与养护力度, 重点以混交林为主。除此之外, 所能涉及到的安置移民区农业生产、居民生活等相关配套设施的建设, 要坚持统筹规划与设计, 包括像山、水、田、林、路、塘、渠等, 尽可能做到拦水有坝、引水有渠、排水有沟、蓄水有池, 以及烧火有沼气等。

参考文献

[1]王冬.水土保持补偿费计列方法探讨[J].亚热带水土保持, 2013 (03) .

[2]邓经川, 杨庆媛, 藏波, 孙宇毅.县域农村土地整理社会效益评价研究——以重庆市云阳县为例[J].西南农业大学学报:社会科学版, 2013 (04) .

区域性水土流失 篇4

近些年来,通信、计算机、自动化等技术取得了突飞猛进的发展,电子式互感器、光学互感器、智能一次设备等相继研发成功,IEC 61850规约和统一建模的逐渐推广和完善,使得站内消息的获取、共享和互操作技术日益成熟。现有保护与控制技术已经从站域层面向区域层面扩展,实现了基于变电站的区域电网信息共享的保护控制策略,利用电网多维信息来进一步完善和提升继电保护性能、优化控制策略,使电网逐渐呈现出自愈、兼容、集成、优化等智能新特征[2,3,4,5,6],这些技术的发展给变电站二次直流失电的判别及其相应保护策略的研究带来了新的契机。

1 区域保护控制系统简介

以变电站为对象,按照分层分布的原则来配置整个区域保护控制系统[7,8,9,10],一般选择由几个变电站构成的小型区域电网、配置一个区域控制中心系统、若干个站域保护与控制系统组成,其具体配置方法为:在区域电网的每个变电站布置区域保护控制子站,子站为面向变电站的集中式保护,其保护功能包含全线速动的线路纵联保护、主变差动保护及母线差动保护、断路器失灵保护等,实现保护的冗余和优化,完成并提升变电站层面的保护功能;在任意一个变电站布置区域保护控制主站,对整个区域系统内的电网运行信息进行采集、处理和最终决策,与区域保护控制子站协调完成区域范围内的控制保护功能。

针对常规变电站,可以使用合智一体装置将各变电站内各个主变、各条线路的电压、电流及开关量等信息转化为数字量,通过采样值(SV)和面向通用对象的变电站事件(GOOSE)方式传输给区域保护主站、子站装置,并接受主站、子站装置发出的GOOSE命令进行控制。针对智能化变电站,可以将区域保护主站、子站装置直接接入过程层网络,直接得到相关SV和GOOSE信息,并输出跳闸及相关信号;主站与子站之间、子站与子站之间通过区域过程层通信网相互连通,协调完成某一区域电网内的所有保护与控制功能,其总的系统架构如图1所示。相对成熟的区域保护控制系统为变电站二次直流失电的判别以及相应保护策略的研究奠定了良好的基础。

2 变电站二次直流失电的判别

根据变电站二次设计规范要求,保护二次直流电源和通信电源回路需独立设计,由此可知当保护二次直流电源回路失电时,通信电源回路仍然正常,故可以将保护二次直流电源失电信号通过测控装置和通信装置传送到对侧变电站,以此为切入点进行变电站保护系统二次直流失电的判别,其具体判别方法如下:

(1)将变电站保护系统二次直流电源失电告警接点引入到通信小室测控装置(由通信电源供电)的I/O(开入/开出)的开入,然后把MSTP(基于SDH的多业务传送平台)设备的通信带宽分为独立的保护带宽和测控带宽,保护带宽传送保护信息,测控带宽传送测控设备接入的失电开入信息。

(2)接收端变电站子站装置实时检测接收到的对侧信息,通过比较保护带宽和测控带宽的信息,准确区分是对侧变电站二次直流电源丢失,还是保护装置本身故障,或是通信回路故障,从而实时给出对侧变电站的二次直流电源是否丢失的判断。

以图2所示4个变电站的系统为例进行说明,共有A、B、D 3个变电站与C变电站相连,每个变电站均配置1台区域保护控制子站,同时在A站配置1台区域保护控制主站。

以A站、C站为例进行变电站内的接线说明,其他变电站的接线及逻辑判断均相同。假设C站发生保护系统二次直流电源丢失,将C站保护直流电源屏的直流电源丢失告警接点(失电接点)接入到通信小室测控装置的I/O开入,测控装置通过通信带宽将失电信息经光纤传送到对侧A站,同时C站子站装置通过保护带宽将保护信息经光纤也传送到对侧A站,其站内接线如图3所示。

A站子站装置同时接收对侧C站来的保护信息和失电信息,通过综合分析比较,实时给出对侧C变电站的二次直流电源是否丢失的判断。判断依据如下:

(1)测控带宽数据接收正常且收到对侧失电信息,同时保护带宽数据接收中断,判断为对侧保护系统二次直流电源丢失;

(2)测控带宽和保护带宽数据接收均中断,判断为通信回路故障;

(3)测控带宽数据接收正常且未收到对侧失电信息,保护带宽数据接收中断,判断为对侧保护装置故障或者保护装置通信接口故障;

(4)测控带宽数据接收中断,保护带宽数据接收正常,判断为对侧测控装置故障或者测控装置通信接口故障。

A站子站装置判别出C站保护系统二次直流失电后,将此状态通过区域过程层通信网传送至A站的主站装置。B站、D站处理方式与A站类似,主站装置根据接收到的A、B、D 3个变电站的信息进行变电站直流电源丢失的综合判断,以增强判断的可靠性,从而减少误判几率,其判别逻辑如图4所示。

综上可见,当变电站保护二次直流失电时,借助于独立电源的测控和通信回路将失电信息传送到远端变电站,由主站装置和子站装置协作实现了变电站保护系统二次直流失电的远端判断,为远端变电站后续研发新的保护和测控策略,从而为实现快速隔离故障提供了条件。

3 基于变电站二次直流失电的区域距离保护

区域距离保护系统依附于区域保护控制系统,其一般选择由几个变电站构成的小型区域电网为对象进行配置,以图2所示的系统为例,当C站发生保护系统二次直流失电后,C站以及与之相连的AC线、BC线、CD线为C站失电区域(即图2中虚线椭圆所围区域,也即CB1、CB3、CB5开关所围区域,CB指断路器)。主站在判别出C站失电后,以C站失电区域为保护对象,以相邻的A、B、D子站信息构建区域距离保护系统。

在每个保护子站装置中配置区域距离保护元件,该元件为方向距离继电器,按照包含下一级线路全长或者包含对侧变电站主变低压侧原则整定,若判断故障点在方向距离继电器阻抗范围内,则将动作信息上送给主站装置。如图2中AC线的F1点发生故障,A子站的CB1、B子站的CB3、D子站的CB5处的方向距离继电器均可感受到阻抗元件动作,并将动作信息上送给主站。

主站装置根据区域电网网络拓扑,接收到与失电的C站有联系的A、B、D子站的区域距离元件均动作,则认为C站失电区域内发生故障,结合C站保护直流失电状态,经整定延时确认后,主站区域距离保护动作,分别发跳闸命令给A、B、D子站,A、B、D子站收到主站发来的跳闸命令,分别跳开CB1、CB3、CB5开关,完成故障的快速隔离。若某个子站的线路开关在分位,假设图2中B子站的CB3开关在分位,在C站失电区域内发生故障时,CB3处感受不到故障电流,其区域距离元件不会动作,将导致主站区域距离保护拒动,故对于开关分位状态,等同于子站的方向距离继电器阻抗元件。主站区域距离保护逻辑如图5所示。

4 RTDS仿真试验

为了考核区域距离保护在变电站保护二次直流失电且失电区域内发生各种故障情况下的动作行为,搭建了如图6所示的RTDS试验仿真系统,采用典型的双端电源供电试验系统,其中在A站配置1台区域保护主站以及1台区域保护子站、B站和C站分别配置1台区域保护子站。

RTDS测试系统连接关系如图7所示,其中区域过程层通信网将保护带宽和测控带宽相互独立配置,模拟B站发生变电站直流失电,即B站直流失电接点动作且B站区域保护控制子站装置无法运行。

试验系统共设置F1至F5共5个故障点,其中线路上的故障点F1和F3的故障距离可以灵活控制。试验时,子站A和子站C区域距离元件按照包含下一级线路全长整定。重点进行了如下试验:

(1)线路AB上F1发生各种故障时保护的动作考核;

(2)线路BC上F3发生各种故障时保护的动作考核;

(3)B站母线F2发生故障时保护的动作考核;

(4)A站母线F4发生故障时保护的动作考核;

(5)C站母线F5发生故障时保护的动作考核。

试验结果如表1所示,结果表明:当变电站保护二次直流失电且发生失电区域内系统故障时,文中提出的区域距离保护将快速、可靠地将故障隔离,不再单纯依赖于传统长延时的远后备保护,而发生失电区域外系统故障时,区域距离保护不会误动,从而提升了区域电网整体的保护性能以及整个系统的供电可靠性。

5 结束语

基于分层分布原则的区域保护控制系统总体架构及具体构建方式,针对变电站保护系统二次直流失电时发生失电区域内系统故障时无法快速切除的问题,提出了一种实现变电站保护系统二次直流失电的有效判别方法,并提出了区域距离保护的整体方案。借助于独立电源的测控装置和通信回路,实现了变电站保护系统二次直流失电的有效判别,以该变电站失电区域为保护对象构建的区域距离保护,可快速识别和隔离区内故障,保障了区域电网的安全稳定运行。文中提出的基于变电站二次直流失电的的区域距离保护系统已在国内某区域电网中投入实际应用,运行稳定。

参考文献

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区域性水土流失 篇5

关键词：耦合协调度,水土资源,经济增长,协调发展

1 引言

辽宁省位于中国东北地区的南部,是东北经济区和环渤海经济区的重要结合部。作为东北地区唯一临海的省份,辽宁省拥有良好的重工业基础,在东北地区具有突出地位。改革开放以来,辽宁省总体经济发展迅速。以1978年为例,辽宁省国内生产总值为229. 2亿元,到1989年已突破1000亿大关,达到1003. 8亿元。进入20世纪90年代,辽宁省的经济增速达到平均每年8. 63% 的速度[1]。从2000年开始,在“振兴东北老工业基地”战略和 《辽宁沿海经济带发展规划》的政策支持下,除了2001年外均以两位数增长,近五年内更是平均以11. 16% 的高速增长[1],高于同期全国的国内生产总值平均增速。但城市化进程的加快和人口的不断增长,使水土资源问题日益凸显。据统计,全省水资源总量( 地表径流量与降水入渗补给量之和) 多年平均值342亿m3,人均占有水资源总量仅为全国的1 /3,是北方严重缺水省份之一。全年降雨分布不均,在空间上呈东部多、西部少的特点。据辽宁省2007年度土地利用现状变更调查统计,辽宁省陆域土地面积14. 81万km2。其中,农用地1123. 0万hm2,比2006年度净减少了27. 9万hm2; 建设用地139. 1万hm2, 比2006年度净增加了1. 2万hm2; 未利用土地218. 5万hm2,比2006年度净减少了1. 0万hm2。从以上数据可见,在经济增长的同时,水土资源的有限性和稀缺性逐渐显现出来。在这种背景下,研究水土资源与辽宁省社会经济发展的耦合协调问题,深入探讨经济发展与水土资源的胁迫响应机制具有十分重要的现实意义。

对协调发展的研究,国内外学者已取得了大量的成果。如Norgaad提出了协调发展理论,认为通过反馈循环在社会与生态系统之间可实现共同发展[2,3]; Grossman、Krueger提出了“环境库兹涅茨曲线 ( EKC ) ”理论[4]; 刘耀彬、宋超山、赵月望等研究了城市化与资源环境的相互影响关系[5,6,7,8]; 杨梅焕、王辉、赵安周等研究了区域经济发展与环境协调关系[9,10,11]; 刘艳军、刘静、 何翠等结合耦合度与响应度研究了区域开发强度与资源环境水平的耦合关系演化[12]; 王滨利用耦合协调度与耦合协调对比关系分析了黑龙港地区水土资源经济系统的耦合协调关系[13,14]。学者们不断地通过建立耦合协调度的指标体系,其中吴玉鸣等通过定量化计算刻画协调发展程度的指标数值来判断协调度的大小[15], 以揭示各种系统之间耦合关系的演变规律并加以分析其影响因素。

本文针对辽宁省水资源短缺、土地资源有限和水土资源供需矛盾突出的实际情况,研究区内水土资源供需平衡关系,利用熵值赋权法和系统耦合理论,对2001—2012年间经济增长与水土资源的耦合协调程度进行评价。在此基础上,运用脉冲响应函数模拟进一步探讨了水土资源约束下社会经济发展与水土资源的胁迫响应机制,从而为区域水土资源可持续发展提供理论和技术支持。

2 理论模型与方法

2. 1 耦合协调作用及响应原理

区域经济、水资源与土地资源组成的系统是一个具有高度复杂性、不确定性、多层次的开放系统,在一定的时空内,耦合形成一个多层次的区域复合系统,而构成该系统的各要素之间存在着多重关联,相互依存、相互作用,既相互促进又相互制约,协同演化[16]。因此,可利用系统耦合理论和协同理论,构建耦合协调度指标体系和耦合协同模型,研究区域水土资源经济系统内部各要素的关联性和变化协同性[14]。但系统耦合协调作用却不能判断变量之间具体是什么样的关系,所以本文用脉冲响应函数分析来解决,脉冲响应函数分析能为我们描述变量间是如何发生影响的[17]。

2. 2 耦合协调度指标体系、模型和方法

指标体系的建立: 本文在兼顾区域代表性、基础性、 数据可获得性等原则的基础上,结合辽宁省的实际情况,根据水土资源经济系统耦合协调作用的原理,构建了耦合协调度指标体系,指标见表1。

注: 数据来源于 2002—2013 年《辽宁省统计年鉴》,并对社会经济数 据按照可比价格指数进行调整; 水土资源的部分数据来源于 2002—2013 年《辽宁省年鉴》和《辽宁省水资源公报》。

耦合协调度模型和计算方法: 由于数据的数量级以及量纲的不同会造成计算不便,故采用极差标准化方法对原始数据进行标准化处理[18],x'ij、y'ij、z'ij分别为描述经济水资源和土地资源特征的指标,且均为无量纲化值, 公式为:

式中,xij为第i年j项指标值,x'ij为标准化后的指标值,max( xj) 为第j项指标最大值,min( xj) 为第j项指标最小值。当指标值越大对系统发展越有利时,采用正向指标计算式进行处理; 指标值越小对系统发展越好时, 则采用负向指标计算式进行处理[18],y'ij和z'ij的处理类推。系统内各序参量( 即各子系统) 有序程度的总贡献利用下式计算:

上式分别表示区域经济、水资源和土地资源综合评价函数。式中,ai、bi、ck分别表示权重各指标、各指标权重的赋值,采用熵值赋权法[19]计算得出,计算结果见表1。借鉴物理学中的容量耦合系数模型,推广得到多系统( 或要素) 相互作用耦合度模型[17]。即是各子系统综合评价的函数。本耦合系统中包括区域社会经济、区域水资源和土地资源三个子系统[13]。即m = 3, 则系统耦合度计算为:

耦合度不能反映协调发展水平的高低,因此仍需要进一步利用耦合协调度来表示子系统之间相互作用耦合程度的 大小,其计算公 式为[20]:。式中,C为耦合度,D为耦合协调度,T为区域水资源、土地资源和区域社会经济综合协调指数,α、β、γ 为子系统贡献度待定系数[13]。 选择区域社会经济、水资源、土地资源三个子系统的贡献度待定系数分别为: α = 0. 25、β = 0. 4、γ = 0. 35。为了进一步揭示以上三个子系统协调发展的程度,采用廖重斌的研究,对系统进行耦合协调度类型划分[21],具体划分见表2。

2. 3 区域经济发展过程中水土资源消耗响应模型

本研究采用EViews 6. 0软件和ADF检验法对相关数据进行单位根检验。在此基础上,采用AEG方法进行检验,即先做变量之间的回归,然后检验回归残差的平稳性。如果残差序列平稳,则表明两变量之间存在协整关系,否则不存在协整关系[22]。对变量间的协整分析只能说明它们之间是否存在长期的均衡关系,并没有表现出一个变量的变动对整个系统的影响,以及各变量对这些影响的综合反应[22]。而脉冲响应函数就是指在向量自回归( VAR) 模型中,在扰动项上加一个标准差大小的冲击,通过变量之间的动态联系对变量的当前值和未来值所 带来的影 响进行分 析[23]。对任何一 个VAR模型都可表示为一个无限阶的向量MA过程,因此其脉冲响应函数可表示为[24]:

式中,Yt + s为指标向量; Ut为误差项; Ψs为脉冲向量; L、K和T为常数项。以区域经济发展水平为自变量,对其扰动追加一个新信息,通过脉冲响应函数的模拟可观察到对应的人均资源消耗的响应情况[24]。

3 研究结果

3. 1 系统耦合效应分析

本文利用式( 1) —( 3) ,计算出辽宁省经济、水资源与土地资源的综合评价函数f( x) 、g( y) 、h( z)[16],以及水土资源经济系统耦合度C、水土资源经济系统耦合度综合评价指数T、耦合协调度D,结果见图1、2。

综合评价指数分析: 由图1得出以下结论,2001— 2005年社会经济综合评价指数增长缓慢,波动较小; 2006—2012年经济综合评价指数呈稳步增长趋势,增长幅度较大。水资源和土地资源的综合评价指数虽然总体趋势是上升的,但波动较大。可分为: 2001—2004年水土资源评价指数呈上升趋势,该时期由于经济发展水平较低,对水土资源的开发利用不高,所以系统的综合协调指数处在低水平上升阶段; 2004—2007年经济发展速度明显加快,对水土资源的开发较粗放,导致综合协调指数的下降。

耦合度及耦合协调度分析: 由图2得出以下结论: 2001—2012年辽宁省社会经济—水资源—土地资源系统间耦合度较低,整体呈上升趋势,但上升幅度较小; 2002年以后,耦合度增长速度非常缓慢,从数值的区间上来看,一直处于0. 30—0. 33之间,波动幅度较小。但耦合协调度D能反映系统协调发展水平的高低,耦合协调度处于0. 27—0. 50之间,呈整体上升趋势,但协调发展度轨迹在2005—2012年存在波动。耦合协调度在2003年之后开始大于耦合度,耦合协调类型由2001年的中度失调衰退类上升为2012年的勉强协调发展类。

3. 2 系统耦合协调对比关系分析

进一步分析区域水资源、土地资源和社会经济三个子系统之间对比关系,即对各子系统的评价值进行两两比对[13],利用下式计算子系统贡献度的对比系数[21]:

综合参考已有的研究成果,按照子系统对比系数, 划分子系统的关系类型见表3[13]。

根据式( 5) ,本文分别计算区域水资源、土地资源和社会经济三个子系统之间的对比系数,结果绘制见图3。

由区域水资源与区域社会经济耦合协调对比关系可知,该对比关系可分为两个阶段: 2001—2006年,区域水资源子系统的贡献值大于社会经济子系统,表明时间段内水资源供给充足,区域经济相对水资源而言发展滞缓,其中2004年达到最大值2. 448,属于水资源特别充足型经济发展模式。随着经济的快速发展,对水资源的需求量不断增加。2006年以后,除了2010年区域水资源子系统的贡献值大于社会经济子系统外,其他年份贡献值虽然有所波动,但是区域水资源子系统的贡献值小于社会经济子系统,表明区内的水资源条件滞后于社会经济的发展。2009年贡献值达到最低点0. 606,属于水资源严重受损型经济发展模式,说明区域在发展经济时对水资源的利用属于粗放型,水资源的利用率较低。

由区域土地资源与社会经济耦合协调对比关系可知,土地资源开发与社会经济发展相对均衡,只有2001年土地资源与社会经济耦合协调对比系数小于0. 6,属于土地资源开发严重型经济发展模式,而其他时间大部分都属于土地资源适度—均衡型经济发展模式。

由区域水资源与土地资源耦合协调对比关系可知,辽宁省水资源条 件与土地资 源开发极不 均衡。 以2006年为界,2001—2006年区域水资 源子系统的贡献值大于土地资源子系统,2007—2012年区域土地资源子系统的贡献值大于水资源子系统,总体上呈下降趋势,呈水资源严重受损型土地利用模式, 说明现有的土地资源开发利用是以过度消耗水资源为代价的。长期来看,区域的水资源利用不可持续, 必须改变土地资源的开发方式,从而实现区域水资源环境与土地资源开发相协调。

3. 3 系统的响应分析

在协整检验的基础上,并选取2001—2012年的人均GDP、人均供水量和人均耕地量指标,分别建立人均GDP与人均供水量和人均耕地量之间的VAR模型进行脉冲响应分析,见图4。

如图4a是人均供水量对人均GDP变动的响应情况,经济水平的提高对人均供水量的冲击效果具有波动性,在前四期出现正的冲击效果之后转为负值,并且冲击变化不大,直到第九期完成一个周期。经济含义是GDP的增长在前期会以大量消耗水资源和不合理的利用水资源为代价,但随着经济的发展和技术水平的提高,会提高水资源的利用效率,减轻水资源的限制作用。 在分析期内,2003年人均供水量比2001年减少了约2. 3m3,而人均GDP共增加了0. 27万元; 2012年人均供水量则比2001年增加了约24. 4m3,而人均GDP仅增加了3. 04万元,因此经济发展水平的不同阶段对水资源的影响方式也不同。从图4b人均耕地量对经济变动的响应情况来看,在前四期基本没有形成冲击,从第五期开始出现负的冲击效果,到第七期响应值变成正值,之后又下降为负值,在0轴上下波动,并且波动幅度逐渐增强,说明随着经济的发展,耕地量与经济之间的动态效应日趋增加。因为在经济发展初期,主要以粗放型的发展模式,第二、三产业的发展是以耕地资源的减少为代价的,引发耕地资源的大量消耗。当经济增长给耕地资源带来正向冲击时,反映了土地的使用更加集约化, 在一定程度上减少了耕地资源的消耗。1996—2009年辽宁省耕地、牧草地和未利用土地面积减少,其中未利用地面积减少幅度最大,林地、城市建设用地和水域用地面积增加[25]。王海涛等通过对辽宁土地利用结构现状的分析,得出各地区土地资源利用的共同点是: 耕地面积呈下降趋势,建设用地占比逐年上升,土地利用程度较高, 特别是城市化越高的地区土地利用程度越高[26]。在耕地红线的限制下,对耕地后备资源或未利用土地的开发必定要求高效集约化。

4 结论与启示

本文使用辽宁省2001—2012年的水土资源和相关经济数据,在区域社会经济发展与资源环境之间耦合协调发展的理论基础上,应用耦合协调度数学模型及其计算方法对区域经济—水资源—土地资源系统的耦合协调度进行了实证研究,在此基础上,基于VAR模型使用脉冲响应函数对耕地量和供水量与经济发展之间的短期动态关系进行了分析。

辽宁省经济发展与水土资源的耦合协调度总体呈上升趋势,但仍属于过渡区间的勉强协调发展类型。水资源利用、土地资源开发和社会经济发展之间还存在着很大的耦合协调空间,系统之间的不均衡现象较严重, 水土资源对耦合协调度进一步提高的制约作用日益凸显。其中,经济发展过程中对水资源的过度开发、三产用水结构失衡、用水效率低下以及水质污染问题已使水资源的短缺日趋明显。随着经济社会的发展,城市化进程不断推进,引起了农业结构的调整等变化; 辽宁省林地、城市建设用地和水域用地面积增加,也导致了其他利用类型土地面积的减少[25]。实际情况是: 辽宁省的耕地后备资源严重不足,但同时还需保证农业用地和建设用地,所以导致两者之间的矛盾日趋尖锐。其主要原因是: 辽宁省的经济发展结构不合理,只注重数量的扩张,而忽视了质量的提高,以粗放掠夺自然资源为代价来发展经济。