黃土高原多沙粗沙區(qū)淤地壩系空間布局優(yōu)化研究——以西莊流域?yàn)槔?pdf

1、黃土高原特別是多沙粗沙區(qū)的水土流失為當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活帶來(lái)了嚴(yán)重影響，也是造成黃河下游河床抬高的主要原因。淤地壩作為一項(xiàng)能夠攔截泥沙、淤地生產(chǎn)的水土保持工程措施，受到國(guó)家及黃土高原地區(qū)人民的重視并得到廣泛應(yīng)用。但在淤地壩建設(shè)過(guò)程中也存在著壩系空間布局不合理、單壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、管護(hù)不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。其中，壩系的空間布局是否合理直接影響著壩系的效益發(fā)揮和資金的投入，因此壩系空間布局問(wèn)題尤為重要。 壩系的空間布局包括壩系中不同規(guī)模壩的壩址、

2、壩高以及數(shù)量配置比例，是壩系規(guī)劃的一部分。本文在回顧淤地壩的產(chǎn)生與發(fā)展、淤地壩相關(guān)研究和壩系空間布局及優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，利用地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行空間分析，改進(jìn)現(xiàn)有模型并利用數(shù)學(xué)建模軟件對(duì)所選壩址進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的數(shù)量配置比例及最優(yōu)壩高。目的是試圖探索出一個(gè)能直觀、快捷的選取淤地壩壩址的技術(shù)方法并驗(yàn)證改進(jìn)模型的有效性。 在研究中，首先利用ArcGIS軟件的多個(gè)擴(kuò)展模塊及第三方工具(xtools)提取研究區(qū)(西莊流域)的相關(guān)數(shù)據(jù)，

3、并進(jìn)行壩址選區(qū)和面積計(jì)算。然后，依據(jù)土方量-壩高、淤地面積-壩高、庫(kù)容-壩高計(jì)算原理，在Excel中進(jìn)行回歸分析得到土方量-壩高、淤地面積-壩高、庫(kù)容-壩高關(guān)系式。最后，在改進(jìn)現(xiàn)有優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上使用數(shù)學(xué)建模軟件(Lingo)優(yōu)化壩址，同時(shí)得到最優(yōu)壩高和最優(yōu)數(shù)量配置比例。 本研究在GIS空間分析、建壩潛力分析、壩址選取、數(shù)據(jù)測(cè)量和優(yōu)化過(guò)程中都取得了相應(yīng)的成果。在基礎(chǔ)要素提取階段的成果有西莊流域的邊界圖、DEM圖、河網(wǎng)、集水區(qū)域圖

4、、溝道分級(jí)圖、子流域劃分圖(圖4-6至圖4-12)；建壩潛力分析階段分析了各個(gè)子流域的建壩潛力(表4-1至表4-3)：壩址選取和數(shù)據(jù)測(cè)量階段的成果有建壩溝道選取圖、擬建骨干壩壩址分布圖、擬建骨干壩參數(shù)表、擬建中小型淤地壩參數(shù)表(圖4-13、圖4-14、表4-4、5-2)；在壩系優(yōu)化階段改進(jìn)了武永昌的攔泥壩高、滯洪壩高雙優(yōu)化模型，并將其運(yùn)用到西莊流域壩系優(yōu)化中，取得了很好的成果(圖5-2、5-4、5-5、5-6、5-9、5-10、表5-3