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

1、黃土高原特別是多沙粗沙區(qū)的水土流失為當?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活帶來了嚴重影響，也是造成黃河下游河床抬高的主要原因。淤地壩作為一項能夠攔截泥沙、淤地生產(chǎn)的水土保持工程措施，受到國家及黃土高原地區(qū)人民的重視并得到廣泛應用。但在淤地壩建設過程中也存在著壩系空間布局不合理、單壩設計標準偏低、管護不當?shù)葐栴}。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、淤地壩相關研究和壩系空間布局及優(yōu)化研究的基礎上，利用地理信息系統(tǒng)軟件進行空間分析，改進現(xiàn)有模型并利用數(shù)學建模軟件對所選壩址進行優(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能直觀、快捷的選取淤地壩壩址的技術方法并驗證改進模型的有效性。 在研究中，首先利用ArcGIS軟件的多個擴展模塊及第三方工具(xtools)提取研究區(qū)(西莊流域)的相關數(shù)據(jù)，

3、并進行壩址選區(qū)和面積計算。然后，依據(jù)土方量-壩高、淤地面積-壩高、庫容-壩高計算原理，在Excel中進行回歸分析得到土方量-壩高、淤地面積-壩高、庫容-壩高關系式。最后，在改進現(xiàn)有優(yōu)化模型的基礎上使用數(shù)學建模軟件(Lingo)優(yōu)化壩址，同時得到最優(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)測量和優(yōu)化過程中都取得了相應的成果。在基礎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)化階段改進了武永昌的攔泥壩高、滯洪壩高雙優(yōu)化模型，并將其運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