大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)與方法研究.pdf

1、我國(guó)現(xiàn)有大型灌區(qū)434處，是我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉的骨干及我國(guó)重要的商品糧、棉、油基地，在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中及改善生態(tài)環(huán)境等方面有著十分重要的地位和作用。為了改善灌區(qū)工程與管理狀況，遏制灌溉效益衰減趨勢(shì)，提高灌溉水利用效率和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，1998年，國(guó)家啟動(dòng)了《全國(guó)大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃》項(xiàng)目。今后大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)仍然艱巨，對(duì)其相關(guān)技術(shù)和方法進(jìn)行研究顯的尤為重要，為此，本文開(kāi)展了以下工作： (1)本文

2、提出了一般渠段、輪灌渠道及續(xù)灌渠系的縱橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造中，由于灌溉渠道系統(tǒng)的投資在整個(gè)灌區(qū)改造總投資中占相當(dāng)大的比重，特別是渠道的開(kāi)挖及襯砌費(fèi)用投資很大，因此其設(shè)計(jì)的科學(xué)與否將直接影響到水資源利用效率的高低以及農(nóng)田水利工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中效益的發(fā)揮。在目前的灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造中，渠道縱橫斷面參數(shù)，特別是縱坡的選擇十分重要，這對(duì)灌區(qū)改造完成后的管理運(yùn)行具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文基于遺傳算法，以工程量最小為目標(biāo)函

3、數(shù)，考慮不沖不淤及首末水位約束，提出一般渠段橫斷面及輪灌渠道縱橫斷面的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和求解方法：對(duì)骨干輸配水渠系的縱橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)灌區(qū)改造中常用的斷面形式，首次考慮了渠段的最小水位、干支渠分水口水位銜接校核，以工程量最小為目標(biāo)函數(shù)，提出了二級(jí)骨干輸配水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型及求解方法。 (2)本文首次建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的灌區(qū)建筑物工程量估算模型，開(kāi)發(fā)了輔助設(shè)計(jì)模塊，方法簡(jiǎn)便、實(shí)用。按照國(guó)家《大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造2009～

4、2020年規(guī)劃》，至2020年尚存近1200億投資要實(shí)施，為了科學(xué)安排灌區(qū)投入資金，在規(guī)劃階段對(duì)灌區(qū)建筑物工程進(jìn)行投資估算就顯得十分重要。對(duì)水利工程的造價(jià)估算，我國(guó)通常采用工程概算估價(jià)法，該方法是根據(jù)已建類(lèi)似工程的工程量，結(jié)合擬建工程的實(shí)際情況，首先估算其工程量，再按不同的單價(jià)估算其價(jià)值量，編制概算，從而得到它的投資估算。灌區(qū)建筑物工程概算估價(jià)法關(guān)鍵是工程量估算。論文通過(guò)分析灌區(qū)各類(lèi)建筑物工程影響工程量的主要因素，在分類(lèi)建立主要灌區(qū)工程

5、數(shù)據(jù)庫(kù)(工程主要技術(shù)參數(shù)、主要工程量、主要材料用量等)的基礎(chǔ)上，首次建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工程量估算模型，開(kāi)發(fā)了輔助設(shè)計(jì)模塊，方法簡(jiǎn)便、實(shí)用。 (3)本文首次建立了灌溉泵站群優(yōu)化布局調(diào)整的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，針對(duì)此模型首次提出了耦合約束具有明確邊界的動(dòng)態(tài)規(guī)劃降維方法。在大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有些灌區(qū)骨干灌溉干渠(河)兩岸的灌溉泵站提水能力接近或大于渠道引水能力，造成灌溉高峰季節(jié)，引水渠(河)道水位急劇下降，致使

6、無(wú)法正常灌溉，且使引水渠(河)道生態(tài)惡化的現(xiàn)象。本文針對(duì)該類(lèi)灌區(qū)內(nèi)灌溉泵站群的特點(diǎn)，以耗能最小為目標(biāo)函數(shù)，以滿(mǎn)足灌溉引水要求及生態(tài)需求為約束條件，首次建立了灌溉泵站群優(yōu)化布局調(diào)整的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，為此類(lèi)灌區(qū)灌溉泵站群的優(yōu)化布局及灌溉渠道規(guī)劃調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。論文針對(duì)灌溉泵站群優(yōu)化布局調(diào)整動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的特點(diǎn)，首次提出了耦合約束具有明確邊界的動(dòng)態(tài)規(guī)劃降維方法，豐富了動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化理論。 (4)為了提高大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃設(shè)計(jì)的

7、工作效率，論文首次采用“VB+MapX“開(kāi)發(fā)完成了基于GIS的灌區(qū)規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ǎ訫icrosoftVisualBasic6.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采取人機(jī)對(duì)話(huà)的方式，實(shí)現(xiàn)了多種軟件(VisualBasic6.0、MapX控件、MicrosoftAccess等)的跨平臺(tái)集成。系統(tǒng)可協(xié)助灌區(qū)規(guī)劃人員對(duì)灌區(qū)進(jìn)行全過(guò)程規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)代表年的選擇、作物需水量計(jì)算、作物灌溉制度計(jì)算、灌水率計(jì)算、灌溉渠系GIS實(shí)