雷峁沟骨干淤地坝分期加高优化分析

论文摘要

淤地坝是黄土高原地区治理水土流失的一种行之有效的水土保持工程措施,它在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增产粮食、改善生态环境等方面发挥了显著的生态、社会和经济效益,在黄土高原水土流失治理和生态环境建设中具有不可替代的作用。加快淤地坝建设对于黄土高原地区全面建设小康社会具有重要的现实意义,对于国家实施西部大开发也有重要的促进作用。目前,淤地坝建设一般均采用一次设计一次建坝达到设计坝高,而采用分期加高的淤地坝在实际加高时,加高次数和每次所加的高度仍是根据经验来确定,没有真正的设计计算。为此,不少学者在淤地坝加高方面做了大量的工作,分别讨论了淤地坝二次加高和三次加高问题、等库容加高和等坝高加高两种加高方式。但由于加高次数和方式受到了限制,所得出的结论有一定的局限性。本文是以雷峁沟骨干淤地坝为实例,结合当前淤地坝的设计和建设成果与经验,就坝前贴坡式分期加高问题进行研究。通过分析影响淤地坝坝体总投资的几个重要因素,从可以作为坝体利用的坝前淤泥的体积计算入手,以初修坝高和每次加高后的坝高为决策变量,以坝体节约的土方工程费用最大为目标函数,建立淤地坝坝体加高优化数学模型,并利用Matlab程序进行优化分析,得到决策变量的最优值,从而得出淤地坝坝体分期加高所节约的费用。然后对不同加高次数的坝体节约投资费用进行比较,节约投资费用最大所对应的初修坝高、间隔年限、每次加高坝体高度、加高次数,就是分期加高最优化的结果。淤地坝分期加高是完全可行的。从安全方面来看,它并没有降低原设计标准;从经济效益上来看,分期加高比一次建成完工要优越的多,可节约投资五分之二左右,其建坝投资效益是很可观的;从投资过程上看,把一次建坝资金分散成小量分批投入,可以减轻群众负担,使群众能够接受,在操作上是切实可行的,这一点对于实行个人承包治理荒沟建设的淤地坝来说有一定的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的背景和意义
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文的研究内容和方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 淤地坝分期加高理论分析
• 2.1 淤地坝的基本概念
• 2.1.1 淤地坝的产生和发展
• 2.1.2 淤地坝的特点
• 2.2 淤地坝的加高
• 2.2.1 淤地坝加高的必然性
• 2.2.2 分期加高的方式
• 2.2.3 淤泥面上加高的可行性
• 2.2.4 适合分期加高的淤地坝
• 2.2.5 影响坝体加高的主要因素
• 2.3 淤地坝分期加高的基本参数
• 2.3.1 初修坝高的确定
• 2.3.2 坝高与库容关系
• 2.3.3 淤地坝设计洪水总量计算
• 2.3.4 沟道平均宽度与坝高的关系
• 2.3.5 加高间隔期计算
• 第三章 淤地坝分期加高优化分析
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 决策变量的选取
• 3.1.2 目标函数
• 3.2 目标函数中相关量的确定
• 3.2.1 加高前淤泥面高度
• 3.2.2 充当坝体的淤泥体积
• 3.3 约束条件
• 3.3.1 坝高约束
• 3.3.2 坝高非负约束
• 3.3.3 防洪约束
• 3.3.4 加高次数约束
• 3.4 计算方法
• 第四章 雷峁沟骨干淤地坝分期加高优化分析
• 4.1 流域概况
• 4.1.1 自然条件
• 4.1.2 社会经济情况
• 4.1.3 水文气象条件
• 4.1.4 工程地质
• 4.2 雷峁沟骨干淤地坝坝体设计结果
• 4.2.1 水位—库容、水位—面积曲线
• 4.2.2 设计洪水总量计算
• 4.2.3 年输沙量计算
• 4.2.4 坝体设计
• 4.2.5 坝体工程量计算
• 4.3 与坝体优化设计有关参数的确定
• 4.3.1 坝高与库容的关系
• 4.3.2 平均沟宽和坝高的关系
• 4.3.3 校核洪水总量
• 4.3.4 施工前期准备费用
• 4.3.5 主要参数汇总表（见表4-9）
• 4.4 优化计算
• 4.4.1 优化模型的确立
• 4.4.2 优化工具（MATLAB）与罚函数法[65]
• 4.4.3 优化分析过程[66]
• 4.5 优化分析过程与结果
• 4.5.1 雷峁沟骨干淤地坝分期加高优化结果
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 分析中存在的问题
• 第五章 结论与展望
• 附录：MATLAB 计算代码
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介