黑龙江省水稻灌区效率性节水及增温技术研究

论文摘要

黑龙江省是个农业大省,是我国重要的商品粮生产基地。其农业灌溉的特点是90%以上都是水田,总面积近3000万亩。按照国家对黑龙江省稻米发展的总体要求和黑龙江省水稻灌溉发展规划,到2020年全省水稻面积将达到4500万亩,每年将为国家提供优质商品粳稻2000万吨。而我省灌溉渠系水的利用系数很低,渠道渗漏损失掉的水量所占的比例很大,严重制约了工程效益的发挥。渠道防渗是减少渠道输水渗漏损失,提高渠系水利用系数的工程技术措施。但因黑龙江省气候寒冷,渠道衬砌后冻胀破坏比较严重,只有做好渠道防渗冻害防治工作,才能有效地解决渠道渗漏问题,提高防渗效果,高效利用水资源,达到节水的目的。因此,对渠道防渗工程防治冻害问题防治措施的研究是很有必要的。本文是在查阅国内外文献资料的基础上,了解了国内外渠道防渗技术的发展现状趋势。在吸收和借鉴前人的研究成果的同时,通过实地调研了解了黑龙江省的渠道防渗的现状,再经过深入的理论研究,总结了渠道冻害类型、主要影响因素及冻害的一般规律,分析了适合寒区特点的防渗材料的防渗效果,从结构措施的角度,设计渠道、晒水池断面的形式、尺寸和结构型式,提出了几种经济合理的寒区防冻胀的防渗结构型式,并对各种防渗结构型式建立评价指标体系,干支渠选取工程总投资、维护费用、使用年限、材料来源难易程度、防渗效果、施工难易程度、维修难易程度、抗冻胀能力8个指标作为评判因子;斗农渠选取每米工程造价、使用年限、材料来源难易程度、防渗效果、施工难易程度、抗淤能力、抗冻胀能力7个指标作为评判因子;晒水池选取使用年限、材料来源难易程度、防渗效果、施工难易程度、增温效果、抗冻胀能力、工程总投资等7个指标作为评判因子,再运用实数编码的加速遗传算法、自适应权重粒子群及带压缩因子粒子群分别与投影寻踪方法耦合建立的评价模型,对渠道防渗结构型式进行综合评价,从而选出适合寒区特点,满足干支斗农渠安全运行、经济实用、防冻胀效果好的最优的渠道防渗结构型式,建立水稻灌区渠道防渗工程技术优化模式一套,即:干渠渠道最佳的防渗模式为:预制钢纤维混凝土板+复合土工膜+砂的防渗模式。农渠渠道最佳的防渗模式为:混凝土预制板+保温板的防渗模式。支渠的防渗模式可以比照干渠的执行,斗渠的防渗模式可以比照农渠的执行。晒水池最佳的结构型式为:预制钢纤维混凝土板+复合土工膜+池壁两侧设置挡水板的结构型式。从而为寒区渠道防渗工程建设提供理论依据,对黑龙江省水稻灌区乃至国内条件类似的灌区的节水灌溉实践有借鉴作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 论文研究的目的意义
• 1.2 国内外研究动态和趋势
• 1.2.1 国外渠道防渗工程技术研究进展
• 1.2.2 国内渠道防渗工程技术研究进展
• 1.2.3 研究现状问题分析
• 1.3 论文研究内容和方法
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 研究方法及技术路线
• 2 寒区渠道防渗工程的冻害及影响因素
• 2.1 冻害类型及破坏特征
• 2.1.1 冻害类型
• 2.1.2 渠道衬砌破坏的特征
• 2.2 冻害主要影响因素
• 2.2.1 气象条件
• 2.2.2 基础条件
• 2.2.3 防渗材料
• 2.2.4 结构型式
• 2.3 本章小结
• 3 寒区渠道防渗效果分析
• 3.1 防渗材料选择
• 3.1.1 土料防渗
• 3.1.2 砌石防渗
• 3.1.3 混凝土防渗
• 3.1.4 膜料防渗
• 3.1.5 水泥土防渗
• 3.1.6 适合寒区特点的防渗材料的分析
• 3.2 防渗效果分析
• 3.2.1 土渠的渗漏损失
• 3.2.2 各种衬砌渠道渗漏损失
• 3.3 渠道防渗实例分析
• 3.3.1 干渠渗漏损失计算
• 3.3.2 农渠渗漏损失计算
• 3.4 本章小结
• 4 渠道断面及防渗结构设计
• 4.1 渠道断面形式概述
• 4.1.1 梯形渠道横断面设计
• 4.1.2 U形、弧形底梯形断面设计
• 4.1.3 弧形坡脚梯形渠断面设计
• 4.1.4 箱形、城门洞形和正反拱形暗渠断面设计
• 4.2 冻胀量计算
• 4.2.1 计算依据及资料
• 4.2.2 抗冻计算
• 4.3 渠道防渗工程结构厚度确定
• 4.3.1 梯形断面土料厚度
• 4.3.2 梯形断面砌石厚度
• 4.3.3 矩形断面砌石结构
• 4.3.4 梯形断面膜料复合材料防渗结构
• 4.3.5 梯形断面沥青混凝土结构
• 4.3.6 梯形断面混凝土防渗结构
• 4.4 消减冻胀措施
• 4.4.1 渠床压实
• 4.4.2 置换冻胀土
• 4.4.3 渠基排水
• 4.4.4 隔热保温
• 4.5 回避冻胀措施
• 4.6 抗冻胀措施选择
• 4.7 渠道各种防渗结构实例分析
• 4.7.1 基本资料
• 4.7.2 干渠防渗结构型式方案
• 4.7.3 农渠防渗结构型式方案
• 4.7.4 各方案可比造价分析
• 4.8 晒水池防渗结构实例分析
• 4.8.1 基本资料
• 4.8.2 晒水池防渗结构型式方案
• 4.8.3 各方案可比造价分析
• 4.9 本章小结
• 5 基于RAGA-PPC模型的渠道防渗模式优化研究
• 5.1 RAGA优化的投影寻踪分类模型原理
• 5.2 建立评价指标体系
• 5.3 干渠优化模式实例分析
• 5.3.1 数据处理
• 5.3.2 投影指标函数优化
• 5.3.3 一维投影z（i）值计算
• 5.3.4 渠道防渗方案优选结果
• 5.4 农渠优化模式实例分析
• 5.4.1 数据处理
• 5.4.2 投影指标函数优化
• 5.4.3 一维投影z（i）值计算
• 5.4.4 渠道防渗方案优选结果
• 5.5 晒水池优化模式实例分析
• 5.5.1 数据处理
• 5.5.2 投影指标函数优化
• 5.5.3 一维投影z（i）值计算
• 5.5.4 晒水池防渗方案优选结果
• 5.6 本章小结
• 6 基于粒子群算法的渠道防渗模式优化研究
• 6.1 自适应权重粒子群与投影寻踪耦合模型（SAPSO-PPC）及其应用
• 6.1.1 自适应权重粒子群算法原理
• 6.1.2 自适应权重粒子群算法步骤
• 6.1.3 自适应权重粒子群与投影寻踪耦合模型（SAPSO-PPC）的求解步骤
• 6.1.4 自适应权重粒子群与投影寻踪耦合模型在渠道防渗模式优化中应用
• 6.1.5 自适应权重粒子群与投影寻踪耦合模型在晒水池防渗模式优化中应用
• 6.2 带压缩因子粒子群与投影寻踪耦合模型（YSPSO-PPC）及其应用
• 6.2.1 带压缩因子粒子群算法原理
• 6.2.2 带压缩因子粒子群算法步骤
• 6.2.3 带压缩因子粒子群与投影寻踪耦合模型（YSPSO-PPC）的求解步骤
• 6.2.4 带压缩因子粒子群与投影寻踪耦合模型在渠道防渗模式优化中应用
• 6.2.5 带压缩因子粒子群与投影寻踪耦合模型在晒水池防渗模式优化中应用
• 6.3 本章小结
• 7 研究结论及今后工作设想
• 7.1 研究结论
• 7.2 本研究创新点
• 7.3 今后工作设想
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文