基于猫群算法的渠道断面优化及设计参数分析

为替代工程设计优化问题求解过程中运用的低效经验试算法,提出猫群算法以解决渠道断面优化设计问题.采用猫群算法在全局空间下搜索边坡系数的变化对渠道断面优化的影响,并且取得了良好的效果,在满足其他的约束条件下,选择适合的边坡系数1.5能够减少占地面积,节约投资.以黑龙江省江川灌区为例,对灌溉渠道断面进行优化并且对断面设计参数进行分析,算例表明,猫群算法高效迅速,精度高,能有效地解决渠道断面设计中的优化问题,具有相当高的应用价值.优化结果显示,模型计算所得渠道过水断面面积减小4.2%,工程占地随之减小.各个参数中,边坡系数取1.5、渠道底宽取2.000 0 m、水深取1.500 0 m时总体目标最佳,并且分析这3个参数对目标函数的影响规律,最佳目标随着边坡系数和水深的增大呈现出先增大后减小的趋势,随着渠道底宽的增大呈现逐渐增大的趋势.     

长距离调水工程渠道裂隙岩质边坡渗流模拟

长距离调水工程选址时不可避免地经过裂隙发育地层，地层中裂隙对边坡渗流场有着重要影响，可能诱发渠道产生渗透破坏。以胶东调水工程莱州段部分渠段为研究对象，以实测裂隙分布情况为样本，基于蒙特卡洛法生成随机分布的裂隙网络，采用COMSOL有限元数值计算软件分别基于孔隙模型和裂隙模型开展不同降雨条件下渠道裂隙岩质边坡渗流分析。结果表明，裂隙模型的湿润峰运移速度比孔隙模型快，孔隙水易提前与地下水接触，造成边坡位置地下水位上涨；相同降雨强度、地下水位条件下，裂隙模型的渠道坡脚处水头值较孔隙模型的大，更易造成渠道衬砌板破坏；相同降雨条件下，裂隙的存在使得衬砌板的破坏时间提前，还会扩大破坏范围，降雨强度越大，破坏面积越大。     

基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法

引入渠道边坡允许极限状态和允许极限坡度的概念,研究了控制工况下典型边坡变形的允许极限状态,提出了确定边坡允许极限坡度的方法;在边坡允许极限坡度、渠道实用经济断面和费用最小优化设计的基础上,考虑渠道输水流量和渠道水流流速约束条件,建立了包含渠道底宽、水深、边坡坡度3个优化变量的梯形渠道优化设计模型,探讨了优化变量的取值方法,提出基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法.最后,结合南水北调东线济平干渠进行了基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计,优化分析表明:与普通渠道实用经济断面相比,该法能够进一步节省工程建设费用.     

高地下水位渠道衬砌排水试验

近年来,山东省渠道衬砌的发展比较迅速,许多新建和扩建的大中型骨干输水工程都采用了混凝土板等衬砌措施,较好地解决了土基渠道渗漏损失大、边坡易坍塌和引黄灌区泥沙淤积等问题。本文结合胜利油田七干渠渠首段衬砌工程的排水试验和应用实践,就高地下水位条件下渠道衬砌的施工排水和防扬压力排水问题进行了总结和分析,以期供类似工程设计时参考。     

灌区渠道防渗工程规划研究

针对渠道防渗中的一般问题 ,从不同层面上研究了进行规划的一些技术问题。包括渠道衬砌功能定位和灌区防渗的总体规划 ,并重点研究了井渠结合灌区的防渗效果分析 ;结合防渗效果和投资效益 ,研究了渠道防渗的优先级别选择和布局 ;根据渠道防渗将使水力要素发生显著变化 ,破坏原渠系的水位衔接 ,提出缩窄底宽、改变坡降和改变边坡的改造方案 ,通过图表 ,分析各种方案的技术可行范围。     

基于HYDRUS-1D模型的灌排联合下的水盐运移模拟

为探索灌排联合下土壤水盐运移规律,通过室内土柱试验,采用灌水量、排水模式二因素三水平完全处理,灌水设置3个水平:灌水定额分别为15、25、35 L(分别标记为W15、W25、W35),排水模式设置3种:排水管d=7 cm、排水管d=5 cm、无排水管(分别标记为P7、P5、P0),研究分析土壤水盐动态变化规律,并利用HYDRUS-1D模型对灌排联合下水盐运移规律进行数值模拟分析与验证.结果表明:灌水量相同时,土壤含水率和含盐量变化效果总体表现为:排水管d=7 cm>排水管d=5 cm>无排水管,且有排水管处理显著优于无排水管的处理(P<0.05);经过3次灌水淋洗后,各处理0～20 cm土层内土壤盐分淋洗效果最显著,灌水定额35L及排水管d=7 cm处理下脱盐率达到最大值83.69％;经过实测值与模拟值的验证,随着灌水量、灌水次数、土壤深度和排水措施变化,土壤水分和盐分的均方根误差RMSE最大分别为1.321和0.912,决定系数R2最小分别为0.813和0.842,土壤水盐含量的模拟值和实测值有较好的拟合性,该模型具有一定可靠性,这将为干旱区灌排联合模式下的水盐运移理论研究提供帮助.     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式,采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法,以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道,分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响,与不设置保温措施的对比段进行比较,并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明,综合考虑工程安全性与经济性,黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm,渠底12 cm,与试验结果相一致;当梯形渠道保温板厚度取最优值时,梯形渠道最优边坡系数为2,此时渠道衬砌适应冻胀性能较好,工程造价也相对较低;研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式，采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法，以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道，分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响，与不设置保温措施的对比段进行比较，并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明，综合考虑工程安全性与经济性，黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm，渠底12 cm，与试验结果相一致；当梯形渠道保温板厚度取最优值时，梯形渠道最优边坡系数为2，此时渠道衬砌适应冻胀性能较好，工程造价也相对较低；研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

渠道衬砌状况对渠系水利用系数的影响分析

灌区渠道通常进行衬砌以提高渠系输水效率,为了提高灌区渠系水利用状况,研究不同衬砌状况下对渠床防渗效果的影响,确定灌区范围内多种情景下的渠系最佳衬砌方式.以湖北省钟祥市石门水库灌区为研究区,通过现场勘测渠系分布状况,采用以"考斯加科夫渠道渗漏经验公式法"为基础的渠系水利用系数测算软件对研究区的渠系水利用系数进行推算.根据可能存在的衬砌状况,设置了不同的衬砌情景,计算各情景的渠系水利用系数.结果表明:该区现状渠系水利用系数为0.713;若渠道不采取衬砌措施,渠系水利用系数仅为0.604;若全部渠道均设有混凝土衬砌,渠系水利用系数可高达0.969.灌区每立方米混凝土衬砌的年节水量的变化范围是70.47～157.40 m3,平均值为114.10 m3.分析表明,随着渠道衬砌率的提高,各级渠道的渠道水利用系数及渠系水利用系数均近似呈线性增长.在工程量或投资一定的条件下,如果对渠道进行部分衬砌,应优先选择渠道上游位置衬砌;如果对斗渠或农渠只选择某一级衬砌时,应优先衬砌农渠.     

内蒙古河套灌区冻融周期内渠道水热耦合数值模拟

为了研究季节性冻土区温度对渠道水分场的影响以及变化规律,在一个冻融周期内对河套灌区南边分渠地温和含水率进行了现场测试,并基于Harlan模型和Darcy定律,建立了二维水热耦合模型,利用有限元软件对渠道的水分场和温度场进行了数值模拟。结果表明,随着渠道边坡表面温度的降低,冻结锋面逐渐向下发展,水分在温度梯度的影响下不断向渠道表面聚集,对渠道衬砌产生冻胀破坏,渠道边坡中下部水分迁移量大,冻胀破坏严重,低温与水分迁移量之间存在时间上的滞后。模拟值与现场测试结果相符,验证了水热耦合数值计算模型的正确性。     

宁夏平罗盐碱地排水渠道稳定性影响因素分析

以平罗西大滩实测土壤剖面为例,从渠道边界物质的粒度特征、粘土矿物含量及气候特征等方面,分析了排水渠道稳定性的影响因素.结果表明,研究区排水渠道的稳定性主要受到粒度结构的影响,其中上部泥质层的粘土矿物含量较高,其吸水膨胀和脱水收缩的交替变化可以导致渠道边界上层的疏松和坍塌;下部粉细砂层易于遭到流水的淘蚀,而冬春发生的冻融...     

含河渠的分洪区洪水演进数值模拟

在分洪区内存在河渠的情况下，根据水流在河渠外区域和河渠内运动特点的不同，对已有的分洪区二维水流数学模型进行拓展，建立了相应的数学模型。该模型计算时能考虑河渠两侧有、无堤防两种情况，通过对概化地形的计算，证明了模型的合理性。     

关于新疆叶尔羌河灌区排水问题的认识

以叶尔羌河灌区为对象, 讨论了内陆干旱区绿洲灌区排水的条件和特点。对内陆干旱区排水的重要特点即旱排与生物排水作出估计, 提出努力实现“水盐平衡”是排水的目标, 在进行排水规划同时也应作出排盐规划     

Testing and statistical analysis of the performance of a pipe drainage system: A case study in north-eastern Italy

A survey program was carried out from June 1988 to august 1989 in North-eastern Italy in a pipe drainage area of 61 ha in order to verify if the year of installation (one part of the system has been installed in 1984 and another one year later) and the cover material of drains (pipes were covered with cocofibre for 2/5 of their length and without envelope for 3/5) could influence the functioning of the system. Collected data of drain discharge and water table depth were subjected to an elaborate statistical analysis.A methodological approach to determine the sample size (how many measurements of discharge and watertable depth are required, in space and time, from a statistical stand-point) in drainage experiment is proposed. For drainage systems similar to the considered one, a sample size of 10–12 drains and 6–8 observation wells can be recommended in order to obtain a standard error lower than 10–15% of the mean.     

暗管控制排水对棉田排水的影响

对几次较大规模降雨产生排水后排水量、排水氮素含量、地下水位等进行观测,结果发现暗管排水使得地表、地下排水量被重新分配,控制水位排水使地表排水量所占比例提高、而总排水量比常规排水减少36.4%～82.7%、地下排水峰值量较常规排水减少7.2%～85.4%。地表、地下排水硝氮质量浓度较低,一般低于4 mg/L;地表排水总氮质量浓度在2.3～11.5 mg/L之间,地下排水总氮质量浓度在0.6～9.1 mg/L之间。要减少氮素流失总量,减少排水量是关键。     

Modeling the impact of alternative drainage practices in the northern Corn-belt with DRAINMOD-NII

The hydrologic and water quality impacts of subsurface drainage design and management practices are being investigated through field and simulation studies throughout the northern Corn-belt. Six years of data from an ongoing field study in south central Minnesota (Sands et al., 2008) were used to support a modeling effort with DRAINMOD-NII to investigate: (1) the performance of the model in a region where soils are subject to seasonal freeze-thaw and (2) the long-term hydrologic and water quality characteristics of conventional and alternative subsurface drainage practices. Post-calibration model prediction and efficiency were deemed satisfactory using standard model performance criteria. Prediction errors were primarily associated with early spring snowmelt hydrology and were attributed to the methods used for simulating snow accumulation and melting processes, in addition to potential sublimation effects on ET estimates. Long-term simulations with DRAINMOD-NII indicated that drainage design and/or management practices proposed as alternatives to conventional design may offer opportunities to reduce nitrate (NO₃)-nitrogen losses without significantly decreasing (and in some cases, increasing) crop yields for a Webster silty clay loam soil at Waseca, Minnesota. The simulation study indicated that both shallow drainage and controlled drainage may reduce annual drainage discharge and NO₃-nitrogen losses by 20-30%, while impacting crop yields from −3% (yield decrease) to 2%, depending on lateral drain spacing. The practice of increasing drainage intensity (decreasing drain spacing) beyond recommended values appears to not significantly affect crop yield but may substantially increase drainage discharge and nitrate-nitrogen losses to surface waters.     

山区田间水利工程的规划设计

山区地形复杂,田块分散。因此,合理规划设计田间灌排工程,以避免串灌串排,达到灌排分家,是山区农田水利规划设计所要解决的主要问题之一。根据武陵山区的特点,对几种典型地形的田间工程归纳了相应的规划设计方案。经有关专家审议,已在武陵山区世界粮援项目(WFP中国3779)中采用。     

Adaptability constraints of a technically and economically feasible subsurface drainage system in the low-lying acid sulphate soils of Kerala,India

This paper discusses the introduction of subsurface drainage as a tool to improve rice production in low land areas of acid sulphate soils. Pipe drains with 15 and 30 m spacing were installed in farmers fields in coastal lowlands of Kerala, India, at Kuttanad. Soil conditions improved within 2 years after the introduction of the subsurface drainage and significantly improved the crop yield. Data collected over a period of 14 years, showed a yield increase of 1.1 t/ha (43%) compared to non-drained areas. An economic analysis indicated that subsurface drainage is feasible with a benefit–cost ratio of 2.45, an internal rate of return of 47% and a net present value of Rs 5.17 million. The poor financial status of the farmers, however, is the main constraint for the large-scale adoption of the comparatively capital-intensive subsurface drainage systems in the acid sulphate soils of Kerala.     

改进暗管排水结构型式对排水性能的影响

提出一种占用耕地少、排水流量较常规暗排大且环境友好的改进暗排。基于室内土柱试验,分析改进暗排在地表积水、土体饱和条件下的排水除涝性能及其机理,提出地表积水土体饱和入渗条件下改进暗排排水流量的理论计算公式。结果表明,改进暗排可以有效提高暗管排水能力,试验条件下,反滤体宽度为2~6 cm的改进暗排在自由出流条件下的排水流量为常规暗排排水流量的2~3倍;积水层深度相同时,改进暗排排水性能随反滤体宽度的增加而增大,但增幅逐渐减小;土体介质和反滤体的渗透系数差别越大,改进暗排的排水作用越明显。理论方法计算结果与试验结果相吻合,证明提出的理论计算公式是合理可行的。     

苏南城市化进程中圩区排水标准关系研究

江苏省苏南城市化进程迅速,不少圩区从原来的农村成为城区,在目前的水利规划中,农村城市化后的排水河网与城区排水管渠设计面临着2种不同的标准体系,根据江苏苏南典型圩区的自然、水文特点,通过分析给出了2种排水标准之间的关系,供城市圩区水系规划时参考。