综合平衡法在阳坡坝系规划中的应用

坝系综合平衡规划,就是把沟道中的坝库作为主要研究对象,在对其性质、运行规律充分认识的基础上,根据坝库工程的诸多特性,以投入最小(或经济效益最大)作为目标,对拦沙淤地、防洪、安全生产问题等进行综合评价,借助现代技术手段和专家智能,寻求其系统内诸多因素的最优组合。以阳坡坝系工程所获得的建设方案为例,介绍了综合平衡法在流域治沟工程规划中的应用方法。论证结果表明:该坝系的结构与布局合理,建设目标实现后,坝系防洪能力达到防御100年以上一遇洪水标准,水资源得到充分利用,坝系进入安全状态,坝地作物基本保收。     

西黑岱沟流域坝系相对稳定性分析

 为给小流域坝系工程建设的前期规划工作与科研提供科学依据,根据西黑岱沟流域治理现状及影响坝系稳定有关因子的实测资料,对坝系的相对稳定性进行分析。结果表明,小流域坝系实现相对稳定,其淤地面积虽是最基本条件之一,但不是唯一的条件。衡量坝系是否实现了相对稳定性,必须同时满足以下4个条件:一是每km2的坝控面积范围内应有坝地7.8hm2,坝地面积与坝控面积的比值,即坝系相对稳定系数达到1/12.7;二是坝系运行15a后,每隔3～5a要对坝体进行维修加高,使坝系防洪能力长期保持100年一遇或大于100年一遇的防洪标准;三是在每km2的控制范围内,要有骨干坝0.3座、淤地坝1.0座,坝系的整体布局与结构要达到合理,使暴雨洪水达到均衡分配;四是坝系的安全系数小于1。建设目标实现后,坝系进入相对稳定状态,在设计频率100年一遇的暴雨洪水标准下,坝系安全系数等于0.94,坝地种植的高秆作物可以达到保收,此时,坝系安全和坝地保收能力可趋向于统一。     

坝系工程除险加固时防洪标准和洪水组合问题探讨

淤地坝是黄土高原水土流失地区控制沟道侵蚀的一项重要工程措施,在山西已有400多年的建设历史。新中国成立后,淤地坝建设大体经历了集体组织建设(1985年以前)、骨干坝试点建设(1986—2002年)、沟道坝系工程建设(2003—2014年)和巩固提高除险加固(2015年至今)4个阶段。如何搞好淤地坝坝系工程除险加固和安全运用,就坝系工程除险加固初步设计中的防洪标准和洪水组合问题进行了探讨,并以临县万安沟小流域坝系工程为例,对坝系工程防洪标准和洪水组合进行了分析。     

黄土高原坝系工程的相对稳定性

 坝系要达到相对稳定,最基本的条件有3个:一是相对稳定系数必须大于或等于一定的允许值,这是坝系要达到相对稳定的关键;二是有足够的防洪能力;三是坝系工程安全无病险。同时也应该满足以下条件:20年一遇的暴雨洪水标准下坝地作物可以保收;当淤地面积达到设计的可淤面积时,坝地平均淤积厚度<20cm。其控制方法主要是:合理布设坝系规模与建坝顺序;实现对暴雨洪水的均衡分配;坚持坡面治理,提高流域治理度;布设排洪渠,以防坝地积水及超标洪水;加强日常养护。     

坝系相对稳定的标准和条件

坝系相对稳定是指在一定频率的暴雨洪水条件下，淤地坝能够保持工程安全和坝地作物保收，实现对洪水泥沙的控制利用。本文从淤地坝工程的防洪标准、坝地淹水对作物产量的影响、淹水深度与淹水历时及淤积厚度的关系考虑，提出黄河中游坝系相对稳定的标准：洪水频率为２％，坝地允许淹水深度为８０ｃｍ。通过坝系相对稳定指标和相对稳定临界值的分析计算，得到了黄河中游地区坝系相对稳定的条件：坝地面积与坝控流域面积之比达到０．０４～０．０５时，即达到相对稳定阶段。     

小流域坝系中单坝设计应注意的几个问题

小流域坝系中单坝的设计必须综合考虑上下游坝的防洪标准、枢纽组成、建设顺序、淤积年限等情况,才能保证坝系的安全和稳定。提出了应该注意的几个问题。     

黄土高原地区小流域南系相对稳定研究进展与建议

“九五”期间开展的黄土丘陵沟壑区小流域坝系相对稳定研究，提出了新的坝系相对稳定概念和形成条件，建立了坝系相对稳定网络规划模型，采用非线性规划模型和系统仿真模型对韭园沟流域坝系进行实体规划，对坝系防洪标准进行了研究，提出了淤地坝减量计划方法等，在研究内容与方法上均取得了新的进展。建议加强高新技术的应用和基础研究，为建立坝系相对稳定理论提供技术支持。     

黄土高原地区小流域坝系相对稳定研究进展与建议

“九五”期间开展的黄土丘陵沟壑区小流域坝系相对稳定研究 ,提出了新的坝系相对稳定概念和形成条件 ,建立了坝系相对稳定网络规划模型 ,采用非线性规划模型和系统仿真模型对韭园沟流域坝系进行实体规划 ,对坝系防洪标准进行了研究 ,提出了淤地坝减蚀量计算方法等 ,在研究内容与方法上均取得了新的进展。建议加强高新技术的应用和基础研究 ,为建立坝系相对稳定理论提供技术支持。     

韭园沟流域淤地坝坝系布局评价

淤地坝系的科学布局关系到流域的防洪安全,对淤地坝系布局进行评价,可以为流域坝系工程的规划、建设和设计工作提供理论依据。将黄土丘陵沟壑区韭园沟流域划分为1个主沟坝系单元和14个子坝系单元,选取了大型坝占总比、串联率、库容均衡度、稳定系数、侵蚀模数、洪量模数及保收率7个指标,采用AHP、IAHP、熵权法及组合权重法分别计算了各指标权重,依次对韭园沟坝系布局进行了评价。研究表明:（1）流域部分子坝系单元布局不合理,但全流域坝系布局合理;（2）IAHP法和组合权重法在计算权重时更客观,评价结果较为合理;（3）4种方法中,大型占总比权重系数均达到最大,表明骨干坝对坝系布局有决定性影响;（4）当骨干坝控制全流域50%以上,库容均衡度达0～20万m³/km²,稳定系数达到1/25～1/20,洪量模数0～10万m³/km²,骨干坝串联个数低于2.5座/km时,坝系布局基本合理。     

阳城县固隆河流域坝系建设探讨

固隆河流域内现有各类淤地坝16座,其中骨干坝3座、中型淤地坝3座、小型淤地坝10座,已淤地44hm2。经计算,在满足50年一遇防洪标准的条件下,实现坝系相对稳定,还需要增加坝地面积150hm2。介绍了坝系建设规模。     

MIKE耦合模型模拟淤地坝对小流域暴雨洪水过程的影响

为科学认识淤地坝建设对黄土高原小流域暴雨洪水过程的影响,该文通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了不同坝型组合和坝系级联方式下的小流域暴雨洪水过程,研究表明:1)淤地坝系建成后会使小流域洪水的洪峰和洪水总量明显减少,其中骨干坝减幅最小,中型坝次之,小型坝减幅最大;串联、并联、混联3种坝系级联方式均使洪峰流量和洪水总量明显减小,其中混联坝系减幅最大,并联坝系次之,串联坝系最小。2)淤地坝建设改变了洪水历时,其中骨干坝和中型坝增加了洪水历时,而小型坝缩短洪水历时。3)沟道连通性指数与洪峰流量、洪水总量均有很好的相关关系,淤地坝建设明显降低了沟道连通性,通过改变沟道连通性调控了小流域的暴雨洪水过程。可为黄土高原淤地坝安全运行提供科学依据。     

浅谈坝系建设单元控制论及其应用

为了解决坝系内洪水控制等问题,作者根据多年坝系建设实践经验和近几年对陕、晋、蒙、甘、宁、青、豫7省(区)坝系形成过程的深入调研,提出了坝系建设单元控制论,即:小流域坝系可分为若干个坝系单元,在每个坝系单元下游建设控制性骨干工程,在单元内实现大、中、小型淤地坝合理配置,可使各单元内洪水泥沙得到有效控制,从而实现整个坝系的安全运行。分析了单元控制论在淤地坝建设中的意义,并介绍了应用实例。     

拓扑优化方法在面板堆石坝分区设计中的应用

面板堆石坝因其经济、可靠、广泛适应性和环保等显著优点受到坝工界的欢迎,但面板坝尤其是高面板坝普遍存在面板断裂问题。故因面板断裂而造成的面板坝事故实例很多。面板断裂的主要原因之一是坝体内坝料分布不合理使得坝体与面板在自重与水压力作用下变形差异较大,因此,坝料在坝体内部的布局亦即坝料分区设计极为重要。该文以天生桥一级混凝土面板堆石坝为例,以坝体刚度最大为目标,根据坝料切线模量的差异,将坝料分为多种材料,建立材料集合,采用连续体拓扑优化方法优化出高面板坝坝料的布局方案,从而克服以往完全依赖经验给出的分区设计缺陷。另外,在优化分析中,以单元的材料号作为设计变量,同时基于准则法给出了设计变量的更新方案,即应变能密度大的单元须具有高模量材料。规避了传统梯度法或遗传算法无法解决离散设计变量数目庞大的困难。为确保算法稳定,本方法迭代过程中每次仅更新不超过5%的总单元数的材料号。结果表明,优化后的材料布局与传统分区存在明显差异:高模量材料分布在上游下侧、各种材料分布随模量依次自上游向下游变化、材料边界坡比均不低于1:0.8。与原设计相比,优化后的面板在水压力作用下变形小,分布均匀,有利于阻止面板发生断裂。从而证明该方法可为此类工程实践提供具有理论基础的参考设计。     

宁夏典型流域淤地坝系运行风险评价

病险坝会严重地威胁到人民生命和经济财产安全,因此淤地坝运行风险的识别和研究尤为重要.选取宁夏西吉县车路沟坝系为研究对象,分别提取并建立一套相对完整的单坝及坝系运行风险评价指标体系,结合改进层次分析法计算指标权重,对各坝7个暴雨重现期下的运行风险及坝系300年一遇情景下的运行风险进行了评价.结果表明:随着重现期的增加,车路沟、前咀骨干坝以及东庄湾中型坝的风险等级发生了不同程度的变化,需重点关注;当遭遇300年一遇暴雨时,西吉车路沟流域运行风险值由高到低依次是:王昭单元＞前咀单元＞流域坝系＞大坪单元＞盘路湾单元,各淤地坝单元以及流域坝系均处于运行安全状态.本研究整体上实现了单坝,淤地坝单元以及流域坝系的运行风险评价,为该地区的淤地坝安全预报预警提供一定的借鉴和参考.     

黄土高原节水生态型淤地坝建设的方法与措施

 淤地坝是黄土高原地区水土流失治理的关键措施。大规模建设淤地坝,不仅对于改善黄土高原地区的生态环境,促进经济社会的可持续发展,全面建设小康社会具有重要意义,而且对于减少入黄泥沙,确保黄河安澜也具有不可替代的重要作用。基于黄土高原地区淤地坝建设所取得的巨大成就,分析淤地坝数量、淤地面积和拦泥量按区域、流域的分布特征;针对淤地坝建设中存在的设计不合理、设计标准偏低、坝地非点源污染加剧、无效蒸发大等问题,提出了淤地坝单坝系统和节水生态型淤地坝的概念,以及建设节水生态型淤地坝的基本方法和保障措施。还分析了节水生态型淤地坝建设的案例,以期为淤地坝工程建设提供有关科学依据。     

黄丘区小流域暴雨径流动力特征对淤地坝配置的响应

为定量揭示淤地坝措施配置对黄丘区小流域暴雨径流形成及演进过程的影响,采用室内小流域人工模拟降雨试验,对不同淤地坝措施布设情景下（无坝、单坝、双坝）小流域不同断面径流的水动力、侵蚀动力特征进行研究。结果表明：径流量与含沙量整体均随时间推移而增大,无淤地坝布设情景下径流量增幅为114.60 cm3/s,双坝情景的径流量增幅仅有70.11 cm3/s;淤地坝对小流域暴雨径流演进过程的影响显著,淤地坝布设后径流流态由主要的紊流-缓流变为以层流-缓流为主,雷诺数Re减小幅度达到12.04%～85.85%;动力参数中径流功率ω和雷诺数Re可以被认为是能够较好描述不同淤地坝布设下侵蚀产沙的动力因子。研究结果对于揭示流域暴雨径流过程及成灾机理具有重要现实意义,可为科学评价水土保持措施调控径流过程的效应提供理论依据。     

黄河流域多沙粗沙区坝地防洪保收研究

淤地坝防洪能力包含两个方面,一是工程自身的防洪能力(即防御标准);二是坝地生产的防洪能力(即指坝地的防洪保收标准).淤地坝工程自身的防御标准,在有关规范中已有过明确规定和要求.而坝地生产的保收能力、保收标准,则是随着大规模坝地的形成和生产利用逐渐提出来的.从坝地淹水深度与淹水历时及淤积厚度对作物产量的影响考虑,提出了多沙粗沙区淤地坝防洪保收的标准为:洪水频率5%、作物保收率80%以上.通过淤地坝防洪保收指标和临界值的分析计算,得到黄河中游多沙粗沙区淤地坝防洪保收条件:坝地淹水深度小于作物株高的1/3,淹水历时在7天之内,淤泥厚小于作物株高的1/5.