黄土高原多沙粗沙区淤地坝系空间布局优化的研究——以西庄流域为例

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1、摘要黄土高原特别是多沙粗沙区的水土流失为当地人民的生产生活带来了严重影响，也是造成黄河下游河床抬高的主要原因。淤地坝作为一项能够拦截泥沙、淤地生产的水土保持工程措施，受到国家及黄土高原地区人民的重视并得到广泛应用。但在淤地坝建设过程中也存在着坝系空间布局不合理、单坝设计标准偏低、管护不当等问题。其中，坝系的空间布局是否合理直接影响着坝系的效益发挥和资金的投入，因此坝系空间布局问题尤为重要。坝系的空间布局包括坝系中不同规模坝的坝址、坝高以及数量配置比例，是坝系规划的一部分。本文在回顾淤地坝的产生与发展、淤地坝相关研究和坝系空问布局及优化研究的基础上，利用

2、地理信息系统软件进行空间分析，改进现有模型并利用数学建模软件对所选坝址进行优化，得到最优的数量配置比例及最优坝高。目的是试图探索出一个能直观、快捷的选取淤地坝坝址的技术方法并验证改进模型的有效性。在研究中，首先利用ArcGIS软件的多个扩展模块及第三方工具(Xtools)提取研究区(西庄流域)的相关数据，并进行坝址选区和面积计算。然后，依据土方量一坝高、淤地面积—坝高、库容一坝高计算原理，在Excel中进行回归分析得到土方量一坝高、淤地面积一坝高、库容一坝高关系式。最后，在改进现有优化模型的基础上使用数学建模软件(Lingo)优化坝址，同时得到最优坝高

3、和最优数量配置比例。本研究在GIS空间分析、建坝潜力分析、坝址选取、数据测量和优化过程中都取褥了相应的成果。在基础要素提取阶段的成果有西庄流域的边界图、DEM图、河网、集水区域图、沟道分级图、子流域划分图(图4-8至图4-12)；建坝潜力分析阶段分析了各个子流域的建坝潜力(表4一l至表4-3)：坝址选取和数据测量阶段的成果有建坝沟道选取图、拟建骨干坝坝址分布图、拟建骨干坝参数表、拟建中小型淤地坝参数表(图4一13、图4-14、表4—4、5-2)；在坝系优化阶段改进了武永昌的拦泥坝高、滞洪坝高双优化模型，并将其运用到西庄流域坝系优化中，取得了很好的成果(

4、图5-2、5-4、5-5、5-6、5—9、5—10、表5—3)。通过研究作者认为：第一，采用ArcGIS软件对研究区进行淤地坝坝址的选取比一般的手工方法更加科学、精确和便捷。第二，利用数学建模软件(Lingo)能够快速的求解出模型的最优解，模型的求解过程进一步验证了改进优化模型的有效性。第三，本研究旨在探索淤地坝系空间布局优化的方法，能够为相关研究提供方法上的借鉴。关键词：多沙粗沙区；淤地坝系；空间布局；优化ⅡAbstractSeveresoilandwaterlossinLoessPlateau，especiallyCoarseSedimentReg

5、ionCallnotonlygreatlyrestrictlocaleconomicdevelopmentandsocialprogress，butalsoresultintheriseofriverbedoflowerYellowRiver．BuildingofsiltdamisofsignificancetopreventLoessPlateaufromwaterandsoillossandrealizeeconomicsustainabledevelopmentinthisarea,toreducethesedimentamountflowedi

6、ntoYellowRiver．Although，constructionofsiltdamhasgainedgreatachievement，thefollowingproblemsontheplanningandconstructionofsiltdamhaveexsitedsuchastheunreasonablespatialdistributionofwarpingdamsystem，lower-stantarddesignofsinglewarpingdam，shabbyconditionsofexistingfacilitiesandina

7、ppropriatemanagementandmaintenanceetc，inwhichthekeytoaffectbenefitsandconstructionfundsofwarpingdamsystemisitsspatialdistributionreseanobility．Soit'sgreatlyimportantonthespatialdistributionreseanobilityofwarpingdamsystem．Thespatialdistributionofwarpingdamsystembelongstoplanningo

8、fdamsystem，includingdamsitelocation，damheightan