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平原水库优化设计研究

周建  
【摘要】: 随着我国社会经济的持续、健康、快速发展,工农业生产和人民生活以及生态环境等方面的需水量急剧增加,水资源供需矛盾日益尖锐,尤其是经济发达、人口稠密、大型基础设施众多的平原区,水资源短缺己成为其社会经济发展的瓶颈。解决这一矛盾的最好办法就是兴建一定数量的平原水库。 目前,对黄河流域中下游平原区修建平原水库的规模、蓄水深度的问题引起了学术界的广泛争议,主要是平原水库存在着蒸发、渗漏损失水量较大、泥沙淤积现象严重、供水成本高等问题。但只停留在对其争论阶段,而未做系统的研究,不能提出有效的优化解决方法,致使平原水库在建成之后,供水成本偏高。 本论文在介绍平原水库功能特性的基础上,翔实地分析了影响平原水库优化设计的几大因素:坝型、平面布置形式、蓄水深度、蒸发、渗漏、护坡型式、防渗型式等,列出了水库调蓄库容大小的计算表达式,并说明了最优的建造平原水库的坝型-常规碾压土坝、坝轴线-圆形轴线、护坡型式-砼预制块护坡、防渗型式-土工膜防渗。 介绍了数学模型、数学建模,以及数学模型建立的分析方法,提出了平原水库建模机理分析方法的一般步骤。根据平原水库在整个修建、运行期间的投资特点,构建了平原水库优化数学模型,以每单位立方米供水成本最低I (H)为目标函数,以坝高H为决策变量。分析了数学模型求解的常用方法,介绍了常用计算软件MATLAB及其求解数学模型的核心思想-牛顿迭代法和求解思路。 最后以滨州第二幸福水库和韩店水库为例,进行了详细地实证研究,通过已知的工程资料,确定了各个参数,以每单位立方供水的成本最低为主要目的,较为系统地架构了基于平原水库优化设计的模式,通过MATLAB求解得最后结果,实际证明,目前所建平原水库,在坝高和蓄水深度上偏低,应该在此基础上提高坝高或蓄水深度,本论文研究成果对平原水库的合理建设和优化设计等方面,具有指导性价值。


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