山闸远程调水优化方案研究.doc

分类号: 密 级: UDC: 单位代码:10078 华北水利水电大学硕士学位论文位山闸远程调水优化方案研究Weishan Study on optimization scheme of remote water transfer研 究 生 姓 名： 指导教师： 专业名称： 所 在 学 院： 2017 年 3 月 16 日独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名： 保证人（导师）签名： 签字日期： 签字日期：学位论文版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利水电大学可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：摘要位山线路远程调水优化方案研究摘 要 远程调水是合理开发利用水资源、实现水资源优化配置的有效手段，水资源优化配置是多目标决策的大系统问题，必须应用大系统理论的思想进行分析研究，传统的水资源配置存在对环境保护重视不够、强调节水忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率提高、突出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用，在水资源严重短缺的今天，必须注重水资源优化配置研究，尤其注重新理论和新方法的研究，协调好资源、社会、经济和生态环境的动态关系本文对位山灌区多年来引水时段、引水引沙量、跨凌汛远程调水问题进行分析研究，指出如何协调灌溉与调水的关系，减少泥沙淤积，将灌溉与调水结合，寻找远程调水的最佳时机、最佳组合，确保灌区灌溉与远程调水两不误、实现水资源效益最大化。主要研究内容如下：首先就当前我国水资源缺乏，实施远程调水和灌区的水资源高效利用阐述了文章研究背景，并详细概述了位山罐区远程调水和灌区用水存在的问题，确立了本文的研究内容。其次通过查找位山灌区的相关文献结合实际地域特点和当前调水的实际线路情况详细阐述了位山调水线路的特点。再次对平原水库今年的调水情况利用数据表格的形式进行了详细的阐述并且总结了平原水库对调水的影响。然后从灌区灌溉、凌汛和远程调水三个角度进行分析分析位山罐区分配水量和实际引水量，并且给出位山罐区最佳引水时段机凌汛与远程调水之间相互影响。最后在结合位山线路特点以及水量引水特性及综合分析灌区最佳引水时段与凌汛相互作用的基础上确定了远程调水的最优指标。关键词：位山灌区；调水；灌溉IIABSTRACTWeishan Study on optimization schemeof remote water transferABSTRACT Weishan Irrigation District is one of the China 6 large scale irrigation district, an important role. Since 1958, the Yellow River cut, build a mountain project began, more than and 40 years, 1981 - 1983 Tianjin, 1993 -1995 into the Yellow River Wei construction, 1998 -2000 rehabilitation and water saving reform, going through twists and turns, constantly improve the existing design flow of water diversion 240 cubic meters / sec Weishan canal, East, west two sediment transport canal, two heavy sand and three trunk canal, branch 53, branch 385, a total length of 3335 kilometers, all kinds of hydraulic structures 5000, 650 million yuan in fixed assets, the design of irrigation area of 5 million 400 thousand mu, 8 counties (city, district control) in most regions. Over the years, Weishan Irrigation District of Liaocheng City, industrial and agricultural production and environmental Everfount to provide high-quality water, a total of 29 billion 800 million cubic meters of water diversion, the annual agricultural irrigation water to nearly 1 billion cubic meters, to Dongchang Lake and the Liaocheng power plant 12 million cubic meters of water. Accumulated 2 billion 440 million cubic meters of water to Tianjin, Hebei, to support the countrys economic development to make outstanding contributions. Due to many years of water and sand diversion channel brush deep, with the same flow rate before the gate level is low, if the water level difference decreases, influence of sluice diversion. And the Yellow River flood flow during the small hill gate before the water level is low, water diversion difficulties, resulting in Hebei pre flow is small, and the gate after serious siltation. Since 2008 without channel dredging, sluice gate with high water level after the performance, the water level elevation decreases, cause diversion difficulties. Small flow of water has increased the channel siltation, the formation of a vicious cycle of water diversion, siltation, making the contradiction between the remote water diversion and irrigation water has become increasingly prominent. The alignment of Weishan Irrigation District for many years of time, water diversion drainage sediment, flood across the long-distance water problems, pointed out how to coordinate the relationship between irrigation and water diversion, reduce sedimentation, irrigation combined with water diversion, the best time for long distance water diversion, the best combination, to ensure maximum irrigation and remote control water two correct, realization benefit. Remote water transfer is an effective means to rationally develop and utilize water resources and optimize the allocation of water resources. The optimal allocation of water resources is a big problem of multi-objective decision-making. It is necessary to apply the thought of large-scale system theory to analyze and analyze the existence of traditional water resources Environmental protection is not enough attention, emphasizing the lack of water conservation, pay attention to the optimal allocation of water resources in the water shortage area and ignore the water resources in the region to improve water efficiency, highlight the efficiency of water resources and ignore the rationality of water within the industry and other issues, affecting the region Economic development and the sustainable use of water resources in the serious shortage of water today, we must pay attention to the optimal allocation of water resources research, with particular emphasis on new theories and new methods of research, coordination of resources, social, economic and ecological environment dynamic relationshipThis paper analyzes the relationship between irrigation and water diversion, reduces sediment deposition, combines irrigation with water transfer, and finds out how to adjust the relationship between irrigation and water transfer. Water the best time, the best combination to ensure irrigation irrigation and remote water transfer correct, to achieve maximum water efficiency. The main research contents are as follows:First of all, the current situation of water resources in China, the implementation of remote water and irrigation areas of efficient use of water resources described the background of the article, and a detailed overview of the mountain area of remote water transfer and irrigation water problems, established the research content of this article.Secondly, the characteristics of the mountain water transfer line are described in detail by finding the relevant literature of the mountain irrigation area combined with the actual regional characteristics and the actual line of the current water diversion.Once again on the plain water reservoir this year, the use of data in the form of data forms were described in detail and summed up the impact of the reservoir on the water transfer.Then, the water distribution and the actual water diversion are analyzed and analyzed from the three perspectives of irrigated irrigation, flooding and remote water diversion, and the interaction between ice flood and remote water diversion is given.Finally, the optimal index of remote water transfer is determined based on the characteristics of the mountain line and the water diversion characteristics and the comprehensive analysis of the interaction between the optimal diversion period and the flood season.KEY WORDS:Weishan irrigation area; Water transfer; Irrigation IV华北水利水电大学硕士学位论文目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论31.1研究背景和意义31.1.1 位山灌区31.1.2 陶城铺东闸31.2 引水存在的问题研究现状41.2.1 黄河调水调沙导致河床下切，引水困难41.2.2 黄河凌汛期流量较小51.2.3 闸后渠道淤积抬高，闸前、闸后水位差减小，影响引水流量61.2.4 远程调水与灌溉用水的矛盾71.3探讨72 位山应急调水线路82.1远程调水的必要性82.2位山历年调水线路82.2.1引黄济淀82.2.2引黄入卫（入冀）102.2.3引黄济津102.2.4引黄济津济淀112.3位山灌区引水引沙分析112.3.1位山灌区历年引水、引沙情况112.3.2灌区引水、引沙预测132.3.3含沙量对比142.3.4闸后渠道清淤152.4调水依据和原则162.4.1调水依据162.4.2调水原则162.5位山线路的特点172.5.1历年来引黄济津、济淀情况172.5.2位山线路经济可靠172.5.3位山线路的备用线路193 平原水库对调水的影响203.1灌区平原水库情况203.2南水北调平原水库情况213.3平原水库对远程调水的影响213.3.1聊城平原水库引蓄黄河水213.3.2南水北调拟建平原水库蓄水223.4引水成本定性分析223.4.1南水北调引水223.4.2黄河水223.4.3引黄、南水北调引水成本定性分析224 灌区灌溉、凌汛与远程调水234.1春灌、秋灌与调水的矛盾234.1.1灌区分配水量与实际引水量对比234.1.2位山西渠引水时段244.2凌汛对调水的影响264.2.1凌汛对引水的影响264.2.2接水工程设计标准低，容易出险264.2.3险情抢护难度大274.2.4远程调水成本增加275远程调水指标285.1调水规模285.1.1远程调水计划上报285.1.2调水规模285.1.3保障措施285.2黄河不同流量下位山闸的可供流量295.2.1黄河来水流量295.2.2不同流量级下位山闸引水流量305.2.3 2010-2011年度引黄入冀应急调水后期调度流量305.2.4引水最优流量选择315.3远程调水时间315.3.1位山闸工农业引水量方面325.3.2凌汛期对引水的影响方面346 研究结论35致 谢36参考文献371 绪论1.1研究背景和意义水资源缺乏成为制约我国经济发展的重要问题。当前我国水资源处于严重缺乏的状态。水作为基础性自然资源和战略性的经济资源，是人类生存、社会发展所需而不可代替的。据水文地理学家的估算，地球上水资源总量约为13.8亿 km3，其中海水占 97.5%，淡水只占2.5%，而真正适宜人类使用的水资源量仅为0.01%。可见，全球的淡水总量是很有限的。目前，世界上许多国家面临水资源危机，有12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300-400万人死于和水有关的疾病。据预计，到2025年，水危机将蔓延到48个国家，35亿人用水困难1-2。全球水危机不仅造成环境、生态系统恶化，也阻碍了世界可持续发展，严重威胁到人类的生存发展和世界的和平进步。 我国水资源时空分布极不均匀，从时间上看，7-10月份大部分地区的降雨量占全年降雨量的60-80%，容易形成春旱夏涝。从空间上看，水资源的空间分布也很不均衡，与我国的人口、土地、经济布局不相匹配，北方地区人口占47%、耕地占65%、GDP占45%，但水资源仅占19%。正常年份，全国每年缺水量为400亿m3，北方地区尤甚。尤其是近年来，河北东部、天津市严重缺水，部分水库干枯，为解决河北、天津城市用水问题，国务院决定实施远程调水。远程调水是合理开发利用水资源、实现水资源优化配置的有效手段。通过调水，缓解用水地区水资源紧张的局面，解决当地工农业、人畜饮水、生态用水，改善受水区生态环境，因此，实施远程调水非常必要。随着社会的发展进步和人民生活水平的提高，对水的数量和质量的要求会越来越高，届时，缺水形势必将更为严重，供给与需求之间的矛盾也将日益尖锐，未来水资源形势十分严峻。从长远利益和可持续发展的角度考虑，对有限的水资源进行合理配置，实现高效利用是十分必要的，也是缓解水资源短缺、供需矛盾的必要手段。针对位山罐区当前存在的诸多问题，按照灌区“减量、开发、利用、外运”的泥沙治理方针和“集中沉沙与远距离输沙相结合,自流沉沙与以挖待沉相结合,机械化清游施工与高地开发治理相结合,泥沙利用与扶贫相结合”的思路,针对西输沙渠泥沙严重游积和西沉沙池容积严重不足的现状,开展灌区水沙调度方式与沉沙池输沙通道技术研究,充分利用有利条件,适时改变灌区引水调度运行方式,达到沉沙池动态调控和提高沉沙池使用年限的目的。本文对位山灌区多年来引水时段、引水引沙量、跨凌汛远程调水问题进行分析研究，指出如何协调灌溉与调水的关系，减少泥沙淤积，将灌溉与调水结合，寻找远程调水的最佳时机、最佳组合，确保灌区灌溉与远程调水两不误、实现水资源效益最大化。1.2国内外研究综述现状1.2.1国内外研究现状（一）调水管理研究采用跨流域调水的方法,重新分配水资源,缓和以至解决缺水地区的迫切需要,由来已久,许多国家如美国、前苏联、加拿大、法国、澳大利亚、巴基斯但、印度等,都曾进行过尝试,有些还取得了巨大的效益。50年代以后,国外提出了许多调水规划。这些国家的法律体系,政府的权能不同,运作方式各有不同,下面选择几个具有代表性的国家作介绍。美国跨流域调水工程(1)美国跨流域调水工程概况12中央河谷工程、加州水工程、中部亚利桑那工程是美国的三个主要调水工程。中央河谷工程年引水量53亿m3,总灌溉面积约100万hm,。工程除了灌溉之外,还兼有防洪、航运、供水、发电、环境保护及旅游等综合效益。加州水工程从北到南延伸约960mk,年调水量52.2亿m3,是全美最大的州建综合利用水利工程。它的主要目标是供水,其他还具有防洪、发电、旅游、鱼类和野生动植物保护等。中部亚利桑那工程年供水量18.5亿m3,主要解决二战后亚利桑那人口激增,为满足用水需求,大量使用地下水而引起的一系列问题,同时向工程沿线的农业供水。(2)美国跨流域调水工程的管理体制与特点34美国跨流域调水工程的管理并非单纯意义上的工程管理,而是一项涉及法律、经济、社会等诸多方面的系统管理,其中法律是管理的核心与依据,它是有效实施其他各种管理措施的保障。分散性的管理体制美国对调水工程的管理采用分散性的管理体制,管理原则是谁建谁管,联合建联合管。联邦政府、州政府、地方政府及私人企业均可根据有关法律和法规,承担各自的责任,不同程度地参与水资源的开发和管理工作。联邦没有统一的水管理机构,而由垦务局、陆军工程师兵团、水资源委员会和田纳西流域管理局等4个单位分散管理。这些机构由联邦政府或国会授权对本系统的工程规划、设计、施工和运行进行管理。调水规划切实可行美国法律规定水权分为河岸权和优先使用权。按美国水权规定,水的使用权属于邻近水体的土地占有者,因此,美国各州享有水权的行政管理权,即美国河流的主要管辖者属州政府。但美国宪法赋予联邦政府有权控制和开发国家河流,在水资源开发中联邦政府占有主导地位。由于美国的水权归州政府所有,为了维护本州利益,许多州允许兴建州内调水工程,但一般禁止调水出境。由此,美国的调水规划十分重视受水区与水源区的利害关系。对调出水量的多少要进行充分的科学论证,提出相应补偿措施,并达成协议,经有关权力机关批准方可实施。重视多目标开发,发挥工程综合效益美国的调水工程大都是由大坝、水库、水电站、泵站等组成的工程系统。工程建设除了以供水为主要目标外,还兼有防洪、发电、环保、旅游、鱼类及野生动植物保护等功能。因此,在运行过程中往往可取得良好的经济效益和社会效益。跨流域调水有相应的法律保证在美国兴建跨流域调水工程都要经过国会或州立法机构的批准,且必须按批准的计划实施。经批准的规划具有很强的法律约束力,每建一个工程,一般都有一部相应的具体法案,规范包括工程立项、投资、建设到运行管理及投资偿还等全过程。有效的立法和严格依法办事是美国跨流域调水工程建设与管理获得成功的保证。重视工程的运行管理美国是一个十分重视管理的国家,对跨流域调水工程也不例外。采取合理的管理体制、现代化的管理设备,配以高素质的管理人员,不断提高管理水平,确保工程目标的实现。美国经验表明,对工程系统实行集中统一调度有很多优越性。实现自动化集中控制、统一调度是实现调水工程的目标、充分发挥工程效益的主要举措,同时也是节水、节能、优化调度的前提条件。（2）法国跨流域调水管理(1)法国的主要跨流域调水工程2法国为了满足灌溉、发电和供水需要,于1964年动工兴建了迪郎斯凡尔顿调水工程。工程于1983年建成,设计灌溉面积6万h才,年发电量5.75亿wkh,并供150万人饮水。此外,法国还有勒斯特一一加龙河等调水工程。(2)法国的跨流域调水工程的管理特点4.国家对调水工程的建设与管理具有宏观控制权,但具体的管理机构都是独立核算的经济实体,有充分的自主经营权,实行的是一种将行政手段与经济手段相结合的、具有一定竞争机制的管理体制。流域机构负责本流域内水工程的建设与管理。涉及相邻流域的水工程,通常是设立由相关主管部门监督的国家自治机构来负责。（二）调水工程运作模式研究综述过去,我国的调水工程大多按照行政计划的方式来管理,随着市场经济的展,提出了水利行业引入市场机制。调水工程引入市场机制要从水权、水市场及供水企业建立现代企业制度两方面谈。国内外尚未形成一种完整、系统和被公认的水权理论。主要有三种观点:姜文来先生认为“水权是指在水资源稀缺条件下人们有关水资源的权力的总和(包括自己或他人受益或受损的权力),其最终可以归结为水资源的所有权、经营权和使用权”。13崔建远教授认为水权是独立于水资源所有权的一种权力。14还有一种观点认为,水权的概念有广义、狭义之分,广义的权概念是包括水资源的所有权、使用权、受益权、经营权等在内的一组权力或权力束。对水权的不同理解将影响对水资源的分配,主体利益之间的协调等问题,在论文研究中需要有明确的水权定义。(2)刘洪先先生指出:为了使水权的分配、取得和转让得以有序进行,必须建立一套包括水权界定、分配和转让在内的较为完善的水权制度体系。15王治认为:水权转让制度是指用水户对拥有的水权依法有偿转让部分或全部水权,以获得经济利益的行为规则,这里的水权是指水资源使用权或水商品使用权。水权转让制度的建立是经济社会发展到一定阶段的必然产物。16姜文来先生认为:水权转让可以通过政府的行政行为进行,如水权的征购、征用和行政调配等;但通常意义下的水权转让指的是通过市场机制进行的水权交易等市场行为。13市场带有强烈的短期倾向,在防止水资源过度开发利用和水环境保护方面的作用是有限的,且从公平和效益角度考虑,并非所有的水权都可以进入市场进行转让,运用市场配置的仅仅是竞争性经济用水,其他方面的用水配置仍离不开政府的作用。(3)1998年以来,水利行业在适应宏观形势和客观环境变化当中,逐步形成了可持续发展水利的思路,2002年国务院批复了水利工程管理体制改革实施意见确定水管体制改革的基本目标是力争在3至5年内初步建立起符合我国国情、水情和社会主义市场经济要求的水利工程管理体制和运行机制,包括:建立职能清晰、权责明确的水利工程管理体制,建立管理科学、经营规范的水管单位运行机制。(4)刘国维在总结国内外跨流域调水工程管理体制的基础上,对南水北调运行机制进行了探讨,并结合南水北调东线工程的特点,提出了四种管理体制的模式17.统管统调、集中管理模式统管统调集中管理体制的基本形式是:成立具有中央一级行政权威的领导小组。该小组有能力协调各方利益,有最终仲裁调水中出现的各种矛盾和重大问题的权力,是南水北调东线工程最高决策机构。地方分管,中央协调模式这个模式是将南水北调东线工程和设施分省市进行管理,实行边界交水。省内的水量调配完全各省自行决定。省际间调水的矛盾在中央主持下由相关省协商解决。统分结合,以统为主的模式中央成立统一管理机构,这个机构主要负责东线工程水量的统一调度,对省界工程、边界交水站实行统管,在沿线省、直辖市成立相应的工程管理机构,业务上受中央统管机构的指导,行政上受地方领导;对于省内的调水工程,则自成系统,自行管理和调度,但接受统管机构对调水情况的必要监督。水费收入按一定比例上交中央统管机构,大部分留省、直辖市作运行管理和设备维修等费用。供水股份有限公司南水北调供水股份有限公司属国家级公司,实行股份制。由国家、地方新建和已建调水工程折资入股,公司财务独立核算,自负盈亏。(5)刘松深、祖雷鸣提到:跨流域调水工程建设管理体制的总体思路是:“政府宏观调控、股份制运作、企业化管理、用水户参与”,按照规范的公司制要求,实行市场运作。18根据跨流域调水工程建设管理体制构建的总体思路,跨流域调水工程建设管理单位应为企业,应按规范的公司制要求,成立调水有限责任公司,并按“国家控股,授权营运,统一调度,公司运作”的方式运作。水利发展研究中心形势分析研究课题组指出:在水利产业的政府与市场关系中,政府处于主导的地位。因此,合理定位政府职能,正确把握哪些事该管、如何把该管的事管好,是构筑适应社会主义市场经济体制的水利管理体制核心。在前文的研究综述中基本指明了调水工程运行管理政府管制与市场机制相结合的模式,但是调水工程的运行机制是在体制决定“谁(机构、岗位)”“做什么”的基础上,进一步解决“如何做”。如调水有限责任公司如何组建;水源公司与地方供水公司的关系;调水有限责任公司的运作方式;政府在调水工程中的角色定位;政府与市场如何紧密结合等问题都有待进一步的细化研究。引水灌溉在国内外都有较长期的发展历史,引水灌概发展也十分迅速。国外大部分灌区不存在严重的渠系泥沙游积问题,即使有较大含沙量的引水灌概,引水时间也是短暂的,难以对引水灌概构成威胁。因此,国外灌区泥沙问题的研究非常少,系统的泥沙配置与环境控制措施可以借鉴的地方不多。其成果仅限于有关泥沙资源化与利用的研究,如引浑水灌溉利用泥沙资源治理河流侵烛等。M. R. PEART和D. E. WALLING利用位于英国德文郡的河流的泥沙资源,用直接和间接两种方法,分析不同水位、季节的泥沙资源中炭、 、氮等各个成分的比例,为泥沙资源的不同应用提供依据。Misganaw DEMISSIE研究美国伊利诺斯州河流的侵烛和泥沙,通过全面的管理分配泥沙资源,利用泥沙资源治理河流侵烛。J. Knight, S. G. McCarron, A. M. McCabe and B. Sutton把泥沙作为一种风景资源,估计北爱尔兰的泥沙资源在空间的分配,利用其地方性的数据在不同的风景属性的地方,进行造园工程和实施管理策略等。挪威的H.斯托尔通过研究水库中的水资源和泥沙资源,利用水库中的水发电,水库中的泥沙作为建筑材料。世界著名大型的取水工程有:美国科罗拉多河上的帝国现取水工程、印度柯西河上的柯西堪东干渠渠首工程、苏联卡拉达里亚河上的卡姆贝尔-拉瓦特取水土程等,这些工程的泥沙处理利用方式简要介绍如下:(1)美国科罗拉多帝国现灌区帝国现是一座带栏河壅水现的引水枢纽,右岸为引水进加利福尼亚的全美灌概大渠,左岸为引水进亚利桑那州的吉拉总干渠。全美灌概大渠渠首进水渠道与沉沙池相连,水道装有闹门,沉沙池内布置有刮泥机,每台刮泥机都有一个径向的长臂,长臂由于轴心驱动机械的带动而旋转。通过上述措施,沉沙池中的水流流速大大降低,在沉沙池底沉积的泥沙采用旋转式刮泥机进行排沙清游。排沙的方式是使刮泥机连续不断地转动,附着于悬臂上的斜向刮泥片不断地将游积泥沙拨向刮泥机的轴心方向,而后流入轴心部的集沙槽内,最后再将刮泥机集泥槽内的泥沙用冲沙水流冲入加利福尼亚人工水道,通过水力冲沙结合机械辅助清游沉沙池的方式,成功地解决了入渠泥沙问题。(2)印度柯西河上的柯西堰东干渠灌区9柯西堪引水枢纽为印度式,在冲沙闹上游冲沙槽的底板下有冲沙廊道。干渠设计流量424nrys,灌概着印度比哈尔邦萨哈沙和普尔尼两个灌区。在东干渠渠首段离进水间0. 69km处修建了引渠式冲沙廊道。引渠式冲沙廊道修建在干渠渠底和右侧,通过它将进水闹后的引渠中的粗颗粒和中颗粒泥沙依靠水力冲刷到下游河床中去。引渠式冲沙廊道的泄量为干渠流量的15%。廊道进口部分有4条厢式冲沙槽,每条冲沙槽分别联接6条冲沙廊道,进口处用曲线导流墙分割开。冲沙槽,冲沙廊道长度均为100m,然后用一条排沙渠汇集24条冲沙廊道的冲沙水流,将泥沙排入下游河床。引渠式冲沙廊道利用高差和水力冲沙,对于干渠的排沙效果比较明显。(3)前苏联卡姆贝尔-拉瓦特取水工程卡姆贝尔拉瓦特取水工程是费尔干式(即弯道式),主要组成部分包括:上游整治段人工弯道、曲线进水挡沙闹坎滥进水闹及冲沙闹。它布置原则是正面引水,侧面排沙。依据弯道横向环流理论,当水流经过弯曲段时,由于离心力的作用所产生的横向环流,表层含沙量较小的水流流向凹岸进水闹,而含沙量较高的底层水流流向凸岸,当泥沙到达凸岸时,依靠冲沙廊道的吸力和廊道内螺旋水流所具有的巨大输沙能力,将泥沙排至下游河道,保证进水闹前水流畅通。1.2.2国内研究现状从国内灌区运行发展情况来看,泥沙处理与水资源短缺是所有引黄灌区目前及今后面临的主要问题。灌区泥沙问题的研究与引黄灌溉事业和灌区社会生产展密不可分20世纪50年代,开始对引黄渠首工程、放齡改土进行科学研究与实践,以较大力量投入到渠道水流挟沙能力的研究上。60年代和70年代转向渠系防游综合措施的探讨上,发展了沉沙处理与输送技术,对引洪浑水游灌、高含沙水流的挟沙能力、渠道输沙及冲游规律进行了研究。80年代对灌区泥沙利用方面有了较大的发展。90年代对灌区进行了大规模的国家攻关研究,将引黄灌区泥沙问题列入国家八五攻关计划,研究引黄泥沙的游积分布现状及其发展趋势,全面总结了40年来引黄泥沙处理利用的经验和教训,分析引黄灌概放游、稻改、齡背、固堤等泥沙利用带来的巨大经济、社会和生态效应,对清齡泥沙占压土地、渠首沙化和引黄泥沙游积排水河道带来的负面影响也作了专门的研究;通过对典型灌区引水引沙的长期观测资料分析,深入研究了灌区水流泥沙运动的规律,建立了引黄灌区渠网水沙调度的数学模型,论述了不同类型的优化黄河下游灌区泥沙平面分布的处理与利用模式。90年代后期,对泥沙长距离输送问题进行了探索与实践。小 河灌区对远距离输沙技术进行了探讨,研究了泥沙利用方式与泥沙空间分布规律的关系,提出了引黄灌区泥沙资源的合理利用与优化配置途径。位山灌区于2006年开展了 “续建配套和泥沙处理利用的实践与研究”,对输沙渠、沉沙池的水流条件进行了研究,分析了构建低槽高台式沉沙池以及转变沉沙池功能的方式。灌区泥沙问题的根源在于游积分布的不合理和齡积物粗细搭配的失调,沉沙池与干渠游积比例过多,由于过多依赖渠首沉沙作用,沉沙池和干渠游积泥沙除了较粗颗粒泥沙外也将大量富含养分的粘性细颗粒沉积下来。这部分泥沙平均粒径粗,沉沙池和干渠水流中d0. 05mm的粗颗粒含量较多,往往渠首和干渠附近泥沙堆积在渠道两侧,大量占用耕地,而且堆积物的水分涵养能力差,不适宜作物生长,易造成土地沙化,引起生态环境恶化。目前,灌区发起大规模节水改造建设,结合引黄灌区水沙矛盾日益突出问题,关于水沙资源的联合优化配置开始列为重点研究的方向。水沙资源配置的思想最早是针对水沙矛盾突出的黄河流域提出的,钱宁等(1978)针对黄河治理开发中的泥沙问题,提出采用多种措施来综合处理利用黄河的泥沙,逐步形成了 “栏、排、调、放、挖”的综合治沙方略上世纪九十年代,陆续出现了关于水库泥沙综合调节与优化调度方面的研究,可以算作有关水沙联合优化配置的雏形。杜殿勋等(1992)和彭杨等(2004)研究中采用水沙联调的多目标规划理论与模型,对水库水沙综合优化调度运用进行了研究引黄灌区水沙资源优化配置的工作近年来刚刚开展,中国水利水电科学研究院2005年开始对引黄灌区水沙配置理论与关键技术进行研究,在水沙资源多目标优化配置方面已取得初步成果18。王艳华(2007)针对引黄灌区水沙资源利的现状,提出水沙资源多目标优化配置的理论,构造了优化配置综合目标函数,研究了确定各种配置约束条件的方法,建立优化配置数学模型并在典型灌区作了初步的应用1.3 引水存在的问题研究现状1.3.1 黄河调水调沙导致河床下切，引水困难黄河自2002年7月实施首次黄河调水调沙以来，到2012年7月已进行了14次，黄河河道冲刷明显，已将大量泥沙冲沙入海。2005-2010年连续8次调水调沙，主河槽平均刷深1.5m；近几年，小浪底水库蓄水较多，下泄流量相对较大，与历年调水调沙综合作用，1999-2012年艾山大断面主槽冲淤深度累计下降1.29m（表1）。主河槽刷深，同流量下闸前水位表现偏低，闸底板高程不变，闸前闸后水位差减小，一定程度上影响涵闸引水。 表1-1黄河聊城河段艾山大断面历年实测资料Fig 1-1 measured data of the great cross section in Liaocheng reach of the Yellow River时间主槽宽度(m)主槽面积(m2)主槽平均高程(m)主槽冲淤滩地宽度(m)滩地面积(m2)滩地平均高程(m)滩地冲淤溪点高程(m)溪点起点距(m)溪点摆动幅度(m)施测水位(m)面积(m2)深度(m)面积(m2)深度(m)1999.0529 33.21 30 70 38.11 1999.08.10494280039.33 -200.040033.69 55 45 39.19 1999.10.05494343038.06 630-1.270032.98 70 30 39.98 2000.05.10494282039.29 -6101.230034.84 35 65 39.74 2000.1035 -300.060033.93 50 50 39.73 2001.05.11494282039.29 30-0.060033.27 35 65 39.57 2001.1037 -400.080032.95 70 30 39.45 2002.05.11494276039.41 -200.040033.95 20 80 39.45 2002.07.21494307038.79 310-0.620033.26 40 60 39.76 2002.10.12494281039.31 -2600.520033.61 30 70 39.11 2003.05.12494271039.51 -1000.20034.42 25 75 38.52 2003.11.27494316038.60 450-0.910033.09 3