（农业水土工程专业论文）大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究.pdf

蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究 中文摘要 我国现有大型灌区4 3 4 处，是我国农业灌溉的骨干及我国重要的商品粮、棉、 油基地，在农业和农村经济发展中及改善生态环境等方面有着十分重要的地位和 作用。为了改善灌区工程与管理状况，遏制灌溉效益衰减趋势，提高灌溉水利用 效率和农业综合生产能力，1 9 9 8 年，国家启动了全国大型灌区续建配套与节水 改造规划项目。今后大型灌区续建配套与节水改造规划设计的任务仍然艰巨， 对其相关技术和方法进行研究显的尤为重要，为此，本文开展了以下工作： ( 1 ) 本文提出了一般渠段、轮灌渠道及续灌渠系的纵横断面优化设计方法。 大型灌区续建配套与节水改造中，由于灌溉渠道系统的投资在整个灌区改造总投 资中占相当大的比重，特别是渠道的开挖及衬砌费用投资很大，因此其设计的科 学与否将直接影响到水资源利用效率的高低以及农田水利工程在农业生产中效益 的发挥。在目前的灌区续建配套与节水改造中，渠道纵横断面参数，特别是纵坡 的选择十分重要，这对灌区改造完成后的管理运行具有重要的经济价值。本文基 于遗传算法，以工程量最小为目标函数，考虑不冲不淤及首末水位约束，提出一 般渠段横断面及轮灌渠道纵横断面的优化设计模型和求解方法；对骨干输配水渠 系的纵横断面优化设计，针对灌区改造中常用的断面形式，首次考虑了渠段的最 小水位、干支渠分水口水位衔接校核，以工程量最小为目标函数，提出了二级骨 干输配水系统动态规划模型及求解方法。 ( 2 ) 本文首次建立了基于b p 神经网络的灌区建筑物工程量估算模型，开发 了辅助设计模块，方法简便、实用。按照国家大型灌区续建配套与节水改造 2 0 0 9 2 0 2 0 年规划，至2 0 2 0 年尚存近1 2 0 0 亿投资要实施，为了科学安排灌区投 入资金，在规划阶段对灌区建筑物工程进行投资估算就显得十分重要。对水利工 程的造价估算，我国通常采用工程概算估价法，该方法是根据已建类似工程的工 程量，结合拟建工程的实际情况，首先估算其工程量，再按不同的单价估算其价 值量，编制概算，从而得到它的投资估算。灌区建筑物工程概算估价法关键是工 扬州大学博士学位论文 程量估算。论文通过分析灌区各类建筑物工程影响工程量的主要因素，在分类建 立主要灌区工程数据库( 工程主要技术参数、主要工程量、主要材料用量等) 的 基础上，首次建立了基于b p 神经网络的工程量估算模型，开发了辅助设计模块， 方法简便、实用。 ( 3 ) 本文首次建立了灌溉泵站群优化布局调整的动态规划模型，针对此模型 首次提出了耦合约束具有明确边界的动态规划降维方法。在大型灌区续建配套与 节水改造规划中，经常会发现有些灌区骨干灌溉干渠( 河) 两岸的灌溉泵站提水 能力接近或大于渠道引水能力，造成灌溉高峰季节，引水渠( 河) 道水位急剧下 降，致使无法正常灌溉，且使引水渠( 河) 道生态恶化的现象。本文针对该类灌 区内灌溉泵站群的特点，以耗能最小为目标函数，以满足灌溉引水要求及生态需 求为约束条件。首次建立了灌溉泵站群优化布局调整的动态规划模型，为此类灌 区灌溉泵站群的优化布局及灌溉渠道规划调整提供科学依据。论文针对灌溉泵站 群优化布局调整动态规划模型的特点，首次提出了耦合约束具有明确边界的动态 规划降维方法，丰富了动态规划优化理论。 ( 4 ) 为了提高大型灌区续建配套与节水改造规划设计的工作效率，论文首次 采用“v b + m a p x ”开发完成了基于g i s 的灌区规划计算机辅助设计系统。系统采用 面向对象的编程方法，以m i c r o s o rv i s u a lb a s i c6 o 作为丌发平台，采取人机对话 的方式，实现了多种软件( v i s u a lb a s i c6 0 、m a p x 控件、m i c r o s o f la c c e s s 等) 的 跨平台集成。系统可协助灌区规划人员对灌区进行全过程规划设计，包括设计代 表年的选择、作物需水量计算、作物灌溉制度计算、灌水率计算、灌溉渠系g i s 实时规划、渠系设计流量推算、渠道纵横断面设计、渠系纵横断面优化、排水沟 道g i s 实时规划、排水流量计算、排水沟道断面设计、渠系建筑物g i s 实时规划、 灌区建筑物工程造价估算、经济分析等。 关键词：大型灌区：续建配套与节水改造：遗传算法：人工神经网络；动态规划； 渠系优化；工程造价估算；灌溉泵站群；计算机辅助设计 蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究 a s t r a c t c h i n ah a s4 3 4l a 唱e s i z e di r r i g a t i o nd i s t r i c t s ，w h i c hn o to n l yi st h eb a c k b o n eo f c h i n a sa g r i c u l t u r e i r r i g a t i o na n dai n l p o n a n tp r o d u c t i o nb a s eo fc o m m o d i t yg r a i n ， c o t t o na n do i l ，b u ta i s oh a sav e r yi m p o n a n tp o s i t i o na n dr o l ei na g “c u l t u r ea n dr u r a l e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n de c o i o g i c a le n v i r o n m e n ti m p r o v e m e n t i no r d e rt oi m p r o v e t h es i t u a t i o no fi r r i g a t i o ne n g i n e e r i n ga n dm a n a g e m e n t ，c o n t a i ni r r i g a t i o ne 陌c i e n c y a t t e n u a t i o n ，2 u l di m p r o v ei 仃i g a t i o nw a t e ru s ee m c i e n c ya n da g r i c u l t u r a lc o m p r e h e n s i v e p r o d u c t i v i t y ，t h ec o u n t r yl a u n c h e da ”r e h a b i l i t a t i o na i l d 、v a t e r _ s a v i n gr e f o mp l a r u l i n g i nn a t i o n a ll a r g e - s i z e di r r i g a t i o nd i s t r i c t s 行o ml9 9 8 ”p r o j e c t a st h ea r d u o u st a s ko f r e h a b i l i t a t i o na n dw a t e r - s a v i n gr e f o r n lp r o j e c t si nl a 唱e s i z e di 盯i g a t i o nd i s t r i c si nf u t u r e t h er e s e a r c ho nr e l a t e dt e c h n i q u e sa n dm e t h o d si s e x t r e m e l yi m p o r t a n t t h e r e f o r e ，c h e p a p e rh a sd o n ef o l l o w i n gw o r k s ： ( 1 ) t h i sp a p e rp r o p o s e sa no p t i m i z a t i o nd e s i g nm e t h o df o rg e n e r a lc a n a lc r o s s s e c t i o na n dr o t a t i o nc a n a l sa n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m t h ep a p e rd u r i n gt h er e h a b i i i t a t i o n a n d 、v a t e r 二s a v i n gr e f b n ni nl a r g e s i z e di r r i g a t i o nd i s t r i c s ，t h ec o s to fi r r i g a t i o nc a n a i s y s t e m sa c c o u n t sf o ral a r g ep r o p o r t i o no ft h et o t a li n v e s t m e n t ，e s p e c i a l l yt h ec a n a l e x c a v a t i o na n di i n i n gc o s t s 伊e a t l y ，t h e r e f o r e ，w h e t h e ri t sd e s i g ni ss c i e n t i 疗ci m p a c t s t h ew a t e rr e s o u r c e su s ee 币c i e n c y锄dt h e p l a yo ft h ei r r i g a t i o na n dd r a i n a g e e n g i n e e r i n gi na g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n i nt h ec u 盯e n ti r r i g a t i o nd i s t r i c sr e h a b i l i t a t i o n a n da n dw a t e r - s a v i n gr e f o r m ，t h ed e t e l l l l i n a t i o no fp a r a m e t e r so fc a n a lp r o f i l ea n dc r o s s s e c t i o n ，e s p e c i a l l yt h ei o n g i t u d i n a ls l o p e ，h a si m p o n a n ts i g n i 6 c a n c e ，a l s oh a si m p o r t a n t e c o n o m i cv a i u ei n i 1 1 r i g a t i o n a r e am a n a g e m e n ta r e rt h er e f o r mc o m p l e t i o n b a s e do n g a ，t h i sp a p e rp r o p o s e sa no p t i m i z a t i o nd e s i g nm o d e la n ds o l u t i o nm e t h o df o rg e n e r a l c a n a lc r o s ss e c t i o na n dd i s t r i b u t i o nc a n a l sp r o i ea n dc r o s ss e c t i o n ，w h i c ht a k e st h e m i n i m u me n g i n e e r i n gq u a n t i t ya so b j e c t i v e 如n c t i o na n dc o n s i d e r st h ec o n s t r a i n t so f n o n s c o u r i n g ，n o n s i l t i n ga n di n i t i a la n de n d i n gw a t e rl e v e l ；a sf o rt h eo p t i m a id e s i g no f 4 扬州大学博士学位论文 t h ep r o f i l ea n dc m s ss e c t i o no ft h em a i nd e l i v e r ya n dd i s t r i b u t i o nc a n a l ，a c c o r d i n gt ot h e c o m m o ns e c t i o nf o r mi ni r r i g a t i o nd i s t r i c t sr e f o r m ，t h i sp a p e rn r s tp r o p o s e sad y n a m i c p r o g r a m m i n gm o d e lf o rt v 旧- s t a g eb a c k b o n ew a t e rd e l i v e r ya j l dd i s t r i b u t i o ns y s t e m ， w h i c ht a k e st h em i n i m u me n g i n e e r i n gq u a n t i t ya so b j e c t i v e 几n c t i o na n dc o n s i d e r st h e m i n i m u mw a t e rl e v e lc o n n e c t i o na n dl e v e lc o n s t r a i n so ft h et r u m ( a n db r a n c hc a n a l s f l o wd i v i s i o n ( 2 ) t h ep a p e r 丘r s tc o n s t r u c t saq u a n t i t i e se s t i m a t i o nm o d e lb a s e do n t h eb pn e u r a l n e t w o r k a c c o r d i n gt o n a t i o n a ll a 唱e s i z e di 1 1 r i g a t i o n d i s t r i c sr e h a b i l i t a t i o na n d 、v a t e r - s a v i n gr e f o n np l a n n i n g ( 2 0 0 9 2 0 2 0 ) ”，t h e r ei sa nj n v e s t m e n to fn e a r l y12 0b i l l i o n t ob ei m p l e m e n t e du n t i l2 0 2 0 f o rt h es a k eo fa r r a n g i n gt h ei n v e s t e dm n d ss c i e n t i f i c a i l y i ti sq u i t ei m p o r t a n tt oe s t i m a t et h ei n v e s t m e n to fb u i l d i n gp r o j e c t si ni r i r g a t i o na r e a a s f o rw a t e rc o n s e r v a n c yc o s te s t i m a t i o n ，t h ep r o j e c te s t i m a t e 印p r a i s e m e n tm e t h o di s u s u a l l ya d o p t e di no u rc o u n t r y t h em e t h o df i r s t l ye s t i m a t e st h eq u a n t i t i e si na c c o r d a n c e w i t ht h e q u a n t i t i e s o fs i m i l a rc o n s t r u c t e dp r o j e c t s ，w h i l ec o n s i d e r st h ec o n c r e t e c o n d i t i o n so ft h ep i a n n i n gb u i l d i n ge n g i n e e r i n g ，s e c o n d l ye s t i m a t e st h ev a l u eq u a n t i t y b yd i f r e r e n tu n i tp r i c ea n dt h e nc o m p i i e st h ee s t i m a t i o n ，t h u so b t a i n st h ei n v e s t m e n t e s t i m a t i o n t h ek e yp r o b l e mo ft h em e t h o di st oe s t i m a t e st h eq u a n t i t i e so ft h ep l a n n i n g b u i l d i n ge n g i n e e r i n g t h r o u g ha n a l y z i n gt h em a i nf a c t o r st h a ti n n u e n c et h eq u a n t i t i e s o fa l lt y p e so fb u i l d i n gp r o j e c t si ni r i r g a t i o na r e a s ，t h ep a p a re s t a b l i s h e st h em a i n p r o j e c t s c l a s s i f i c a t i o nd a t a b a s e i n c l u d i n g t h e m a j o r t e c h n i c a l p a r a m e t e r s ， m a i n q u a n t i t i e s a n dt h e q u a n t i t y o fm a i n m a t e r i a l s ， t h e nf i r s tc o n s t r u c t saq u a n t i t i e s e s t i m a t i o nm o d e lb a s e do nt h eb pn e u r a ln e t w o r k w h i c hh a sf i l l e di nt h eb l a c ko f b u i l d i n gc o s te s t i m a t i o nm e t h o di nt h ep l a n n i n gs t a g ea n dh a sas t r o n g e ra p p l i c a t i o n v a l u e ( 3 ) t h ep a p e r n r s tc o n s t r u c t sad y n a m i cp r o g r a m m i n gm o d e lo ft h el a y o u t a d j u s t m e n to p t i m i z a t i o no fi r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o ng r o u p ，a n dn r s t l yp u t sf o n v a r da d i m e n s i o n a l i t yr e d u c t i o nm e t h o df o rt h ed y n a m i cp r o g r a m m i n gm o d e l d u r i n gt h e 蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究 r e h a b i l i t a t i o na n dw a t e r s a v i n gr e f o m li nl a 唱e - s i z e di r r i g a t i o nd i s t r i c t s ，a st h ew a t e r l e v e li nt h em a i nd i v e r s i o nc h a n n e l ( r i v e r ) i su s u a l i yl o w ，f a r m l a n di n i g a t i o nd e p e n d so n t h es m a l li r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o n sa i o n gt h et w os i d e so ft h em a i nc a n a l i ni r r i g a t i o n p e a ks e a s o n ，t h a tt h ec a p a c i t yo ft h es t a t i o n si sc l o s et oo rg r e a t e rt h a nt h et r a n s f e r c a p a c i t yo f t h ec a n a l sc a u s e sas h a 叩l e v e ld r o pa n de c o l o g i c a ld e t e r i o r a t i o ni nt h er i v e r s s o m e t i m e s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ei r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o ng r o u pi n i r r i g a t i o nd i s t r i c t s ，t h ep a p e rp r e s e n t sad y n a m i cp r o g r a m m i n gm o d e lo ft h el a y o u t a d j u s t m e n to p t i m i z a t i o no fi 丌i g a t i o np u m p i n gs t a t i o ng r o u pf o rt h ef i r s tt i m e t h e d y n a m i cp r o 伊a m m i n gm o d e lt a k e st h em i n i m u me n e r g yc o n s u m p t i o na so b j e c t i v e 凡n c t i o na n dc o n s i d e r st h ei r r i g a t i o nd i v e r s i o nd e m a n da n de c o l o g i c a lr e q u i r e m e n t ，a n d p l i o v i d e ss c i e n t i f i cb a s i sf o ri r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o ng r o u pl a y o u to p t i m i z a t i o na n d i r i 玛a t i o nc a n a l sp l a n n i n ga d j u s t m e n t i nv i e wo ft h em ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed y n a m i c p r o g r a m m i n gm o d e io ft h el a y o u ta d j u s t m e n to p t i m i z a t i o no fi r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o n g r o u p ，t h i sp a p e rf i r s t l yp u t sf o 删a r dad i m e n s i o n a l i t yr e d u c t i o nm e t h o df o r t h e d y n a m i cp r o g r a m m i n gm o d e lw i t hc o u p l i n gc o n s t r a i n tw i t hc l e a rf e a s i b i er e g i o n ，w h i c h e n r i c h e st h et h e o r yo fd y n a m i cp r o g r a m m i n go p t i m i z a t i o n ( 4 ) i no r d e rt oi m p r 0 v et h ew o r ke m c i e n c y ，t h i sp a p e rn r s tu s e s ”v ba n dm a p x ”t o d e v e l o p ac o m p u t e ra i d e d d e s i g ns y s t e mb a s e do ng i s u s i n go b j e c t - o “e n t e d p r o g r a m m i n gm e t h o da n dt a k i n gm i c r o s o i = tv i s u a lb a s i c6 0 a st h ed e v e i o p m e n t p l a t f o n n ，t h ec a ds y s t e mr e a l i z e st h ec r o s s - p l a t f o r mi n t e g r a t i o no fv a r i o u ss o r w a r e s ( v i s u a lb a s i c6 o ，m a p xc o n t r o l ，m i c r o s o ra c c e s s ，e t c ) b yt h ew a yo fm a n - m a c h i n e c o n v e r s a t i o n t h i ss y s t e mc a nh e l pt h ep l a n n e r st oc a r r yo u tt h ew h o l ep l a n n i n ga n d d e s i g np r o c e s so ft h ei r r i g a t i o na r e a ，w h i c hi n c l u d e st h ec h o i c eo ft h ed e s i g nt y p i c a l y e a r ，c r o pw a t e rr e q u i r e m e n tc a l c u l a t i o n ，d e n c i ti r r i g a t i o ns c h e d u l ea n di r r i g a t i o nr a t e c o m p u t a t i o n ，g i s r e a l t i m e p l a n n i n go fi 丌i g a t i o n c a n a l s y s t e m ，c a l c u l a t eo fc a n a i s y s t e md e s i g nn o w ，d e s i g na n do p t i m i z a t i o no fp r 0 6 l ea n dc r o s ss e c t i o n ，g l sr e a i t i m e p l a n n i n go fd r a i n a g ed i t c h ，c a l c u l a t i o no fd r a i n a g ed i s c h a r g e ，d e s i g no fd r a i n a g ed i t c h e 扬州大学博士学位论文 s e c t i o n ，g i sr e a l t i m ep l 锄i n go fi 盯i g a t i o na r e ab u i l d i n g ，e s t i m a t ea n de c o n o m i c a n a l y s i so fp r i o l j e c tc o s t ，a n ds oo n k e yw o r d s ：l a r g e - s i z e di r r i g a t i o nd i s t r i c t s ；r e h a b i l i t a t i o na n dw a t e 卜s a v i n gr e f o n l l p r q e c t s ；g e n e t i ca l g o r i t h m ；a r t i n c i a l n e u r a ln e t w o r k sm o d e i ；d y n a m i cp r o g r a m m i n g ； i r r i g a t j o nc a n a is y s t e mo p t i m i z a i i o n ；p r o j e c tc o s te s t i m a t i o n ：i r r i g a t i o np u m p i n gs t a t i o ng r o u p ； c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 扬州人学博十学位论文 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：季口乞彳7 签字日期：- 2 卯甲年勿月j5 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：缸知 签字日期： 尹年6 月- r 日 导师签名：孑墨君析 签字日期： 移7 年6 月f 5 日 蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究 l 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国大型灌区的基本情况 根据水利部统计1 1 ，2 ，3 1 ，全国规划灌溉面积在3 0 万亩以上的大型灌区共4 3 4 处， 总规划灌溉面积为3 0 0 亿亩，截止到2 0 0 5 年底有效灌溉面积2 4 6 亿亩，占耕地 面积1 8 ，生产粮食占全国l 4 ，农业生产总值占全国l 3 ，灌溉用水量约1 5 0 0 亿 m 3 。由此可见，大型灌区是我国农业灌溉的骨干及我国重要的商品粮、棉、油基 地，在农业和农村经济发展中及改善生态环境等方面有着十分重要的地位和作用。 我国现有的大型灌区大多建于5 0 6 0 年代，当时正处于建国初期，国家百废 待兴，虽然对水利较为重视，但由于当时资金不足，绝大多数只能因陋就简，而 且很多工程未能全部完成，配套设施更差，加之运行几十年缺乏正常的维修费用， 在长期运行中老化失修严重，已远不能适应农业乃至整个社会经济发展的要求。 1 9 9 7 年7 月3 0 日，全国政协经济委员会在对全国大型灌区进行调查发现存在的问 题主要有：灌区工程老化，损坏严重，多年来带病运行；续建配套不足，抗 旱能力低，水资源浪费严重；现有部分水利工程设计标准低，规划布局不合理。 管理设施不足，手段落后。 为此，我国从1 9 9 8 年开始拉开了大型灌区续建配套与节水改造的序幕，按照 党的十七届三中全会提出的要求，2 0 2 0 年将基本完成大型灌区节水改造任务1 4 j 。 1 1 2 大型灌区续建配套与节水改造的必要性1 5 1 2 l 从我国水资源面临的形势来看，我国大型灌区现状灌溉水利用系数普遍偏低， 大型灌区一方面存在着严重缺水问题，另一方面又存在着严重浪费的现象，具有 较大的节水潜力。要解决农业灌溉缺水的问题，除在有条件的灌区适当开源以外， 节水和水资源高效利用将是解决水资源供需矛盾的根本措施。 由于不少大型灌区同时担负着向城市及农村生活、工业供水的任务，灌区基 础设施同时也是当地水资源配置的基础设施，提高灌区水资源利用效率不仅可以 扬州大学博士学位论文 满足日益增长的农业灌溉用水要求，而且有助于缓解水资源供需矛盾。对大型灌 区进行改造既是水资源合理开发和高效利用的主要措施之一，也是实现2 1 世纪农 业水资源可持续利用和国民经济可持续发展的主要措旋之一。 我国大型灌区现状灌溉保证率普遍偏低，抗旱能力差。大型灌区改造后，可 提高灌溉设计保证率，通过对农业结构和种植结构进行调整，加大两高一优农业 种植比例，增加农民收入和粮食生产能力。 对大型灌区进行以节水为中心的续建配套与技术改造，可减少灌溉用水的无 效消耗，有效地节约水资源，减少灌溉用水量，遏制地下水的进一步超采，防止 大面积的土壤次生盐渍化，节余的水量可部分用于维护生态环境，对保护生态系 统、改善水环境、防止土壤沙化具有重要作用，是我国生态环境建设的重要组成 部分。 对大型灌区进行续建配套与节水改造，通过一定的资金投入，完善灌区管理、 量测、通讯及监测等设施，为提高灌区的管理手段和管理水平打下良好的基础。 通过灌区改造和改革，可促进灌区管理体制、运营机制、水价和水费制度的改革， 实现水土资源的优化配霄和高效利用，对大型灌区的良性运行起着积极的推动作 用。 综上所述，根据新时期经济社会发展对灌区发展的要求，及灌区内外部水资 源及市场条件的变化，对大型灌区进行系统的续建配套与节水改造，是我国灌溉 事业开始由外延型向内涵型转变的标志；是通过灌区现代化建设推动和促进传统 灌溉方式的革命，促进农业结构调整、耕作方式和生产关系调整的革命性措施： 是在2 l 世纪实现灌区水资源可持续利用和经济社会可持续发展的重要战略举措。 对发展我国农村经济、改善区域生态环境、推进灌区管理体制和运行机制改革具 有极其重要作用。 1 1 3 全国大型灌区续建配套与节水改造工作进展 为了改善灌区工程与管理状况，遏制灌溉效益衰减趋势，提高灌溉水利用效 率和农业综合生产能力，1 9 9 8 年，国家启动了全国大型灌区续建配套与节水改 蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划i 殳计相关技术与方法研究 9 造规划项目，利用国债资金进行大型灌区以节水为中心的续建配套与技术改造。 根据水利部2 0 0 1 年批准的全国大型灌区续建配套与节水改造规划报告， 拟用1 5 年左右的时间基本完成全国大型灌区续建配套与节水改造任务，规划总投 资1 7 9 3 亿元，其中骨干工程1 2 1 3 亿元，田问工程投资5 8 0 亿元。无论是骨干工 程或是田间工程，绝大部分投资均用于灌溉排水系统的工程改造。启动大型灌区 改造的主要背景一是灌溉系统配套不全、老化失修，二是灌溉水利用率低、特别 是输水损失大。主要矛盾和问题大多数都集中在灌排系统上。因此，大型灌区灌 溉排水系统工程改造的策略、技术方案等，对于大型灌区改造的效益发挥、特别 是保障国家巨大投资的有效性，有着特殊的重要意义。1 9 9 8 年以来，大型灌区改 造的投资也主要用于灌排系统工程的改造。 ( 1 ) 大型灌区灌排系统工程改造进展【b l 党中央和国务院高度重视大型灌区以节水为中心的续建配套与技术改造。中 共中央、国务院2 0 0 5 年“一号文件”明确指出：“加快实施以节水改造为中心的 大型灌区续建配套。新增固定资产投资要把大型灌区续建配套作为重点，并不断 加大投入力度。”截至2 0 0 4 年末，国家已利用国债资金1 4 2 4 亿元对部分大型灌区 进行了续建配套与节水改造工程建设，其中中央国债资金7 8 3 亿元。1 9 9 8 2 0 0 4 年，大型灌区续建配套与节水改造，共衬砌渠道1 2 7 8 4 l ，配套、加固、改造建 筑物3 9 5 8 3 座，使工程安全性能得到提升，灌溉条件得到一定改善，缩短了渠道 输水时间和灌溉周期，提高了渠道输水能力，减少了水量损失，提高了灌溉保证 率，对于提高农业综合生产能力、促进农民增收和农业增效、改善大型灌区农业 生产条件和农民生活环境起到了重要作用，经济效益、节水效益、减灾效益显著。 尽管大型灌区改造取得了显著效益，但这些效益仅仅限于“项目的受益区”。 目前已安排大型灌区改造项目投资仅占其骨干工程改造规划投资的1 6 5 、大型灌 区改造规划总投资的1 1 2 ，全国尚有1 4 7 个大型灌区未开工进行改造，且主要集 中在粮食主产区。因此，大型灌区灌溉排水系统工程改造任务还十分艰巨。 ( 2 ) “十一五”期间灌排系统工程改造基本任务1 2 j 为了达到“十一五”期间大型灌区节水改造的目标，“十一五”期间的基本任 i o 扬州大学博十学何论文 务包括： 继续对已开工改造的灌区进行续建配套与节水改造，争取“十一五 期间 基本完成7 0 个左右灌区的规划改造任务。 ( 多全面启动1 9 9 8 年以来尚未开工的大型灌区以节水为中心的续建配套与技术 改造，充分发挥这些灌区在改造初期投资的边际效益大、投资省、见效快的特点。 着力推进以用水户参与灌溉管理为重点的灌区管理体制与运行机制改革， 全面完成灌区定性，为人员定岗定员工作创造条件。项目受益区用水户参与管理 的灌溉面积增加2 0 以上。 在3 0 个左右大型灌区开展“节水型灌区”建设试点，采取综合措施进行灌 排渠系工程改造与管理体制与机制改革。 着力提高输水效率和减少输水损失，使项目受益灌区的灌溉水利用率提高 1 5 以上；积极开展灌溉排水试验和灌区高效用水管理技术的研究与推广应用，加 快发展灌区量测水技术，项目受益灌区实行“斗口”以下量水的控制面积增加1 5 以上。 推进灌区信息化建设，建立全国大型灌区基础数据库和信息系统，及时掌 握灌溉排水面积、效益、灌区农业生产能力、灌溉系统状况、用水状况等方面的 动态，为政府决策提供依据。 “十一五”期间全国大型灌区续建配套与节水改造规划的主要建设内容包括 骨干工程、田问工程以及相关的管理支撑系统。其中，骨干工程又包括渠首工程、 渠系建筑物工程以及骨干灌溉排水工程等内容。 1 1 4 江苏省大型灌区续建配套与节水改造过程 建国以来，我省兴建了万亩以上灌区2 l l 处，设计灌溉面积3 0 2 5 2 万亩。这 些灌区经过几十年的配套建设，初步形成了具有一定规模的灌排工程体系，成为农 田灌溉排水、农村生态环境用水等的重要基础设施，为保障农业增产、农民增收、 农村经济可持续发展和粮食安全，奠定了坚实的基础。 这些灌区大多建于上世纪五、六十年代，当时规划设计先天不足，加上多年 运行使用、管理 h 放，导致了灌区内现状水利设施不适应农业生产和农村经济发 蒋晓红：大型灌区续建配套与节水改造规划设计相关技术与方法研究 l i 展的状况越来越突出，影响工程效益的发挥，严重制约了当地农业以及社会经济 的发展。主要突出问题有：灌区渠系建筑物工程不配套，工程老化失修：灌区缺 少量水设施，漏水渗水现象严重，灌溉水利用系数低：灌区管理手段、管理方式 科技含量低，管理粗放，灌溉效率低下；灌区管理体制机制缺乏活力，灌溉效益 差。 “九五”以来，国家规划发行2 0 0 0 亿国债对全国4 3 4 个大型灌区进行续建配 套与节水改造工作。我省共有2 9 个灌区列入江苏省大型灌区续建配套节水改造 规划，规划灌溉面积1 7 7 8 1 万亩，占全省灌溉面积的2 6 6 ，规划续建配套与节 水改造工程总投资1 0 6 7 亿元。 我省大型灌区续建配套与节水改造工作，于1 9 9 8 年在宿迁皂河灌区试点开工， 2 0 0 0 年起全面启动，至2 0 0 8 年底我省大型灌区已全部开工。 1 2 论文研究的目的和意义 大型灌区改造被列入中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要之 新农村建设的十四大重点工程之一，也是落实十七大三中全会中共中央关于推 进农村改革发展若干重大问题的决定精神的重要举措：推动科学发展，加强农 业发展基础建设，确保国家粮食安全和主要农产品有效供给，促进农业增产、农 民增收、农村繁荣，经济社会全面协调可持续发展的重要保证。如前所述，大型 灌区在规划设计、建设实施和运行管理各阶段都存在着急待解决的一系列问题， 今后大型灌区续建配套与节水改造规划设计的任务仍然艰巨，对其相关技术和方 法进行研究显的尤为重要。 1 3 国内外研究进展 多年来，国内外针对各种各样的灌区规划设计和管理运行问题，建立了众多 的数学模型，提出了许多优化技术，取得了大量的理论成果和实际应用成果。 1 3 1 灌溉渠道系统优化 目前，我国正在丌展大型灌区续建配套与节水改造工作，由于灌溉渠道系统 扬州大学博十学位论文 的投资在整个灌区改造总投资中占相当大的比重，特别是渠道的开挖及衬砌费用 投资很大，因此其设计的科学与否将直接影响到水资源利用效率的高低以及农田 水利工程在农业生产中效益的发挥【1 4 j 。 在节水灌溉方面，国内外也开展了很多的研究。不仅从工程措施方