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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇吉林水利论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:灌区 节水改造 效益分析
1.基本情况
永舒榆灌区位于吉林省中部,吉林市东北部,属第二松花江流域,是吉林省唯一的无坝自流引水大型灌区,设计灌溉面积36.14万亩,总控制面积407km2。灌区跨吉林市的龙潭区乌拉街、大口钦、舒兰市溪河、白旗、亮甲山、法特、榆树市的大坡等七个乡镇和一个国营农场。区域内有第二松花江穿过,水量充沛,地势平坦,土质肥沃,气候温和,具有发展水田得天独厚的优势。永舒榆灌区是全国402座大型灌区之一,是吉林省重要的商品粮基地。
2.存在问题
永舒榆灌区建设历史悠久,始建于时期,先后经历了初建、兴建、电灌、续建等四个阶段性建设,由于灌区阶段性建设的历史原因,致使灌区存在的问题较多,主要是管理设施简陋,主要建筑物年久失修,渠道破损、严重渗漏,灌溉水量损失较大,严重影响灌区正常运行,且浪费大量水资源,灌区效益得不到发挥。为实现“合理灌溉,保证排水,节约用水,增产增收”的发展目标,对灌区进行以节水为中心的续建配套和技术改造十分必要。
3.项目建设实施
从1999年开始,永舒榆灌区进行续建配套与节水改造,到2010年,累计完成渠道衬砌97.722千米,整修干、支渠50.9千米,新建、扩建、改建、维修渠系建筑物504座,累计完成投资19000万元。
4.效益分析(从1999—2010年)
4.1投资费用
4.1.1工程投资(从1999—2010年)
工程累计总投资19000万元,其中建筑工程14364.87万元,机电设备及安装工程309.27万元,金属结构设备及安装工程84.62万元,临时工程748.37万元,工程建设其他费用1729.57万元,基本预备费1763.30万元。
4.1.2流动资金
1999—2010年,永舒榆灌区实际发生流动资金为66万元。
4.1.3运行费用
1999—2010年,永舒榆灌区实际发生运行费660万元
4.2经济效益计算
该工程实施后,产生的直接经济效益主要有灌溉增产效益和节水效益,环境效益主要是增加湿地面积,社会效益主要是项目带动区域内的人民生活水平的提高、社会进一步稳定,有利于社会主义新农村建设。
4.2.1灌溉增产效益
本灌区主要种植作物为水稻。水稻的价格采用2.3元/kg。
a.旱改水效益
该工程运行后,可增加旱改水面积4.2万亩,平均每年可增加效益4473万元,(考虑水利工程措施按40%计取,平均每年为1789.2万元)。
b.荒改水效益
该工程运行后,可增加荒改水面积3.24万亩,平均每年可增加效益 4843.8万元,(考虑水利工程分摊系数按50%计取,平均每年为2421.9万元)。
c. 中低产田改造效益
该工程运行后,将改造中低产田18.51万亩,平均每年增加效益为:14900.55万元,(考虑水利工程分摊系数按30%计取,平均每年为5215.19万元)。
灌溉效益为:9426万元
4.2.2节水效益
每年可节水5861万m3,该水量可开发水田7.44万亩,平均每年可增加效益 7923.60万元,工程分摊按30%计取,每年效益为2377.08万元。
以上各项效益列于表1:
4.3国民经济评价指标结论
经济内部收益率EIRR=12.62%;
经济效益费用比EBCR=2.20;
到2010年项目产生的直接经济效益2.42亿元。
永舒榆灌区续建配套与节水改造工程项目的实施,使干渠衬砌达到40.277km,干渠衬砌率71.04%,支渠衬砌达到56.267km,支渠衬砌率65.13%,分干护岸0.7km,干渠护岸7km,引渠护岸0.3 km,渠系建筑物达到504座,其中完好367座,配套率87.35%,完好率为72.82%。实现改造中低产田18.51万亩,旱改水4.2万亩,新增荒改水面积3.24万亩,灌区的有效灌溉面积将达到31.48万亩,灌溉水利用系数达到0.56,水分生产率0.72kg/m3,提高了渠系灌溉水的利用率,节约水量5861万m3,增收7924万元。增产水稻9215吨,直接经济效益2.42亿元。把从前的旧灌区改造成现代化的可以高效用水的新型灌区,实现了水土资源优化配置,促进了区域内的经济发展,发挥了巨大的经济效益、环境效益和社会效益。
5.结论
永舒榆灌区续建配套与节水改造项目的实施,实现了区域内的水土资源优化配置,实现了农业两大基础要素的优化调控,推动了区域农业快速发展。通过采取节水措施,减少灌区的无效用水,提高了灌溉效率,提高了灌溉水的利用率。把从前的旧灌区改造成现代化的可以高效用水的新型灌区。对灌区实行按方收费的水费收缴制度提供了保障,加快了水利基础产业建设步伐,为今后水利工程的兴建和开发创造了良好的条件,并且具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
参考文献:
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[3]牛起飞,洪林;大型灌区节水改造投资效益分析;中国科技论文在线;1—7
[论文摘要] 通过对磨盘山水库以上流域的径流产生、径流形成过程、洪峰演进机理等分析的基础上,对该流域洪水作业预报方法和经验体会做进一步的分析探讨。
磨盘山水库始建于 2003年,总库容量5.23×l0s m3水库洪水预报对于指导防汛减灾及水库科学调度是不可缺少的项 目,文章拟在对流域的径流产生、径流形成过程、洪峰演进机理等分析的基础上,对该流域洪水作业预报方法和经验体会做进一步的分析探讨。
1 自然地理概况
拉林河是松花江右岸的主要支流之一,发源于长白山脉张广才岭的白石砬子山,流域面积19 200 km2,是黑龙江省和吉林省的省际界河,其中属于黑龙江省的流域面积为10 600 km2,河源海拔高程1 698 m。
该流域东南高、西北低,是黑龙江省的主要暴雨中心之一。流域内山高林密,多生长杨、桦、榆等阔叶林,土层较薄。流域呈圆形状,河谷多呈 V或 U型窄深河谷 ,汇流历时短,水位暴涨暴落,属典型的山溪性河流。
磨盘山水库位于拉林河干流上游 ,在五常市沙河子镇磨盘山村东南2 km处,地理位置 E127。42 、N44~24 。控制流域面积115t 。至河口343 km,至下游五常水文站106 km。水库上游高山峻岭 ,森林茂盛,主要河流有拉林河、大沙河、三岔河、大石头河、黄泥河等。水库下游有大支流:右岸有牛亡牛河,流域面积5 300 km2;左岸有溪浪河和卡岔河,流域面积分别为3 040 kIII2和3 085 。
1.1 降水特征
流域多年平均降水量759.8 mm,降水的年际变化较大,历年最大降水量为 1980年 1 041.4 mm,历年最小为1979年581.9 nlm,相差 1.79倍。 本站降水主要集中在汛期 6—9月,多年平均 6 9月降水量为529.1 nlm,约占年降水量的70%。历年最大 6~9月降水量778.1 mm(1960年),历年最小 6~9月降水量351.9 mm(1978年),历年最大月降水量330.6 mm(1954年8月),历年最大 日降水量113.3 mm(1956年 8月 6 13),历年最大1 h降水量46.6 mm(1988年 8月3日 14时)。
1.2 洪水特征
磨盘山水库洪水为典型的雨洪径流,年最大洪峰集中出现在汛期 6—9月,尤以 7—8月最为集中,7 8月出现年最大洪峰的概率为 60%。
磨盘山水库洪水多单一峰,洪峰停留时间可分为两种情况:
(1)2004年 9月 28日前洪峰滞留时间为1 l1左右。
(2)2004年 9月 28日水库大坝合拢后,自2005年凌汛至夏汛,由于水库泄流只靠导流洞,最大泄流能力只有110 m3/s左右,个别有双峰型,一次洪水历时7 d左右,洪水总量多集中在 1—3 d内。
历史洪水(1932—2008年)。历史洪水排序表见表 1。
2 洪水预报经验分析
磨盘山水库洪水预报方案主要采用降雨径流预报方案,本次分析采用 1953 2004年的有代表性资料。
2.1 产流方式
磨盘山水库站多年平均降水量为759.8 him,多年平均径流深476.7 mm,年径流系数为 0.63。次洪平均径流系数为O.56。汛期由于降雨入渗影响,本流域地下水埋深较浅,暴雨洪水峰型尖瘦,次洪过程呈现涨洪陡、落洪缓的偏态型。一次洪水过程地下水比重均占总径流量的 10%一20%,退水时段持续颇长,由此可以确定本流域产流方式是以蓄满产流为主,产流量计算采用降雨径流经验相关法。
2.2 产流参数的确定
2.2.1 的确定
由前期雨量计算,也称前期影响雨量,为土壤湿度的指标 ,计算公式如下
Po-l+l= (Pl+P )
设每年 5月 1日 =30,用公式 Pm+1=K(+P1进行逐 日推算。每次洪水资料,则用水库流域内水文自动测报系统 14个遥测雨量站算术平均值为流域前期影响雨量的计算依据,并以 ,一为上限控制。
2.2.2 ,一 的确 定
由于该流域汛期降雨集 中而又连续 ,流量过程多为连续峰,因此,选择完全满足推算 k 条件的资料比较困难,推求的 ,一 可能存在一定误差,由《黑龙江省产流参数的地区规律》一文可知,拉林河流域,一 为90 mm,故此方案中仍取90mm。
2.2.3 值的确 定
根据建库前沈家营站 1953~1974年实测水面蒸发资料计算各月蒸发量均值见表 2。
为了计算, 值采用固定系数为0.93。
2.3 一次洪水径流深 总的推求
2.3.1 退水曲线的形式
选取多次峰后基本无雨的径流过程点绘关系曲线图,综合出 £退水曲线。由于本流域平均坡降较大,洪水具有明显暴涨暴落的特点,峰后退水段只有当地表径流终止后才渐变缓 ,故退水曲线可选在较小流量以下部分。退水曲线与本次洪水过程起涨流量 Q起有较密切的关系,当起涨流量较大时,表明前次地下径流在本次洪水过程中所 占比例较大,所以本次洪水退水愈慢。反之若起涨流量愈小,本次洪水退水愈快。
2.3.2 基流
基流是深层地下水对河流的补给量,根据对历年畅流期最小流量分析确定为l5 m3/s,在洪水后或较丰水期则确定为20 I3/s、30 m3/s。
2.3.3 R蘸的推求
采用水平直线分割基流,再将连续洪峰按所选退水曲线割去前期退水,即得本次降雨相应的径流深 Rg。采用下式来计算
尺总=∑Q×/Xt X 3.6/F×1 000
2.4 降雨径流相关图分析
拟定的P Po R及P+ R相关图,高水点子少,由于一般多为复式峰,低水点子较乱,因5 6月的洪水由于地表尚未完全解冻,使径流深偏大,再者 5月 1日Pn定30 rnm也影响5~6月的洪水预报精度。
2.5 建库后汇流分析
自2003 2008年的 19次洪水过程统计中,只有“04一077—24”洪水相对较大,就以此次洪水为例来分析各入库控制站及磨盘山水库的汇流情况。各入库控制站汇流情况:
亮甸子水文站2004年7月24日2时14分降雨停止24 日8时出现洪峰,汇流时间接近6 h。
王家街水文站 2004年 7月 24 日1时31分降雨停止24 日9时出现洪峰,汇流时间为8 h 30 min。
大新屯水文站 2004年 7月 24 日1时08分降雨停止24日7时出现洪峰,汇流时间接近6 h。
2.6 突出点据分析
“88—07一l8”号洪水,降雨中心偏下游,使预报径流深偏大。
“88一08—21”号洪水 ,降雨中心偏下游,使预报径流深偏大。
“00一07—17”号洪水,由于前期较干旱,损失较大,使预报径流深偏大。
3 体 会
(1)雨量观测为日雨量,人为分析12 h单位线有一定误差 ,所以对预报结果有一定影响。
(2) 设每年 5月 1日为30mm,纯经验性。另外,在计算中取用同一 值,累积到后期误差偏大,同样对预报结果有一定影响。
(3)由于考虑地面径流实际过程,本方案汇流单位线净雨深在10.0 l左右,未对单位线进行修正。
(4)水库上游各控制站资料年限较短,构不成资料系列,使产、汇流分析计算比较 困难,也使预报因子很难选择。
(5)由于流域面积较小、汇流时间短、控制站资料年限短,对预报精度有一定影响。
(6)磨盘山水库实用洪水预报方案将随着资料系列的增长而需逐步加以分析完善。
[参考文献]
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[论文摘要]干旱是制约泰来县经济发展尤其是农业生产的重要因素,介绍泰来县旱灾情况、抗旱灌溉引水工程建设的必要性和基本情况及前期工作进展情况,分析工程建设对本县抗旱及其他方面的重要意义。
一、基本情况
泰来县位于黑龙江省西南部,地处黑龙江、吉林、内蒙古三省(区)交界处。全县辖8镇2乡,83个行政村,532个自然屯。总人口32万人,其中农业人口22.8万人。全县总幅员面积3960平方公里,其中耕地231.5万亩、草原109万亩。境内有“一江五河”(嫩江、托力河、二龙涛河、呼尔达河、小绰尔河、乌裕尔河)、374个泡沼。地表水资源总量为12.37亿立方米,可利用水量3.22亿立方米。全县水源充沛,地表和地下水贮量非常丰富,地表水多年平均径流深为20-30mm,年径流量0.78亿立方米,过境河流嫩江多年通过我县水量241.82亿立方米,大绰尔河年平均引水0.7亿立方米,年可开采地下水量为3.70亿立方米。
二、旱灾情况
泰来县属中温带大陆性季风气候,春季干旱风大,夏季高温少雨,秋季干燥多风,冬季寒冷少雪,年平均降雨量392.6毫米,且雨量分布不均,80%集中在6、7、8月份。年均蒸发量1717.1毫米,是年均降雨量的4.4倍。每年8级以上大风天气在20天以上,最大风力达12级,是典型的风沙干旱区。自1949年-2006年58年中,我县发生旱灾48年,春旱连夏旱20年,二十世纪九十年代以来,几乎年年春旱,特别是自2000-2006年,旱情越来越严重,春旱连伏旱,夏旱连秋吊。一是2000-2004年,五年降雨量分别为217.1毫米、189.2毫米、310毫米、385.8毫米和194.2毫米,分别比历年平均降水少175.5毫米、203.4毫米、82.6毫米、6.8毫米和188.4毫米。2000年以来,高温少雨导致我县连续特大旱灾,旱灾面积及所造成的经济损失是建国以来最为严重的。二是连续干旱使全县土壤墒情降到历史最低点,我县岗地、平地、洼地10-30厘米耕层土壤含水量只有6.9-12.7%。三是全县地表水蓄积量急剧减少,地下水位下降幅度较大。除嫩江、托力河和少数几个泡沼外,其它河流、水库和泡沼全部干涸,正常年份全县374个泡沼蓄水可达1.4亿立方米,但现在蓄水量不足0.2亿立方米。由于干旱,自建国以来,我县累计作物受旱面积3419万亩,受灾面积2760万亩,成灾面积2129万亩,绝收面积363万亩,旱灾共造成损失粮食136万吨,经济作物损失9.9亿元。2004年作物受旱面积达182.9万亩,成灾面积155.6万亩,绝收面积80.5万亩,损失粮食24.15万吨,经济作物损失2.7亿元,草场受旱面积109万亩,其中70万亩返青后干枯,林业受旱面积50万亩,导致新植林的成活率仅为45%。2005年作物受旱面积达100万亩,成灾面积75.8万亩,绝收面积30.2万亩,损失粮食12.5万吨,经济作物损失0.31亿元。2006年作物受旱面积达150万亩,2007年旱灾面积71万亩,绝产面积15万亩。
三、规划依据及工程概述
干旱是制约我县经济发展最主要因素,为了从根本上解决制约我县的干旱问题,县委、县政府从我县水资源条件出发,依据通过水利部和省水利厅专家审查的《黑龙江省齐齐哈尔市抗旱总体规划报告》(2002年10月),委托齐齐哈尔市水利勘测设计研究院编制完成了《泰来县抗旱灌溉引水工程项目建议书》(2003年11月)和《泰来县抗旱灌溉引水工程可行性研究报告》。
泰来县抗旱灌溉引水工程位于泰来县中南部,行政区划包括江桥镇、平洋镇、克利镇、胜利乡、泰来镇、宁姜乡等6个乡(镇),23个行政村,幅员面积170万亩,其中耕地75.2万亩,总人口11.28万人。
泰来县抗旱灌溉引水工程从嫩江取水。工程有灌溉和引洪两项任务,提水灌溉水田8万亩,旱田22万亩,解决抗旱水源27万亩,提水流量20m3/s;引洪水到宏胜水库及周围湿地,年最大自流引水量1.084亿m3。
引水工程渠首位于江桥水文站上游约6km,嫩江与绰尔河交汇处的杏花山开山口。嫩江水资源比较丰富,根据江桥水文站45年径流系列(用水还原为天然径流)进行分析,多年平均径流量为225.3×108m3,(多年平均流量为714m3/s),年径流CV=0.46,P=75%的年径流量为149×108m3。
本区地势由西北逐渐向东南倾斜,地形坡降1/3000-1/7000,北部较平坦,南部遍布泡沼、湿地及沙岗。
干旱是本区主要自然灾害,造成农业减产,地下水位降低,灌溉水严重不足,草原、苇地退化,土壤沙化、盐碱化,生态环境遭到破坏,农民生活水平很低,制约当地经济发展。
四、前期工作进展情况
在省、市有关部门的大力帮助和支持下,泰来县抗旱灌溉引水工程项目前期工作进展顺利。2007年,我县先后完成了《泰来县抗旱灌溉引水工程项目建议书》和技术审查工作,完成了《泰来县抗旱灌溉引水工程项目可行性研究报告》和水土保持论证等六个相关论证。省水利厅对项目可行性研究报告出具了审查意见,项目土地预审和水资源论证分别得到省国土资源厅、松辽水利委员会批复。2007年11月,省水利厅将项目建议书报水利部审查。2008年1月,水利部委托松辽委对该项目进行了立项审查并提出核批意见后,2008年6月水利部商同国家发改委同意该项目由我省发改委立项审批。2008年8月,省发改委先后批复了项目建议书和可行性研究报告,省水利厅批复了泰来县抗旱灌溉引水项目渠首工程初步设计报告。2008年9月20日工程正式开工。
五、工程建设其他意义
泰来县抗旱灌溉引水工程建成后除可以解决本区农业用水解决干旱问题外,还有以下几方面的意义。
(一)引水工程是泰来县调整农业种植结构,发展各种经济的需要
目前泰来县中南部地区耕地面积75.2万亩,主要以旱田为主,种植结构为玉米、高粱、绿豆等低附加值农作物。引水工程实施后,可调整种植结构,退耕还湿,退耕还草,以草原为中心发展畜牧业,以水面为中心发展畜禽养殖业,促进各种经营,提高农民收入,带动区域经济发展。
(二)引水工程可为泰来县中东部补充地下水
由于近年来连续干旱,降水偏少,地下水呈逐年下降趋势,据1995年至2001年对泰来县城周边6眼井(好新白庙子、宏升郑家屯、街基绿化、胜利五家子、平洋镇、泰来镇)实际观测资料分析,该区地下水位平均下降1.46m,极值最大降深达2.13m,致使该区20%的农田井抽不上水,60%的农田井抽水量不足,因此实施引水工程,将嫩江水引入该区的湖泡中,补充地下水。
(三)引水工程充分利用了现有工程
引水工程输水渠道利用已建江桥灌区灌溉渠道,进行整修扩建,引嫩江水入宏胜水库等库泡,进行调蓄,减少工程占地。
(四)改善项目区生态环境
关键词:水利枢纽工程 水土保持方案 设计 水土流失
中图分类号:TV22 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(c)-0054-02
水利枢纽工程建设是人类改造自然界的一种手段,通过开发利用水资源,实现水资源在时间上和空间上的重新分配,达到为国民经济服务的目的。工程建成以后,可获得较大的社会经济效益和环境效益,如防洪、发电、灌溉、航运、水库养殖、旅游等。但在工程开发建设过程中,必然会扰动原地貌、损坏土地及植被、产生大量弃土石渣,造成新增水土流失,如不及时采取防治措施,将危害区域环境和威胁下游安全,从而在一定程度上制约国民经济的可持续发展。因此,必须结合当地的实际情况,进行切实可行的水土保持方案设计,防治水土流失,为保护生态环境和工程安全服务。下面以该水利枢纽工程水土保持方案设计作为实例进行分析。
1 基本情况
1.1 项目区自然和社会环境概况
某水利枢纽工程位于吉林长春境内,该流域属北半球中纬度北温带, 流域年平均降水量比较充沛,水资源较丰富,特别是上游山区,山高河陡,水能资源很也丰富。
全江段山岭连绵,森林茂密,植被良好,河谷狭窄,江道弯曲,河底为石质,有岩坎、暗礁和深潭。工程区现有水土流失是以地表径流冲刷引起的水力侵蚀为主,主要形式为面蚀,其次为沟蚀。水土流失强度为1286 t/km2・a,属轻度流失区。
1.2 工程概况
该水利枢纽是以防洪、灌溉为主,兼顾发电、供水和航运等综合利用的水利工程。水库正常蓄水位为65.00 m,防洪限制水位61.00 m,防洪高水位67.94 m,相应防洪库容3.10×108 m3,调节库容1.14×108m3,灌溉农田面积33 533.3 hm2,电站总装机容量49.5 MW;提供工业和生活用水量1.0 m3/s;通航过坝设施按100 t级斜面升船机考虑。另外,为减少淹没损失,对库区4个片区采取工程防护措施。该水库为大(二)型水库,属Ⅱ等工程。主要枢纽建筑物有:主坝、副坝、泄水建筑物、电站厂房、灌溉进水闸等。工程总工期42个月。工程静态总投资98 835.78万元,总投资101 605.36万元。
2 水土流失预测
工程建设中产生的水土流失量主要由两部分组成:一是由于工程扰动原地貌、破坏或占用土地及植被,使该范围内土壤侵蚀加剧所造成的水土流失量;二是由于工程建设产生的大量弃渣不合理堆放而增加的水土流失量。该工程扰动原地貌、损坏土地及植被面积达2 310.14 hm2,工程施工期总弃渣量为55.06×104 m3(松方)。经采用类比法和数学模型法相结合的预测方法进行分析计算,该工程施工区将由原有的轻度水土流失区变为强度水土流失区,水土流失强度将由原来的1 286 t/km2・a增加到7000 t/km2・a,工程建设可能造成的水土流失量达8.91×104 t~9.41×104 t。
3 水土保持方案设计
3.1 水土流失防治分区
该水利枢纽工程占地面积共81.1 hm2,其中包括大坝、厂房等枢纽建筑物占地(17.5 hm2),弃渣场(29.4 hm2)、土料场(8.7 hm2)、石料场(2.4 hm2)、永久公路(4.8 hm2)、施工临时占地(18.3 hm2)。根据工程建设的特点、主体工程的布局、可能造成的水土流失情况以及工程建设用地范围等,将工程水土流失防治划分为6个防治类型区,即弃渣场、土料场、石料场、枢纽工程基础开挖区、永久公路、施工临时占地。
3.2 水土保持措施总体布局
根据各水土流失防治类型区的水土流失特点,遵循治理与防护相结合、植物措施与工程措施相结合、防治水土流失与改善生态环境相结合的原则,统筹布局各项水土保持措施,形成完整的水土流失防治体系:以工程措施为先导,在弃渣场建立拦渣工程,对各永久建筑物周边、块石料场及公路沿线等开挖边坡采取边坡防护工程;利用工程措施的控制性和速效性,使新增水土流失得以集中拦蓄和控制,在此基础上,对料场、渣场利用工程弃土进行表土回填和覆土,经土地整治工程后采取植树造林种草等植物措施进行绿化;对临时施工区、厂区、公路沿线及库区周围等进行绿化,通过植物措施和土地整治工程,保护新生地表和改善生态环境,弃分发挥绿化工程的观赏性和后效性,实现水土流失由被动控制到开发治理的转变。
3.3 分区水土保持措施设计
3.3.1 弃渣场地水土保持措施
枢纽工程永久弃渣量为55.06×104 m3(松方),在右岸上下游和左岸下游共设布置有3个弃渣场。
(1)右岸上游弃渣场:位于坝址右岸上游1.5~2.0 km的一级阶地,地面高程54~60 m(黄海高程),场地开阔,由于此弃渣场位于水库淹没区,其弃渣主要为石渣(堆渣量为22.96×104 m3),因此在水库蓄水前将弃渣推平即可,水库蓄水后其被淹没,对水库防洪不产生影响,也不会造成水土流失危害。
(2)右岸下游弃渣场:位于坝址右岸下游1.5km处的一级阶地,地面高程57 m(黄海高程)左右,堆渣量为5.0×104 m3,因为该弃渣场位于河道边,为防止弃渣造成水土流失危害,需在弃渣场临河一侧修筑拦渣工程,对弃渣进行拦挡。根据渣场的地形、地貌、地质、建材来源及施工条件,经过对拦渣堤和挡渣墙进行方案比选分析认为,采用衡重式浆砌石挡渣墙拦渣。挡渣墙为4级建筑物,全长426 m,墙高5.5 m,底宽3.3 m,顶宽0.5 m,基础底部修筑一底板,厚0.5 m。墙体沿纵向每隔10~15 m设一道伸缩沉降缝,缝宽2 cm,缝内用沥青麻布或沥青木丝填塞,墙体纵向每隔2~3 m设置
(3)左岸下游弃渣场:位于坝址左岸下游1.5 km处的河漫滩地(砂料场旁),地面高程53 m(黄海高程)左右,场地开阔,堆渣量为27.7×104 m3。由于其地理位置的特殊性,在水土流失防治措施设计中采用了两种方案进行比选,一种是在弃渣场临河一侧修筑浆砌石挡渣墙进行拦渣,但由于其地形、地质等因素,使工程造价较高,施工较为复杂,而且视觉上容易有突兀感,影响景观,因此经分析比较后,选用第二种方案,即堆渣时将弃渣先临时堆放于砂料场旁的滩地上,四周修筑临时挡土墙进行拦挡,临时挡土墙墙高1 m,由装土草袋堆砌而成,取砂结束后将临时挡土墙拆除,并将15×104 m3弃渣填于砂料场凹坑中(工程取砂量为15×104 m3),其余12.1×104 m3弃渣依就地势堆垫于砂料场表面,平均堆高约0.63 m,坡度约1∶200。经分析,此处弃渣不影响河道行洪,弃渣经压实后表面平整覆土并营造水土保持林,水土保持林的栽植行方向要顺着规整流路所要求的导线方向,林带与水流方向构成30°~45°角度,呈雁翅形造林。造林树种为垂柳、黄栀子,混交方式采用行间混交,每隔2行黄栀子种植1行垂柳,垂柳株行距为4 m×6 m,黄栀子株行距1.5 m×2 m,整地方式为穴状整地,垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm,黄栀子穴大20 cm×20 cm×20 cm。
3.3.2 土料场水土保持措施
土料场包括枢纽工程围堰用土料场和副坝用土料场以及防护工程用土料场,其中围堰用土料场有2个,副坝用土料场有1个,均位于库区,水库蓄水后将被淹没;防护工程用土料场有10个,均分布于相应堤防附近。土料开采时剥离的表层弃土,先集中堆放在各土料场取料形成的工作台面,土堆堆置高度不超过3 m,堆置边坡坡比控制在1∶2.0以内,在土堆边坡坡脚修筑装土草袋成临时挡土墙进行挡土,土料开采结束后进行表土回填,回填厚度0.3~0.5 m。对防护工程用土料场还应根据土料场的地形及料场来水情况,在料场采挖面内设置土质排水沟,并与料场周边排水系统相衔接,形成完善的排水系统。排水沟边坡系数m取值1.25,糙率n取值0.0275,底坡i取值1/600。土料场经土地整治后复耕还农。
3.3.3 石料场水土保持措施
石料场包括枢纽工程用石料场和防护工程用石料场,其中枢纽工程用石料场有2个,分别位于坝址左岸上游0.3~0.6 km处和坝址右岸上游0.8 km处;防护工程用石料场也有2个,均分布于堤防附近。石料开采时剥离的无用层弃土,集中堆放在各石料场取料形成的工作台面,四周用装土草袋建临时挡土墙进行拦挡,石料开采结束后进行表土回填,回填厚度2 m,营造水土保持林草,造林树草种采用湿地松、木荷、胡枝子、百喜草和狗牙根草等混合草种,混交方式为乔灌草行间混交,湿地松与木荷星状混交,穴状整地,规格为湿地松和木荷穴大40 cm×40 cm×40 cm,胡枝子穴大20 cm×20 cm×20 cm,混合草种采用播间距为30 cm的条播方式。
3.3.4 枢纽工程基础开挖面防护措施
枢纽工程基础开挖面在工程完工后大部分被大坝、消力池、护坦等永久建筑物覆盖,在主坝与山体的连接处有部分开挖面在工程完建后仍会,需作好开挖面防护。枢纽工程土方开挖后的边坡面积约150 m2,坡比小于1∶1.5,根据其立地条件,这部分边坡面撒播百喜草、狗牙根、马尼拉草、结缕草、高羊茅、草地早熟禾、多年生黑麦草等混合草籽进行种草护坡,混合草种采用撒播,用耙或耱等方法覆土镇压,覆土厚度0.5~1 cm,播种量为15kg/hm2;枢纽工程石方开挖后的岩石边坡面积约400 m2,这部分边坡面因表面为基岩,无法直接恢复植被,可采取种植爬山虎或常青藤等攀岩植物进行绿化,爬山虎或常青藤为单行种植,每穴1株,株距1 m,穴状整地规格为20 cm×20 cm×20 cm。
3.3.5 永久公路绿化措施
永久公路包括上坝公路0.2 km、进厂公路0.18 km、至副坝公路4.5 km及时对外公路4.7 km。在公路的内侧,开挖后的面因表面多为基岩无法直接恢复植被,因此采取种植爬山虎或常有藤等攀岩植物进行绿化;在公路的外侧,面多为回填的土石方,可在碾压平整后,在路边种植行道树,采用树种为杉树,单行种植,株距3 m,穴状整地规格为40 cm×40 cm×40 cm;对于填方边坡,采用撒播生长快的百喜草、狗牙根等草籽进行绿化。
3.3.6 施工临时占地区水土保持措施
施工临时用地主要分布于沿河道两岸。对终止使用的施工场地,进行土地平整,营造水土保持林,造林树种为垂柳、黄栀子,采用行间混交方式,每隔2行黄栀子种植1行垂柳,垂柳株行距4 m×6 m,黄栀子株行距1.5 m×2 m,穴状整地规格为垂柳穴大40 cm×40 cm×40 cm,黄栀子穴大20cm×20 cm×20 cm。
4 结论
该水利枢纽工程水土保持总投资为1 039.94万元,各项费用包括水土保持设施补偿费346.12万元、工程措施449.91万元、植物措施83.85万元、临时工程93.13万元、独立费用46.72万元、预备费20.21万元。水保方案实施后,工程建设损坏的植被面积除淹没和建筑物占地外,大部分可以有效恢复,工程开挖、填筑及弃渣等形成的面将基本上由植被覆盖,预计植被覆盖率在工程完工后可达到90%;挡渣墙等工程措施可防止弃渣崩塌、滑坡等危害发生,防止泥沙进入河道产生淤积,减轻洪涝灾害等不利影响。工程区土壤侵蚀模数由7 000 t/km2・a减少至500 t/km2・a,水土流失治理度达到95%,生态环境效益和社会效益十分显著。
总之,水利枢纽工程建设虽然涉及范围广,开挖动土面多,对当地的水土保持会带来一定影响,但只要根据工程建设的特点,切实做好水土保持设计工作,通过水土流失防治点、线、面相结合的总体布局,因地制宜地采取拦渣、护坡、土地整治及绿化等各项水土流失防治措施,就能有效控制人为新增水土流失,并治理工程区原有水土流失,使泄入下游河道泥沙显著减少,保障工程安全,改善当地生态环境,形成工程建设和生态环境治理协调发展的良性循环。
参考文献
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我国农业的机械化进程已经由前几年的初级阶段转到了中级的探索发展阶段,而东北地区作为我国农业重要的粮食出口基地和老工业基地,其农业化水平在全国都是占据着领先位置的,但是由于受到经济体制等多个方面的影响,使得我国东北地区的农业机械化结构出现了偏差和矛盾,也间接地影响到了我国农业经济的发展,所以说发展农业机械化对于我国的农业发展来说至关重要,本文根据东北地区农业机械化的发展状况,来进一步的确定东北地区农业机械化的发展因素,最终制定出适合东北地区农业发展的相关对策。
关键词:东北地区;农业机械化;影响因素;教育体系;
1.东北地区农业机械化的发展现状
东北三省的农机装备水平一直是处于我国农机前列的,而且近几年还呈现出了结构性增长的特点,尤其是一些大中型的拖拉机的发展非常的快,以2005年为例,我国的东北地区小型拖拉机的拥有数量是其他省份的两倍到三倍,而且农业的机械化作业水平也在不断的上升,再有就是农机队伍的不断壮大,因为在整个农业机械领域,农机服务体系的建设对农业的生产所起的作用也是非常大的,农机服务体系也可以说是促进农业机械化实施的有效手段。
2.目前我国东北地区农业机械化发展中所存在的问题
2.1农业机械化的关注度不高
现在我国东北地区的农机事业并没有引起基层政府部门的重视,很多的政府部门都还是将工作的重心放在了招商引资上,政府部门比较注重的是工业的发展,因为工业能够带动政府的政绩,所以就将农业这一部门忽视了,而且农机部门对自身在社会当中的宣传力度还有所不足,尤其是在农业生产的知名度上影响不是那么深,再有就是农机部门自身的体制存在问题,很多地区的农机编制常常被换用,很多被调到农机岗位的人员大部分都对农机了解不深刻,而且对农机管理人员的录用和调动也没有一个详细的具体的标准要求。
2.2专项资金紧缺
国家对农业机械的投资资金也是相对较少的,一部分农机部门选择的是将农机具一次性购入,但是这样的一种做法回收期较长,农民投入的风险较大,从整个东北三省的农机发展状况来看,其农业机械的投入方面还是有很大的不平衡性的,所以我们会发现很多的大型农机具都很难得到推广和应用,一些辅的配套设施也与农机具的发展不像匹配,新型的农机具发展滞后,这些问题都是目前制约农业机械发展的重要问题。
2.3对农机工业的扶持力度不够
农机的制造业在整个农机机械化的实现过程当中所起的作用也是非常关键的,其实东北地区的农业发展也有过曲折的过去,当时东北地区的农机具大部分都是由南方生产的,北方地区的农机具产品所占的比列是非常少的,在东三省,辽宁地区的主要产业是重工业,农业的发展相对比较弱,而吉林是农业的主要生产地区,但是从近几年的发展状况来看,吉林地区的农机工业也出现了下滑的现象,而黑龙江地区的农机行业近几年的状况一直不是很好,虽然黑龙江地区也尝试着发展多元化的农业,但是无奈受到市场经济的限制,使得很多的企业没有办法去进行配套生产,再加上农机制造企业的独立作业,最终导致大部分的企业都面临着破产倒闭。
3.东北地区农业机械化发展的对策
3.1转变农业发展理念
我国的各级地方政府要积极的响应农业机械的发展,尤其是东北地区,各级政府要积极的执行国家的各项方针政策,还要根据地方的实际情况来颁布促进农业机械化发展的地方性法规,将国家的各项法律法规都真正的落实到实处,同时也在法律高度上有了一个明确的界定,对于农业机械化的快速发展有促进和推动作用。
3.2加强政府对农机资金的补贴
资金投入和财政支持才是确保农机化事业顺利进行的前提,具体应从以下几个方面入手:
(1)根据国家的相关补贴政策去执行,一般的补贴额度在百分之三十以上,之所以这样是因为农机具的使用效率过低,尤其是一些大型的农机具,像联合收割机这种回收期较长的农机具,购买者所承担的风险过大,这也是购买者不愿意去购买这些大型农机具的主要原因,所以说对这些大型的农机具进行农机补贴,不仅可以让大型农机具的使用量增加,而且还能够进一步的调动购买者的积极性。
(2)政府部门对农机购买者可以实行贷款支持,支持的贷款额度可以控制在百分之五十以内,贷款的期限最多可以延长至十年,虽然说承担的风险还是有的,但是这样的风险是我们购买者能够承担的范围。
3.3加强东北地区农机社会化服务体系建设
(1)农田水利基本建设,增加对险库的维修费用。尤其是乡村小型水利建设、农田排灌设备建设、排灌机具的维修改造、电灌站建设等,扩大农田有效灌溉面积,提高抗旱和排涝能力,加强水土林路综合治理,提高农田现代化建设标准,要建一块,成一块,发挥效益一块。
(2)东北三省要建立粮食生产、调出调入和贸易等方面信息的定期收集和制度,对粮食生产、流通、库存、消费等情况,当年粮食播种面积情况,农户种植意向和存粮情况进行动态跟踪和定向定点的调查。
4.结语
【摘要】随着时代的发展,科技的进步,虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件(如Maya、Max等)、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势,从而研究它的价值和市场经济效益,并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台;虚拟仿真训练系统;实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备,进入仿真系统制造的虚拟空间,并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互,从而感知和操作虚拟环境中的各种对象,最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分,其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看,虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的,因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件,通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来,最后通过描述它们之间的结构关系,快速、真实地显示三维虚拟工业机器人,并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究,来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件,通过对Maya软件的运用,能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质,调节出仿真的角色动画,使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能,而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合,使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展,虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来,地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种,它应用的对象是专业的影视广告,角色动画,电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活,易学易用,制作出动画的效率非常高,渲染出画面的真实效果比较强,它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰,与画面角色的绑定的联系性也十分紧密,是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作,后来又进一步的开始参与影视片的特效制作,MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域,也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便,让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用,使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中,与此同时,上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展,科技的进步,虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展,将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口,具备交互性、想象性、沉浸性等特点,所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术,虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中,其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看,虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景,但在实际中,依然存在着许多问题亟待解决,因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次,虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景,但在实际中,依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景,但在实际中,依然存在着许多问题亟待解决。例如:虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高,但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要,虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库,三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求,也就是说,虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后,教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等,这些都是需要发展改善的地方,也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统,对政府、企业、学校等的发展,起到了至关重要的作用,并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展,也在打开了市场,扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天,虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献,为市场经济的发展添砖加瓦,在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此,我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统,使其深入到更多的地方,让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善,使得人们的生活也不断的丰富活跃起来,政府、企业、学校等地方对其的应用,也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件(如Maya、Max等)、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究,探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值,同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献:
[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期
关键词:CATIA 竖向设计 优化
一、CATIA软件介绍
CATIA是法国Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件,主要应用于航空航天、汽车工业、造船工业、厂房设计等方面。目前,CATIA在竖向设计中可进行空间距离的测量、土石方的计算和工程量的计算等工作。由于CATIA在水电移民安置点规划设计中的应用起步较晚,仍有许多问题需要克服。
传统三维设计软件的功能主要体现在展示已完成竖向设计的安置点进行空间布局,而不能利用实际测绘的地形地貌图与设计的场地竖向进行计算。CATIA不仅具有传统软件的功能,而且能通过调整场地的设计高程,计算出调整后的挖填数据和三维模型,从而通过挖填数据的比较得出最优竖向设计方案[1]。
三、优化设计思路
传统三维设计软件设计方法是一种正向的过程,从特定的地形和特定的竖向设计出发,得出挖填等工程量。即将测绘地形图转换成地形面,再生成地形体,然后用设计场地面与地形体做切割和填补运算,从而得出挖填量[2]。
本文阐述的优化设计是一种逆向的过程,即根据特定的地形和规划平面布局,以及一系列优化原则,得到最佳的竖向设计。
1、优化目标
得到挖填与投资均合理的竖向设计方案。
2、优化基础
原地形和规划平面布局。
3、建模原则
为了利用catia中参数化设计的优势,建模前首先应分析自由变量和约束变量。自由变量是指在一定范围内可以自由变化,不受其他因素约束限制的变量,即为需要优化的参数。约束变量是指根据自由变量,由catia一系列绘图规则可以确定的其他变量,该变量虽然也具有一定不确定性,但可以定义绘图运算规则,使其成为自由变量的函数。根据优化的目标,在建模过程中需要把有关竖向设计的关键节点高程作为自由变量,然后通过绘图运算规则建模,使整个场地竖向在与实际大致相近的情况下成为自由变量的函数[3]。
具体建模有不分台地和分台地的两种情况。不分台地情况下,建模主要以道路变坡点为控制节点,场地高程根据道路高程来约束(一般比道路高15~30cm),这样整个场地的竖向可以表达为几个变坡点高程的函数。分台地时,因设了挡墙而参数增多。首先考虑道路变坡点,然后与道路相邻的场地通过道路来控制。与道路无关的台地,因挡墙高度不能确定,其高程也是需要优化的一个参数,因而将其作为一个独立的自由变量(每个台地考虑为一个斜面,有两个自由变量),此时,整个场地竖向就可以表达为道路变坡点高程和台地高程的函数。
4、评价体系
评价体系要解决的问题是从数学上判定怎样的场地竖向为最优。这里主要考虑三个因素:挖填方、台地间挡墙和场地边界边坡。
4.1挖填方
挖填方是反应竖向设计较为重要的一个因素,一般来说,挖填越少,挖填越平衡,场地竖向设计越经济合理。因此,在评价场地竖向时,挖填方为一个必要的控制指标。
在catia中,挖填方可由场地竖向和地形体相切,直接运算而来,记挖方为V1,填为V2。
4.2台地间挡墙
当场地竖向为分台的情况时,台地之间为了节约用地,一般是通过挡墙来衔接的。挡墙为场平投资中比重比较大的一部分,因为评价竖向时考虑挡墙是非常必要的。
根据建模设定,各台地的高程要么为自由变量,要么与道路变坡点直接关联,可直接得出相邻台地直接的高差,记为h1,h2等。然后从平面布局上可以读出相邻台地的衔接长度(即为挡墙长度),记为L1,L2等。令L为挡墙总长度(即L=L1+L2+…),h=(L1*h1+ L2*h2+…)/L,则h表示场地挡墙的平均高度。
4.3.场地边界边坡
场地不仅要内部合理,其边界处与原地面的衔接也是反映竖向设计合理性的一个重要因素,若为了节约挖填,形成高边坡则得不偿失,因此将场地边界边坡纳入场地竖向评价体系。
在catia中,从场地边界作一个竖直面与地形面相交,可直接测量侧面的面积S,用S来除以场地边界总长度C得到场地边坡平均高度,记为H。
以上三种评价指标,各因素互相关联,相互制约,共同反应着场地竖向的优劣,上面仅从定性的角度对其进行了分析,然而要解决优化问题,必须对其进行量化。
考虑到场地竖向合理不合理,最终最重要的反应在于经济上的合理性(当然还有环境影响等合理性,因为仅从竖向上优化,差别不大,在此忽略),因此以上三种指标的评价权重参照其对场平投资的权重来确定。
W=n1*V1+ n2*V1+n3*n4*L+n5*C
其中,n1为单位挖方的造价;n2为单位填方的造价;n3为单位体积挡墙的造价(分挡墙材料为浆砌块石和混凝土两种情况);n4为根据地质条件,高度为h的挡墙的典型截面积(此值可估计);n5为高度为H的边坡单位长度的平均造价(此值可估计)。
以上对各个指标进行了权重的分配,整合为最终的参数W,虽然相比实际的投资计算有一定简化,但对于工程精度要求来说是可以满足要求的。这样我们就得到一个最终的优化目标W,W越小,竖向越优,优化目标转化为寻找最小W的情况下的竖向。
5、算法
以上通过建模设定了优化参数,通过分析得出了优化目标的数学问题。现通过算法实现根据优化参数和优化目标得到的最优竖向。
5.1 传统枚举法
通过列举所有参数的组合情况,比较判定得出最优竖向。此算法适用于参数比较少的情况。程序计算步骤如下:首先明确要优化的参数(即为各控制点高程),设定其步长和上下限(步长越小,优化越精确,但计算时间越长),给定各参数的初始值计算出当前的W1值,然后变化参数,计算W2值,若W2
此种方法思路简单,计算结果可靠,但若参数增多,组合情况呈几何递增,计算耗时将大大增加。
5.2 遗传算法
遗传算法基本机理是对生物进化论的数学模拟,通过“定向选择”,使参数朝着“最优”的方向不断“进化”,最终得到近似最优解。其优势在于由于计算机理的不同,可以大大节约计算时长,适用于优化多参数情况,但其算法具有一定得随即性,只能得到近似最优解。由于场地竖向设计对精度的要求不是很高,因而遗传算法的应用是非常可行的。
四、结 语
本文从CATIA软件本身的功能特点出发,根据其在参数化设计方面的优势,探索将其应用于移民安置点竖向设计的优化思路。
本文在传统设计方法的基础上,通过定义自由变量和特定的绘图规则,使整个场地的竖向成为自由变量的函数,这是进行优化的前提;在此基础上,通过考虑挖填方、台地间挡墙以及场地边界边坡三大因素建立了竖向设计的评价体系,明确了优化的方向;最后通过对算法的分析,认为传统枚举法和遗传算法各具优势,明确了优化手段,为优化程序的二次开发打好了基础。
参考文献
[1] 房颖,CATIA软件在水利水电工程中的应用[J]。吉林水利,2009,1009-2846。
关键词:研究生;教学模式;研究
一、关于国外研究生教学模式
关于国外研究生教学模式的引介并不多,左等(2012)以英国纽卡斯尔大学(Newcastle University)研究生教学为例,介绍了英国高等教育研究生培养模式,从培养体制、导师素质、学生管理、教学模式、考核评定等方面进行了分析,发现其在教育理念、教学灵活性及其教学效果方面与我国高教的区别。李翠亭(2012)以韩国的“发表”教学法为切入点,聚焦韩国的现代教育技术,以典型案例分析为依据,总结出我国教学模式的不足和韩国研究生教学模式的经验,探讨了韩国研究生教学模式的借鉴意义。李翠亭还对韩国的“托利派”研究生教学模式进行了介绍和评析,认为“托利派”是韩国典型的研究生教学模式,其设计与应用着眼于学生创新思维与实践能力的培养,在理论和实践上对我国的研究生教学改革具有重要的借鉴意义。
二、关于国内研究生教学模式及其存在的问题
陶玉萍、纪军(2007)认为停留在灌输式知识传递上是国内研究生教学模式存在的主要不足。高艳茹(2010)则认为我国研究生教学在方法上较为单一,缺乏科学性和创造性。周晶平(2007)批评了“老师+黑板+粉笔”的传统教学模式,指出这种模式的缺陷是重理论体系轻实际应用,重方法介绍轻方法使用,教学对象划分不清晰。基于上述分析,周晶平提出了财经院校“Theory――理论,Method――方法,Apply――应用”的教学模式。他还指出了TMA教学模式的实际应用需要解决的问题,如课程要有准确的定位,要以重应用为指导思想,要规范教学大纲,还要与计算机应用软件相结合,要充分利用多媒体和网络。郝明君(2009)从国内部分高校在研究生教学的目标确立、内容选择、方法运用、评价选择及教学形式等方面分析了研究生教学模式存在的问题,一是从带有研究性质的研讨式回归到本科生大课教学;二是讨论式教学受到多因素限制,大多是问答式教学,形式过于简单;三是教学内容选择比较随意,大多取决于任课教师的偏好;四是学习评价不尽合理,如导师有话语霸权。还有研究者针对具体学科、专业乃至课程总结出的教学模式,如曲谱(2010)针对音乐教育硕士提出的案例式、备课式、实习式教学模式,又如罗玉萍(2014)针对思想政治理论课提出要在教学主体、教学内容、教学方法和教学环境等方面尝试建构研究生教学模式。类似的研究还有《关于农学类研究生教学模式的体会和思考》、《口腔医学专业学位研究生教学模式初探》、《对法学专业研究生教学模式的反思》、《研究生教学模式探索》等。杨乐平等(2014)以国防科学技术大学为例,介绍了“问题作业教学模式”的五大策略。所谓“问题作业教学模式”,就是在现代信息技术手段的支持下,以军校研究生学员为中心,以国际国内军事科研的前沿问题为导向,创设沉浸式教学情境,开发数字化研讨平台软件和三维可视化系统,以角色扮演、分组竞争、协同研讨等方式开展研究型教学。五大策略,即问题牵引、小班授课、课外研究、课堂研讨、答辩讲评。
三、关于研究生教学模式的构建
关于研究生教学模式的构建,梁勇、陆秋平(2005)以交互主体论为理论依据,提出了交互主体性教学模式的建构方法,认为一是要用“交互主体观”指导教学过程;二是突出教授主导作用,提高教授的学术素养;三是教学形式多样化,充分发挥教授与研究生的交互主体作用。潘国锦(2006)认为,不同目标设计的不同培养方案决定了研究生培养模式和教学模式的多样化。根据培养目标的不同取向,多样化的研究生培养模式大体上可以归纳为三种类型,即研究型、复合型、应用型。陈中永、代钦(2009)通过教学实践总结出“讨论会”模式,研究者认为这种模式是适合我国研究生教学的一种值得推广的模式。陈罗兰、沈国娣(2010)分析了法学教育的五大矛盾关系,进而提出了法学硕士研究生教学改革的实施方案,方案中提出要改革教学方式,要积极推进讨论式、提问式、批判式教学模式,并设计了这三种模式的操作过程,认为这三种模式是对传统灌输式教学方式的新突破,其所注重的知识运用、课堂互动、语言表达,利于教学质量的提高、学生综合能力的培养。刘汕(2013)通过与美国高校在研究生教学主体、教学对象、教学理念、教学内容、教学方法、教学环境六个方面的比较,借鉴发达国家研究生教学的经验,提出以人为本、重在研究、多方参与、持续改进的教学模式改革建议。田凯、陈颖(2014)则主张建筑学科视野下的城市史教学应具有开放性和实践性。赵凯、庄皓雯(2014)根据“资源与环境经济学”课程教学实践提出了“基础理论+研究综述(科研论文)”的经管类研究生教学模式。该教学模式利于理论与研究的结合,利于提高学术研究兴趣和研究能力,利于教学与科研的相互促进。
综上可见,国内学术界对研究生教学模式改革问题给予的关注并不多,这不仅反映在成果数量上,2015年基本没有相关成果也反映了这一问题。另外,关于研究生教学模式,实践研究相对多一了些,理论研究明显不足;定性研究较多,立足于调查分析的
定量研究很少;针对某一学科、专业或课程(如医学、农学、法学、体育、音乐)的微观研究相对多一些,具有一定的操作性,避免了不分文理科、不顾专业特色的过于宏观的空泛讨论,同时具有一定的推广价值。在成果数量上还不够丰富,高水平的研究成果就更少见,尚未达到对教学实践给予理论指导的高度;虽有关于国外研究生教学模式的引介,但是涉及的国家也并不多,没有更广泛地反映国外相关研究的面貌,对国外经验本土化的问题更是少有讨论,这是国外研究引介的一大不足。更有必要提到的是,不同的教学模式是有不同的适用对象和适用条件的,一种教学模式是否有效,效果如何,是需要进行评价的。但是,本研究所见只有徐淑琴等(2013)运用层次分析法对水利研究生教学模式评价指标权重的确定进行了分析,并无其他研究者对此予以关注,这也是研究生教学模式研究的明显不足。总体而言,国内关于研究生教学模式的研究,虽然产生了一定数量和具有一定价值的成果,但是还有待进一步向广度和深度推进。
[参考文献]
[1]刘汕.中美高校研究生教学模式比较与启示[J].研究生教育研究,2013(6).
[2]郝明君.研究生教学模式改革的理论与实践探究[J].重庆师范大学学报,2009(3).
[3]周晶平.财经院校研究生能力培养与教学模式分析[J].东北财经大学学报,2007(2).
县域经济的内涵:“县”即行政区划名。包括县级市,属行政区划单位“域”即区域,泛指地理空间。“县域”合起来即县的地理空间,也就是以县为地理空间。“县域经济”即以县的行政区划为地理空间的经济。
从所有的县域经济定义的分析中,我们可以得到以下几个结论:
1.县域经济属于区域经济范畴。县域经济是以县级行政区划为地理空间的区域经济,区域界线明确。它依附于省、市的区域经济,位于宏观经济与微观经济的结合部。
2.县域经济有一较完整的市场调控主体,有一定的相对独立性,并有一定的能动性。且具有地域特色,这种地域特色与其地理区位、历史人文、特定资源相关联。
3.县域经济是以市场为导向。随着市场经济的发展,县域经济在更大的区域内进行资源配置,获取竞争优势,具有开放性。同时,还要接受国家宏观经济政策的指导。
二、溆浦县少数民族发展
溆浦县是一个多民族散居县。共居住著土家、瑶、苗、侗等13种少数民族群众。全县有少数民族人口13.3万人,占总人口数15.46%。如同大多数经济落后的少数民族地区,溆浦县少数民族贫困存在以下几个特点:贫困人口比重大,溆浦县少数民族行政村共105个,占全县行政村的近17%,贫困人口达到5358人;民众文化程度偏低。
深入分析这一困境的原因会发现,如同少数民族贫困地区特点存在共性一样,造成少数民族贫困地区致贫因素也是相似的。具体表现为:
1.恶劣的生存环境限制经济发展。溆浦县少数民族多生活在山高林密,土地贫瘠,地少人稀的地区。如自然村落位于温水乡冰脚村的第19瑶族组,人均耕地只有0.2亩。同时,这些地方的基础设施较差,在水利设施、低产粮田改造等方面远远落后于其他地区。由于地处偏远,人烟稀少,人力不足,要靠他们自身力量进行基础设施建设,就更加困难。
2.偏低的受教育程度制约了经济发展。由于多种原因,少数民族地区的人民普遍受教育程度要低于其他地区。特别是溆浦县有语言的花瑶、箭杆瑶,他们从小与汉族接触少,导致学生语言不通,大部分学生在中学、小学就已经辍学。
3.由于政策原因,得不到优惠照顾。不同于其他少数民族聚集区设立专门民族乡、民族州等自治区,溆浦县虽有13.3万少数民族人口,有3个乡少数民族人口过30%,其中有2个乡少数民族人口过60%-80%,但没有一个民族乡,按照现行的民族政策,这13.3万少数民族无法得到优惠和照顾。
三、溆浦县县域经济发展情况
1.溆浦县制发展历史
唐高祖武德五年(622),分辰溪原汉义陵县地,始置溆浦县,属辰州。唐初改郡为州,太守为刺史。废沅陵郡复置辰州,领五县,即沅陵(为辰州治所在地),泸溪(从沅陵分出)、麻阳(从沅陵、辰溪分出)、辰溪、溆浦(从辰溪分出)。唐初曾封李纵为溆王(见《省志》)。 天宝元年(742)辰州改为泸溪郡,溆浦改属泸溪郡。
民国元年,府不辖县,仍置辰沅永靖观察使。民国二年为辰沅道所辖。民国十二年废辰沅道、溆浦县直属湖南省。民国十六年至三十八年溆浦县辖属沅陵行署。
建国后初属沅陵,后属芷江、黔阳专区,1981年1月后属怀化行署、怀化市至今。2000年,溆浦县辖11个镇、32个乡:卢峰镇、低庄镇、观音阁镇、黄茅园镇、江口镇、均坪镇、两丫坪镇、龙潭镇、桥江镇、双井镇、水东镇、北斗溪乡、大华乡、大渭溪乡、伏水湾乡、岗东乡、葛竹坪乡、横板桥乡、九溪江乡、两江乡、龙王江乡、龙庄湾乡、木溪乡、让家溪乡、善溪乡、水隘乡、水田庄乡、舒溶溪乡、思蒙乡、谭家湾乡、陶金坪乡、桐木溪乡、统溪河乡、温水乡、小横垅乡、小江口乡、新田乡、岩家垅乡、沿溪乡、油洋乡、中都乡、仲夏乡、祖市殿乡,总人口798983人。2004年,溆浦县辖14个镇、29个乡。
2.2005-2010年溆浦县县域经济发展状况
近年来,溆浦县县域经济发生了深刻的变化,县域经济总量持续稳定增长,地方财政收入也不断增长。
2006年,县十届一次党代会提出了“工业强县”的目标,确定了“加快新型工业化”的发展战略,树立了以新型工业化推进溆浦经济跨越式发展的新理念。溆浦县推进新型工业化工作取得显著成果。2005年至2007年第二产业稳步增长,在经历了2008年的小幅跌落之后,在2009年首次超过第一产业增加值,占县域经济总量的35.6%,到了2010年的三产比重为22.5:36.6:40.9,改变溆浦县一直以来“一、三、二”的产业格局,实现了向“三、二、一”的提升,。
“十一五”末,全县工业企业达335家,实现工业总产值65亿元,实现利税1.5亿元,其中规模工业企业68家,从业人员2.3万人,实现规模工业总产值62亿元,规模工业增加值21亿元,年均增长23.5%,实现利税总额1.4亿元。累计新增规模工业企业31家,共实施工业项目52个,完成工业投入45亿元,其中技改项目38个,总投资35亿元,年均增长35%。并通过引进先进适用技术,加快技术改造,促进产业结构调整,严格落实国家关于加快节能减排的实施意见,加快淘汰铁合金、电解锰、水泥等行业落后产能,实现了万元规模工业增加值能耗年均下降5.5%和淘汰落后产能任务目标。
参考文献:
[1]崔 征:内陆落后地区县域经济突破的实证研究[D].吉林大学博士论文.2011,5.
关键词:地下水;饮水水源;层次分析法;饮水安全评价
中图分类号:X505文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)21-0051-03
地下水具有水质清澈、水温稳定、分布面广、不易污染、取水条件及取水构筑物构造简单、便于施工和运行管理、水质处理工艺较地表水简单、处理构筑物投资和运行费用低等优点,是小城镇饮水工程中广泛采取的水源形式。然而,近年来随着我国小城镇化进程的加快,需水量与日俱增,许多小城镇盲目地增加地下水开采率来应对缺水危机,由此频频引发江河干涸、地下水位下降和水质变差等长期难以解决的生态问题。目前,用于指导小城镇地下水饮水安全的评价体系还很不完善,迫切需要建立一种科学而简易的小城镇地下水饮水安全评价方法来指导小城镇地下水饮水的安全供给和保障,这将为我国众多小城镇饮水安全开发及优化管理决策提供科学参考,对我国小城镇的可持续发展具有很强的现实意义。
1小城镇饮水水安全评价指标体系构建与计算
1.1评价指标体系和安全标准
小城镇地下水饮水安全评价是一个复杂的系统工程,不能简单用一两个指标反映其全部内容。为此,须对小城镇水资源的供需状况和供给结构等进行全面分析,综合评价城市供水安全开发和利用状况。本文根据代表性、独立性、量化原则和系统性等指标选取的原则,充分考虑了城小镇供水特点,选择水质安全状况、水量安全状况和供水管网安全状况3大类共9项指标,体现了整个供水安全系统最根本和最主要的特征和状况。评价指标构成体系见表1。
1.2供水安全评价各指标计算方法
1.2.1水质综合指数C1水质综合指数C1=0.2×(感官性状和一般化学污染物及微生物污染指数)+0.5×有毒污染物指数+0.3×(水质非常规污染物指数),计算结果保留整数。其中:感官性状和一般化学污染物及微生物污染指数、有毒污染物指数和水质非常规污染物指数采用单项指数的几何平均值计算,即:
(1)
式中:I――各单项评价指数的均值;Imax――各单项评价指数的最大值。
确定评价等级:
当0
当1
当2
当3
当4
1.2.2其它指标计算方法
C2:供需比:衡量城市供水能力能否满足社会需要的指标,即:城镇供水能力(含自备水源)与城市最高日需水量之比;
C3:地下水开采率:已开采地下水总水量占开采极限的比例;
C4:地下水水位下降速度:地下水静水位逐年稳定持续下降的平均幅度;
C5:供水管网覆盖率:供水管网的覆盖面积占城市面积的比例;
C6:自来水普及率:城镇用水的非农业人口数(不包括临时人口和流动人口)与城镇非农业人口总数之比;
C7:人均日供水量:城镇日供水能力与城镇非农业人口数的比值;
C8:管网漏失量:管网跑、冒、滴、漏等漏失水量占供水总量的百分比;
C9:节水器具普及率:用水器具中节水型器具量与用水器具总量的比值。
2饮水安全的评价方法
本课题主要应用层次分析法(AHP)对饮水安全性进行评价,AHP法确定因子权重的步骤是:
(1)确立所评价的层次结构模型从上到下为目标层A、对象层B和指标层C。
(2)对B层、C层的要素,分别以各自的上一级层次的要素为准则进行相对重要性的两两比较,此处建立B层的判断矩阵为B={bij|i,j=1~n}n×n,元素bij表示从判断准则A角度考虑要素Bi对要素Bj的相对重要性。同时对应于B层要素Bk的C层的判断矩阵为{ckij|i,j=1~m;k=1~n}mxm。
(3)构成比较判断矩阵:建立递阶层次结构之后,假定上一层次的元素Bk作为准则,且对下一层次的元素C1,C2,C3,Cn有支配关系,针对BK两个元素Ci和Cj哪一个重要,重要程度以数量表示出来。这里取9/9、9/7、9/5、9/3、9/1,含意是9/9表示Ci同Cj一样重要;9/7表示Ci比Cj稍微重要;9/5表示Ci比Cj重要;9/3表示Ci比Cj重要得多;9/1表示Ci比Cj特别重要。9/8、9/6、9/4、9/2为上述相邻判断的中值。反之,Cj比Ci的判断数为Ci比Cj的判断数的倒数。由这些数值作为矩阵中的元素,而构成两两元素比较差别矩阵,其中Cij表示对Bk而言,Ci比Cj相对重要性的程度数值。由此可知:Cii=1,Cij>0,Cij=1/Cji。
(4)层次单排序根据以下方法计算各指标的权重值:
第一步:计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi:
Mi=bij(i=1,2,…,n) (4)
第二步:计算Mi的n次方根:
(i=1,2,…,n) (5)
第三步:权重计算。对向量归一化,即可得到其权重值:
(i=1,2,…,n) (6)
则W=(W1,W2,…Wn)为所求的特征向量;
第四步:计算判断矩阵的最大特征根:,其中(FW)i表示向量BW的第i个元素;
第五步:一致性检验。判断矩阵的偏差一致性指标CI:CI=(λmax-n)/(n-1);
第六步:利用CR=CI/RI进行整个层次的一致性检验,其中RI的值可由表3查出。若CR
表3随机性指标RI值
矩阵阶数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 1.49
得到每一个要素相对于上一层次对应要素的权重值后,通过层次总排序计算出每一个评价指标相对于总目标的权重值,进而可计算各层次所有元素对总目标相对重要性的排序权值。
3饮水安全评价应用
根据以上建立的小城镇地下水饮水安全评价体系,选取以地下水为主要饮水水源的石河子市作为评价区域进行评价,评价过程和结果如下:
3.1确立评价的层次结构模型
根据建立的城镇供水安全评价指标构成体系,建立评价的层次结构模型,模型结构如图1所示:
3.2层次排序各指标的权重值
根据供水安全综合评价层次结构,采用层次分析法(AHP)进行评价,指标层各指标权重排序详见图2指标层各指标的权重条形图。
3.3评价分析
根据建立的评价层次结构模型,进行层次分析计算,由计算结果表4可以看出:对象层中的供水水质安全状况、供水水量安全状况和供水管网安全状况的权重分别为0.3400,0.5072和0.1528,供水水量安全状况权重占到50%以上,突出的反映了石河子市水量严重不足的现状。供水水质安全状况、供水水量安全状况和供水管网安全状况下水质综合指数、供需比、地下水开采率、地下水水位下降速度、供水管网覆盖率、自来水普及率、人均日供水量、管网漏失率及节水器具普及率等九大指标中,权重最高者为人均日供水量,其次为地下水开采率和水质综合指数。评价结果表明:AHP对石河子地下水饮水安全评价指标权重的确定结果基本符合石河子市地区实际,分析的结果与石河子市地区实际情况也基本一致,证明该评价体系是正确的,可操作的,可以为解决石河子市地区供水安全评价中分配各个评价因子的权重提供行之有效的技术方法,同时为供水安全综合评价和推广提供一种有效的判断依据。根据指标体系中各指标的相对权重及排序结果,适当调整人均日供水量、地下水开采率和水质状况,是石河子地区提高供水安全的重中之重。
4总结与展望
构建科学的小城镇地下水饮水安全评价体系对于以地下水尤其是恶劣地下水为水源的小城镇地区的饮水安全有十分重要的指导意义。本文基于AHP建立的饮水安全评价方法用定量化指标更客观、合理和全面的表达饮水安全状况,所建立的评价指标标准具有通用性,所建立的评价方法计算简单,操作性好,通过计算机编程可大大减少判断和计算工作量,有较好的推广价值。
作为一个探索性的课题,本文在饮水安全评价方面作了初步的研究。但由于饮水安全是一个庞大的概念,围绕饮水安全的很多研究和工作,如深化饮水安全概念体系、指标体系和评价方法的选取、建立有效的饮水安全保障体系等尚需要进一步的改进和完善。另一方面,随着概念、方法、思路的继承和创新、多学科的交叉研究,饮水安全的内涵将越来越明晰,将得到不断的丰富和扩展,最终为解决饮水安全问题提供有效的思路。
参考文献
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关键词:灌溉技术传统继承
中国兴修灌溉工程的历史悠久,早在两千多年前就创造了多种灌溉工程类型,之后不断发展,积累了许多工程技术经验。论文百事通宋元明清时期传统工程技术已达成熟的程度。进入20世纪,引入西方的水工技术,到现今水工技术日新月异,应用了许多高新科技,在这种状况下,传统灌溉工程技术还有其一席之地吗?回答应该是肯定的。因为任何事物的发展皆有继承性和否定性两个方面,对传统技术我们要加以扬弃,吸收传统技术合理的,还有生命力的东西,用新的技术加以改造出新,这样的技术可能更适合于中国的国情。事实也是如此。在此就传统灌溉工程及技术在现今的传承和发展状况作较系统的论述。
一、传统灌溉工程类型在现今的传承
中国国土广袤,地形地貌多样,气候变化万千。既有逶迤起伏的丘陵山地,又有一望无际的平原;既有壮阔的高原,又有缓坦的盆地;既有西部内陆干旱半干旱区,又有东部季风湿润区。为适应各地水文、地理等自然条件的复杂性,古代人民创制了多种多样的灌溉工程类型,如引水渠道、陂塘堰坝、陂渠串联、圩垸、井泉、坎儿井、御咸蓄淡等工程类型,这些工程类型在现今皆得到了继承。可以说,我国当今的灌溉工程类型基本是古代创造而传承下来的。
引水渠道主要修建于北方平原地区。北方平原面积广大,因干旱少雨,河流密度不大,古代往往修建长距离的引用河水的灌渠工程。渠首处如河中水位过低不能满足自流入渠流量要求,则建拦河坝抬高水位引水;如河中水位和流量能满足灌区要求,则采用无坝引水型式。有坝引水最早的有战国初在今山西太原晋水上筑坝建的智伯渠,及在今河北临漳建的漳水十二渠。无坝引水有公元前256—251年间在今四川灌县建的都江堰等。又因北方含沙量大的河流多,我国很早就引多沙河流进行淤灌和放淤,做到同时利用水、沙资源,既灌溉作物,又改良盐碱地。漳水十二渠和公元前246年兴建的关中郑国渠皆引浑水灌溉,把大片盐碱地改良成了沃田。建国以后,有坝引水和无坝引水灌渠发展很快,如陕西省,截至2000年底,全省有效灌溉面积达144.93万公顷(主要为渠灌),新疆省干、支、斗、农四级渠道长30多万公里。在利用多泥沙河流的水沙资源方面,建国以后成就很大,还打破了自明清以后不敢引用黄河下游水的“”,进行引黄淤灌和放淤。目前,黄河下游已建成各类引黄灌区100多处,灌溉面积达到3000万亩,每年引用黄河水量100多亿立方米,利用黄河水沙放淤改土300多万亩,发展水稻田120多万亩,使盐碱沙荒地变成了良田。
陂塘堰坝主要建于南方山丘区。南方丘陵山区,雨量充沛,但水流容易流失,干旱是农业生产要解决的主要问题。为此,古代劳动人民因地制宜,创造了多种类型的陂塘堰坝蓄水工程,起到滞洪蓄水的目的。有在溪流上筑坝拦蓄水流的灌溉工程,称之为“堰”、“坝”、“陂”、“?臁钡龋挥性谄降卦涑兀?或在谷口及高地水所汇归处筑堤,就地潴蓄雨水的,称之为“塘”或“荡”。又平原地带筑坝拦蓄水的工程现称为平原水库,利用天然山丘间的沟谷洼地蓄水的工程现称为山谷水库。大型陂塘工程以公元前600年左右楚国在淮南修建的芍陂为最早,两汉时汉中、南阳、汝南地区陂塘工程很是发达,著名的山谷水库有马仁陂,平原水库有六门陂、鸿隙陂等。东汉时进一步向南方发展,浙江绍兴的鉴湖、余杭的南湖工程规模都很大。之后三国孙吴在江苏句容兴修赤山湖,西晋建丹阳练湖和新丰塘等。当时能因地制宜规划布置陂塘,巧妙地利用地形兴建平原水库或山谷水库,布设堤坝、水门和溢流设施,形成完整的蓄水工程体系。还创造了陂渠串联工程类型,以对水资源更充分地加以调节利用,增加灌溉面积,提高灌溉保证率。建国后南方山丘地区大量兴建陂塘堰坝工程。如1952年仅四川内江地区就累计新修和整修堰塘5万多口。因平塘占地多,工程量大,总蓄水量不多,为此当地积极想法改进技术。1953年9月西南水利局组织基点工作组前往长寿县,经查勘,在葛兰场不远名叫“锁口丘”的地方,修建了当地第一口“山湾塘”。该地形肚子大,出口小,上面有较大集雨面积,下面耕地可自流灌溉。于是利用三面高一面低的地形,在低的一面修筑土坝,长40米,高3米,形成堰塘。此土方与蓄水的比例为1:10,比平塘1:1提高10倍效益。此后四川省水利厅将长寿县修筑山湾塘的经验向全省介绍。到1954年底,全省共建成各级“示范塘”1293口。1955年,“示范塘”迅速发展到17796口。到1985年,全省已有山湾塘61.11万口,可蓄水261769万立方米,有效灌溉面积715.48万亩。
陂渠串联工程古代多建于淮河、汉水流域,工程布置多样。这种工程类型建国后称之为长藤结瓜式灌溉系统。工程主要在南方丘陵山区修建,规模从小型发展到大型,从小网联成大网,从开发小河流到利用大河流,从一个河系发展到与几个河系相连。如安徽淠史杭灌区,自1958年至1982年,在淮河水系的淠河、史河及长江水系的杭埠河的上游建成佛子岭、响洪甸、磨子潭、梅山、龙河口5座大型水库,这些水库成为多首制渠首,又沿岗峦起伏的分水岭修建总干渠2条,干渠13条,以及分干渠和支渠358条,沟通了数条大河,灌区内修建中型水库23座,小型水库1100多座,连同塘坝21万多口,以控制灌区内的地面径流,灌区内流域之间水资源通过库塘和渠道可得到调配,使安徽的六安、霍丘、寿县、舒城、合肥等11县市和河南的固始、商城等县的广阔丘陵和平原900多万亩农田受益。
圩垸水利工程主要分布在南方沿江平原、湖区、下游三角洲及滨海地区。这些地区地势平衍,河湖密布,土地肥沃,水土资源丰裕,但易被水淹,沮洳下湿,极大地影响农业生产的进行。唐宋后,大力开河筑圩,排水御洪,兴建独具一格的水网圩田工程,把卑湿的“涂泥”之地,建成富饶的鱼米之乡。如太湖平原唐后期至五代时已建成规整的塘浦圩田水利系统。鄱阳湖区唐代已兴修较大规模的防洪堤防工程,至清光绪六年(1880),鄱阳湖滨南昌、新建、星子、九江、都昌、波阳、余干、进贤八县共有圩堤591所。建国以来,太湖平原继续加强浚河筑圩工作,完善水网圩田系统。鄱阳湖区新建和整修了圩堤501座,堤线长2500公里,保障农田500万亩,能抗御21.71米(1983年最高湖水位)的湖泊洪水位;湖区原有易涝面积330万亩,经治理,使200多万亩农田达到五年一遇以上的抗涝标准;还初步形成了一个大中小,蓄引提相结合的水利灌溉系统,使湖区农田的有效灌溉率达到80%以上。
凿井提取地下水灌溉,在地表水缺乏的北方地区很是重要。我国新石器时期已开始浚泉凿井,春秋战国时在园圃中凿井灌溉已较普遍,之后不断发展,到明清时期华北平原已形成大范围的井灌区,水井型式多样。20世纪50年代,广大农村用于灌溉的水井大部分仍为土井,如华北平原建国初期有各种土井200多万眼。20世纪60年代以后,灌溉土井渐被机井所代替。进入80年代以来,个体户承包和联户经营责任制的发展,使得各种土井又发展起来。据1982年调查,仅天津、河北沧州、衡水等地区就有各种土井几十万眼。如沧州青县,1982年有真空井6100眼,人工手压井2000眼,各种大口土砖井5000眼;南皮县有手压真空井4500眼,机带真空井4054眼,砖井358眼。土井主要开发浅层潜水,潜水埋藏浅,雨水易渗入补给。而机井开采的是深层地下水,靠自然补给时间长。目前华北地区的京、津、河北省、河南省北部、山西省中东部已形成联成一片的大范围的地下水漏斗区,这是过量开采深层地下水,补给不易产生的重大问题。而开采浅层潜水一般不会引起地下水漏斗区。又浅井开采潜水后,降低了地下水位,有利于防止土壤返盐,改良盐碱地的效果显著。开采潜水井浅,技术较为简易,所费资金不多,农户可自行管理应用,经济上支出节省,适于小农经营。
此外,古代新疆吐鲁番、哈密等地开凿独特的引取地下潜水的坎儿井,东南沿海防御海潮袭击的海塘工程,及其他御咸蓄淡工程类型在现今也都得到了继承和发展。
二、传统灌渠工程技术的继承和发展
我国古代灌溉工程技术是我国人民在实践中自行创造的,适应了各地的自然地理条件,因地制宜,类型多样,内容非常丰富,不少工程技术在现今得到了继承和发展。
传统灌渠工程技术的继承和发展主要体现在以下一些方面:如建国后都江堰灌区认真总结了兴建无坝引水灌渠的传统技术和传统施工技术经验,使这些技术更加发扬光大。水利部和水利水电科学研究院曾组织人员对溢流过水土坝的传统技术进行研究和推广,取得实质性的突破。又渠道防渗技术各地多利用当地材料发展传统技术。传统淤灌和放淤技术在继承的基础上也得到很大提高。成都平原的都江堰,建于战国后期,是闻名于世的渠首为无坝引水的工程,在长期的岁修管理中,积累了丰富的引水、防洪和排沙技术经验[8]。而防御洪水和清除泥沙是世界水利学界公认的两大技术难题,都江堰却破解了这些难题,创造了世界水利史上的奇迹。其技术经验在多方面得到了继承。一是灌区各分水口广泛利用鱼嘴分水分沙,布置旁侧溢流堰(飞沙堰)泄洪排沙。如1962年修建的锦水河分水工程,在蒲阳河石坝子引水处,先在河中心修筑鱼嘴,将蒲阳河分成左支清白江,右支锦水河,汛期蒲阳河洪水流量为800—1200米3/秒,锦水河可分洪300—400米3/秒,而锦水河分干渠只能进50米3/秒,多余的水量则由设在鱼嘴以下600米的溢流堰泄回清白江,其工程布局与都江堰渠首工程的格局很相似。二是利用弯道环流原理,把进水口设在河道的凹岸,引取清水。都江堰渠首这种布置方式在灌区得到广泛的应用。如1962年所建?W水河引水工程,引水比很小,采用无坝引水方式,修筑了弧形导水堤,形成较稳定的凹岸,在凹岸顶点稍下游处建进水闸,推移质沿主河槽左侧凸岸排往下游,进水口一直没有被淤。四川省当今修建的无坝引水灌渠是很多的,其工程技术深受都江堰无坝引水工程技术的影响。如果河道的水位和水量不能满足灌区引水要求,则需要建闸坝抬高水位或形成水库取水。传统技术所筑的坝一般为土石坝、堆石坝和砌石坝。1949年建国后,在水利水电事业建设中,坝工建设有很大发展,到1990年已经修建82900多座水坝,在这些大坝中,土石坝占绝大多数。已建的2680多座30米以上的高、中坝(坝的用途包括引水、蓄水、发电等),土石坝约占80%,砌石坝约占14%,混凝土坝约占5%[9]。采用土石坝可以利用当地材料,节省工程量,这是我国最早修建,并得到广泛应用的坝型,目前在中低坝中仍大量采用土石坝,说明传统坝工得到较多的继承和发展,特别是对过水土坝的研究和应用,成绩较大,体现出传统坝工技术持久的生命力。
在今湖北省荆门市北部的仙居河上,有一座建于同治十三年(1874)的赵家闸灰土护面过水土坝。该坝由当地乡民修建,建成100多年来,经历无数次洪水过流,1935年坝顶过流水深达3.9米,竟未被冲毁,大坝至今依然完好,能使两岸3000亩农田受益。赵家闸坝高8米,坝顶长47米,基础为板状砂岩,坝身由粘土夯筑,外包1米厚灰土夯筑层。这种由夯实粘土外包灰土保护层作为河道滚水坝的独特建筑方式,国外从未见有报导。除赵家闸外,百余年前兴修的过水土坝还有湖北荆门黄鲍闸,此闸建于1859年,坝高5米,1935年大水堰顶水深达3.9米,未冲毁,至今仍安全运行。此外,山西平遥梅槐头、黎基坝等也是过水土坝,这些坝都较低,只有5—10米高。
受古老过水土坝的启示,1958年,清华大学应届毕业生组成过水土坝设计组,对过水土坝进行不透水面板的试验,肯定了这种坝型的优点,还提出修建时要注意的技术要求。1975年8月,河南发生暴雨,使50年代治淮工程建成的两座水库——板桥和石漫滩土坝漫顶。于是土坝过水问题被再度提起。水利水电科学研究院对许多省市进行土坝过水的调查,发现1958年后不少地方按清华大学的办法修建的过水土坝,经多年洪水考验,运用良好。从1975年起,吉林、安徽还修建了沥青材料护面的过水土坝。1980年10月,水利部委托吉林省召开土坝过水经验交流会,将各地经验进行交流。1983年水利水电科学院在室内试验的基础上,先后在山西省岚县上明水库和内蒙古东胜市武家沟建成两处灰土水泥土过水土坝,经历数年风化冻融和几次较大洪水的考验,工程完好无损,节省工程造价1/3以上。可见,我们祖先创造的灰土溢流坝具有很大的现实意义。据了解,国内已建成的各类坝中,90%以上是土坝,而其中66%没有泄洪建筑物。因此,让土坝的一部分过水,或在已建成土坝上加修溢洪道,也是很现实的课题。故而传统的过水土坝工程技术仍有发扬之必要。
传统施工技术以宁夏引黄灌区的草土工程(俗称“埽坝”、“卷埽”)和都江堰的杩槎、竹笼、干砌卵石等工程最具特色。宁夏引黄灌区,在1960年青铜峡枢纽建成以前,均为无坝引水,灌区普遍使用草土筑坝。如春季岁修,用草土封堵渠口,再进行修浚;用草土修筑渠河护岸,及桥、涵、闸、斗和护坡;修筑临时性的拦水坝等工程。元代宁夏水工修筑埽工已很出名。灌区千百年来,草土工程一直应用于各种渠道工程。它具有就地取材,造价低,技术简便,施工快,稳定和防渗漏性好,抗震性强,对基础清理要求不高,及拆除容易等优点。建国以来,宁夏引黄灌区的草土工程,在各地大型水利水电围堰工程上相继使用。如1956年修筑甘肃省兰州市供水厂,其进水口黄河围堰工程首次使用草土工。之后,刘家峡、盐锅峡、青铜峡、三盛公、陕西省石泉石门电厂汉江进水口围堰、浙江省黄坛口电站护坦围堰,1979年援非洲建马里电站护坦围堰等,都取得了成功,且费用省,进度快。之后,人们对这一传统技术经验系统地进行了总结。
都江堰灌区历年维修管理都采用传统的杩槎、竹笼、干砌卵石、桩工、羊圈等施工技术。它们的优点主要能就地取材,技术简易,施工方便,投资节省。一般应用于截流分水、筑堰护岸、抢险堵口、整治河道、维修渠道、保护桥闸堤堰等工程。目前都江堰灌区岁修截流工程仍用传统的截流方法,用的是杩槎、竹笼、卵石和黄泥。岁修时内江架设杩槎后,截流合龙只需40多分钟。这种截流方法人们认为是一种生态型的截流技术,无机械的噪杂声,体现了人与自然的和谐相处,而且经济、合理、安全。
渠道加以防渗措施可减少渠水的渗漏损失,提高渠道有效利用系数,这在水资源缺乏的北方尤其重要。传统渠道防渗技术措施主要有夯土、砌石、砌砖、铺灰土、铺草皮等,这些防渗措施就地取材,施工简便,经济实用(比混凝土、塑料薄膜、沥青材料衬砌省费用),防渗效果也显著,各地多有应用,并不断改进技术。
灌渠还采用地下输水管道,这种设施具有节水和省地的优点。早在3000多年前的殷商时代,城市中已铺设地下陶水管道,这在安阳殷墟、郑州洛达庙商代遗址中皆有发现。元代《王祯农书?农器图谱集之十三》所载阴沟,即行水暗渠也,是一种用砖砌的暗渠。山西省一些城镇几百年前的陶管下水道一直使用至今。20世纪60年代,山西翼城县利民灌区试验用陶管修建灌溉输水工程,但未能成功运行。1974年山西临汾市屯里井灌区试验陶管灌溉输水,获得成功,多年运行状况良好,使用年限可达40年。在进行经济效益分析后,认为这种工程还是比较经济的。又河南省偃师县东寺庄1957年就修建了地下瓦管渠道灌溉网。之后,传统地下输水管道技术不断发展。现在将低压管道输水灌溉,简称为“管灌”,这一技术已成为目前我国北方地区一种很好的节水灌溉措施。80年代末,水利部将“管灌”作为北方农田全面节水的基础设施来抓。据统计,目前我国“管灌”面积有4500万亩,其中河北、山东、河南、北京、天津等省市的“管灌”技术发展很好,仅山东、河北、河南三省的“管灌”面积就达266.67多万亩。这项技术具有省水、省地、省工、节能、省投资等优点,值得进一步发展推广。此外,江苏无锡县人多地少,为了节省土地,20世纪60年代以后发展“三暗”工程。“三暗”工程是灌水暗渠、排水暗沟、渗水暗管三者的简称,这些暗渠沟皆用灰土筑成,采用的是传统施工技术。1965年冬无锡埝乔公社刘巷大队建成第一条灰土暗渠,至1978年春全县已建成暗渠2588公里,灌溉面积50余万亩,占农田总数的62%。从1973年开始又进行暗沟、暗管的建设,与暗渠配套使用,形成灌、降、排、调、控综合运用的立体水利系统,为建设吨粮田创造了条件。“三暗”工程与明渠、明沟、明墒相比,具有提高土地利用率,灌水快,排水畅,降水效果好,减少渗漏,农机操作方便安全,减少岁修,取材易,造价低,节省水旱田开明沟用工多等许多优点。“三暗”工程在农田水利建设中的运用,实是在传统技术基础上的创新,这为高速发展农业,实现农业现代化迈出了新的一步。
又石质倒虹管道可视为特殊的地下输水管道。清代嘉庆十四年(1809),四川合江县锁口乡刘士朝主持修建了一条引水过河灌溉的渠堰,渠道过河处设置了石质倒虹管,全长266米,水头26米,进出口高差仅0.407米。管道用坚石预先凿成63.5×40×40厘米的承插式管节,内径13.5厘米,用糯米粥拌石灰作为管与管间胶结材料,并用这种材料抹平管内壁,以减少摩擦阻力。石质倒虹管能承受较大强度的水压力,这一倒虹管至今保存完好。解放后此种石质倒虹管在合江县得到了推广应用。
我国北方含沙量高的河流多,我国人民早在2000多年前已进行引洪灌溉和淤地活动,发明了淤灌和放淤技术,以利用河流中的水沙资源。在长期的历史实践中,积累了丰富的技术经验,尤其在宋代熙宁年间,政府曾组织空前规模的大放淤活动,取得选择适时放淤水情,做好淤田工程,预筹退水出路,正确处理放淤与防洪,放淤与航运等许多技术经验。这些技术在现代进一步得到继承和发展。如陕西省传统引洛灌区,现已突破了引水含沙量不得超过15%(重量比,相当于166公斤/立米)的规定,引进含沙量高达60%(965公斤/立米)的浑水进行淤灌,基本解决了灌区汛期水量供需之间的矛盾,并改良了大片盐碱地。当今引洪漫地(放淤)已作为水土保持和农田基建的一项内容被得到重视。如关中赵老峪流域是古老的放淤区,下游富平县境内有引洪漫地34000多亩,是将上游铜川市境内来的洪水泥沙,全部引入地中淤漫。漫过的地,每亩亩产400斤,有的甚至超过千斤,多年来,发生大暴雨,下游都不发洪水,原来的河床,现在变成了农耕地。河北省张家口地区通桥河引洪灌区,面积11万亩,上游河道流域面积3060平方公里,引洪能力每秒450立米,多年来河道上游洪水基本上全部不出灌区,保护了下游的农田和村镇。万全县在五道沙河沿岸共建大小引洪渠道800多道,总引洪能力达863米3/秒,一般年引洪水总量为2000万立方米以上,初步达到大水不出县的水平。由于一般洪水已不流入洋河,从而减轻了下游河道和水库的泥沙淤积。可见引洪漫地能起到良好的水土保持作用,这也可认为是传统技术在今天的发扬。
三、传统塘堰和开发地下水工程技术的继承和发展
历史上山丘区的拦蓄水工程统称为塘堰、塘坝,有“堰”和“塘”之分,又有山塘(山湾塘)和平塘之分。建国后大力修筑山湾塘,一些南方省区山湾塘已达数十万座。有些地区对老式塘坝加以改造,以增加其蓄水量。如安徽省肥西县对丘陵区冲洼里的拦冲塘,将原有塘底挖平,挖出的土垫高塘埂,增加了塘的蓄水深度;或把拦河坝加长增高,成四面筑埂式;在较大冲洼里,根据地形,或在“水深”处建塘,加高塘埂,“水浅”处不建塘,仍为田,或上下冲两面筑埂成塘;或建成层递式,高处蓄水灌高地,低处蓄水灌低地,头层塘的放水渠兼作第二层塘的引洪沟,第二层塘的放水渠,兼作第三层塘的引洪沟,做到有层递的引蓄,有层递的灌溉。通过改造,蓄水深增加,老式塘坝蓄水面积与其灌区耕地面积比为1:4.6,改造后为1:9,满足了浅丘区农田灌溉的需要。
我国北方地区,在地面挖掘或在洼地筑埂形成的拦蓄径流的工程叫涝池、坑塘等。建国后,北方地区群众继承以往的传统做法,继续修筑涝池,涝池数量发展很快。如陕西省黄河流域内在1956年有涝池1240座,1985年达8940座,30年增加6.21倍,总容量2588万立方米。北方陕、甘、晋、内蒙、青、宁、豫七省(区)1985年黄河流域共有涝池19.8万座,总容量8343万立方米。华北平原沧州地区通过开挖坑塘,拦蓄降雨径流,滞沥、除涝、灌溉,取得了治理旱、涝、碱的经验。原来在20世纪50年代末,华北平原大搞地上蓄水灌溉,不重视排水,造成了土地的次生盐碱化。进入60年代,只排不蓄,大量水资源白白流失。70年代,大力发展井灌开发利用地下水,但由于深机井布局不合理,使得地下水位普遍大幅度下降,出现了大面积的漏斗区。浅井区多年只采不补,地下水位也普遍下降,使许多浅井报废,而转向打深机井。地表水由于连年的干旱和上游节节拦截,河道全年断流。通过多年的实践,人们逐渐认识到,要利用传统的坑塘设施,拦蓄降雨径流,散蓄散排,解决抗旱灌溉水,雨时将涝水排入其中,只要注意把坑塘蓄水位控制在返盐临界水深以下,并与沟渠连通,就不会引起盐碱化。坑塘深度不宜少于3—4米,一般应深5—7米,面积15—30亩,最大不超过40亩。这样就解决了长期存在的“旱、涝对立”,“排灌矛盾”,使沥水转化为灌溉水源,还能利用坑塘采补地下水。历史上黄淮平原因为年际、年内的降雨量分布极不均衡,出现水少时强调修筑陂塘蓄水灌溉,水多时强调开挖河沟以排除洪涝和防止土壤返盐。旱涝碱问题,排灌矛盾得不到妥善解决。而沧州地区在近30年来,通过改进传统的坑塘技术,积极开挖和改进坑塘,将坑塘与井、渠联合调控,较好地解决了旱、涝、碱问题,这一方法亦成为治水改土的一条重要途径。
我国古代在开发利用地表水的同时,也很重视开发利用地下水,主要通过挖泉凿井加以利用。建国以后,传统的打井方法和提水机具继续使用,并加以改良,尤其是开凿筒管井的技术进展较大。筒管井的雏形在清代已经出现,清代郭云升《救荒简易书》卷三已载有增加新、旧井出水量的方法:旱年将两根已打通各节的长竹竿插入井底数丈,则“井水泉”。此方法简便,又能增加出水量。现代称由上部直径较大的筒井和下部的管井联合而成的井为筒管井。在筒井的井底加凿管井,可增加出水量;又筒井开挖过深施工不易或不经济,筒管井则比同样深的筒井更经济些。1956年河南省创制了一种凿井方法,称为“56”打井法。其井结构上部为8块扇形砖砌筑,形成直径为0.5米的小砖筒井,下部为木管管井。这种井取用几层含水层,出水量大增。之后,筒管井又发展为水柜,即将筒井部分用大的集水坑代替,坑底再加凿几个管井。单个井又发展为井群,各井互相通联,统一集中管理。
开凿传统土井的好处是很多的。土井主要开发浅层潜水,埋藏浅,雨水当年即能补给,一般不会产生地下水漏斗区。开采潜水后降低了地下水位,能防止土壤返盐,达到改良盐碱土的目的。目前采取井、渠结合,或井与渠、坑塘结合,河道节制闸、深渠与浅井结合等方式。如在枯水季节利用浅井,提取地下水灌溉农田,降低地下水位,腾空“地下水库”库容;汛期丰水季节,通过渠道引水灌溉和蓄水侧渗,补给“地下水库”水量。人们已认识到解决华北平原土壤盐碱化的主要途径是井渠结合的方法,该地区的灌溉抗旱,也形成以井灌为主,井渠结合的方式。
关于提取井水的工具,群众也运用传统汲水工具的工作原理,演化和革新出一些简易的汲具。如拉水井,其原理与古代渴乌利用筒内形成真空,产生压强差汲水相同。其制作简易灵巧:用一根长约八、九米的八号铁丝,一端接一小小的活塞,塞入一直径约30毫米的塑料管内,管的下端塞一木制进水活门,上端将露在管外的铁丝弯成钩形,然后将塑料管装入打入地下的外井管里,一个拉水井就做成了。制成一眼拉水井全部费用仅50元(1993年价)左右。由于打井简便,取水方便,不花水钱,所以拉水井在一些地区推广开来,几乎达到每户一井,甚至一户数井的程序,有些菜园、瓜地也建造了这种井。四、传统圩田水利和海塘工程技术的继承和发展唐后期至五代吴越时期,太湖平原已形成纵横塘浦交加圩圩相接的水网圩田系统,皖南沿江平原亦建成一些大圩。宋代以后,圩田建设更加兴盛,并发展至长江中游两湖平原、鄱阳湖平原和珠江三角洲等地区,更加讲究圩田修筑方法,提出“筑堤、浚河、置闸”是筑圩的三项基本技术要素,“缺一不可”。又出现了分区分级控制和联圩并圩等圩区治理技术。这些卓越的技术经验在当今得到进一步的继承和发扬。
太湖下游苏州地区地势低洼,历史上修筑了大量的圩田。建国后,苏州地区在继承前人技术经验的基础上,总结出圩区治理的“四分开,两控制”原则,即内外分开、高低分开、排灌分开、水旱分开,控制沟港水位、控制地下水位,以全面解决洪、涝、旱、渍各方面的问题。许多圩子和圩区治理时皆遵循这一技术原则。如苏州地区昆山县同心圩由低洼低产圩田改变成高产稳产农田,重要的就是正确实行了“四分开,两控制”的水利技术原则。同心圩圩形长方,南北长3.5公里,东西平均宽1.8公里,总面积6.3平方公里(9380亩),其中耕地面积6300亩。该圩是1958年由许多零散小圩联并而成,联并前的各个小圩圩岸单薄,河网零乱,田块碎小,土壤板结,抗洪涝能力低。联圩时,加高培厚圩堤,同时开挖了一条长3.5公里的中心河。之后又整治圩内水系,发展机电排灌,田间深埋排水暗管,按“四分开,两控制”原则进行整治,提高了抗洪排涝能力,特别是地下排水技术,突破了传统圩田水利技术,具有很大的创造性。这项技术70年代被江苏省水利厅加以推广。到90年代,低洼圩区治理从联圩并圩,利用老河网,已发展到以治理涝渍为主,实行高筑圩,双配套(闸站),四分开(内外分开、高低分开、灌排分开、水旱分开),三控制(控制内河水位、控制地下水位、控制土壤适宜含水量)。一些条件好的圩区,发展田间“三暗”工程,进行暗灌、暗排、暗降,为农业的高产创造了基本条件。于是“四分开,三控制”也成为其他圩区治理的基本技术原则。我国东南沿海很早就修筑海塘工程,以防御海潮的侵袭,保护农田和城镇的安全,江浙海塘是修筑的重点地段。东汉时已在钱唐县建防海大塘,三国时孙吴在金山筑咸潮塘,唐代时已在江浙沿海建成系统海塘工程,五代至明清频繁地兴修海塘,不断改进海塘结构。五代以前所筑海塘都是土塘,之后海塘结构从土塘逐步发展到竹笼木桩塘、柴塘、斜坡式石塘、直立式石塘、鱼鳞石塘等,每一类海塘结构又有多种型式,以适应不同的潮势和土质,同时还修筑了护塘、护滩和挑溜工程。
目前江浙海塘,仍有土塘、各种柴塘和石塘,有些是清代一直沿用到现在,清代修建的条块石塘和鱼鳞石塘,“到目前浙西海塘尚有约80公里,仍屹立海滨”。建国后继承了“鱼鳞石塘”这种型式,在材料等方面加以改进,建成“新鱼鳞石塘”。如1955年在海宁县建筑的“新鱼鳞石塘”,塘身上部采用水泥沙浆砌条石,下部采用水泥沙浆混凝土块,塘顶盖面石和塘底盖桩石均为混凝土块,基桩采用钢筋混凝土桩,这样的海塘工程更能抵御汹涌的海潮冲激。在海盐、海宁、平湖、绍兴等地也修筑了一些不同型式的“新鱼鳞石塘”。可见结构坚固、耐久的“鱼鳞石塘”,今后仍是一种可继续采用的较好的海塘结构型式。此外,还可借鉴传统的海塘工程设计技术思想,如根据不同的海岸地质和动力条件,因地制宜采用各种不同的海塘工程结构,使海塘工程更加牢固耐久。
总之,我国在数千年修建灌溉工程的实践中,创造了众多的水利工程类型和卓越的灌溉工程技术经验,体现了我国劳动人民杰出的智慧。这些传统的工程和技术是适合我国各地的自然、地理条件的,体现了因地制宜的原则,所以具有很强的继承性。从工程类型来看,大致北方多兴修引渠灌溉工程;南方的山丘区以蓄水塘坝为主,低洼平原以水网圩田为主,沿海则修筑海塘、堰闸等拒咸蓄淡工程;江淮地区位于南北过渡地带,多修建陂渠串联工程。北方还发展井灌,新疆修筑坎儿井等。这些多样的灌溉工程类型经历了数千年的实践检验,具有强盛持久的生命力。又传统灌溉工程多利用当地具有的土、石、木等建筑材料,这些材料经济适用,施工技术群众易于掌握,现今各地在修建灌溉工程时仍较多采用。不少传统灌溉工程技术内涵丰富,具有合理性和科学性,在现今仍能吸收利用,有的甚至能解决技术难题。自古以来工程技术随着社会的发展不断进步,同一个技术在以往的基础上逐步提高,应用范围扩大,还常出现创新技术。我们要总结工程技术发展的规迹,尤其要重视探讨传统工程技术思想,如灌溉工程规划思想、设计思想、水利家的治水思想,水利著作中的水利理论认识,及人们对技术发展内部规律的认识等,这些思想往往能给我们以重要的启迪和借鉴作用。例如都江堰的系统工程规划设计思想,北方多沙河水土资源利用的设计思想,区域治水规划思想等都是前人给我们留下的珍贵遗产,需要继续发扬光大。此外,传统工程技术具有简便、经济、实用等诸多优点,我们应吸取其精华,用现代技术改造其不足的方面。如新疆坎儿井,具有能自流灌溉,不用提水工具;水质优良,水流稳定;冬季不封冻,可供全年灌溉和饮用;施工设备简单,农户易于操作;水行地下,能减少蒸发和避免风沙的侵袭等优点。但其开挖和维修工程量大,工作环境艰苦,费时费人力,目前掌握此技术的人员已经很少了。所以要改进坎儿井的挖掘技术,采用机械挖进提升设备,改善劳动条件,加强对坎儿井的管理和维护,使之发挥更大的作用。建国初期,吐鲁番地区的吐、鄯、托三县几乎全靠坎儿井及泉水灌溉,后来修建了防渗渠道、小型水库和机井等水利工程。目前吐鲁番地区利用地表水3.88亿立米,利用地下水9.94亿立米,总的用水量增了几亿立米,但坎儿井水和泉水的水量都显著减少了,代替它们的是每年用机井提取利用地下水四至五亿立米,原来不花钱的泉水和坎儿井水,现在变成了要支付电费和油费的机井水。故有人主张要大搞坎儿井的维修和改建工程,并把它作为今后该地区水利建设的主攻方向。所以我们要认真地总结传统灌溉工程技术,使之与现代技术相结合,从而在水利建设中发挥更大的作用。
注释:
[1]《中国水利》2001年第9期“陕西水利建设”,“新疆水利建设”。
[2]邹广荣《我国农田水利建设四十年来的成就》,《水利水电技术》1989年第9期
[3]古传庆:《山湾塘的由来》,《四川水利》1997年第6期。
[4]详见张芳:《中国古代淮河、汉水流域陂渠串联工程技术》,《中国农史》2000年第1期。
[5]《淮河纪行》,上海教育出版社,1985年。
[6]徐文开:《我国最大的淡水湖——鄱阳湖》,《水利史志专刊》1992年第1期。
[7]张天真:《中国水利与环境》,科学出版社,1990年。
设想中的海水掉进了现实的油锅,引发了沸腾的争议。网友称之为“天方夜谭”、“痴人说梦”,十余名工程院院士联合召开会,直斥其为“伪科学”……
而构想倡导者的坚持也言之凿凿:“科学从不反对大胆创想”。
“引渤入疆”,是智者的良策,还是疯人的狂想?
梦想家霍有光
霍有光,西安交通大学档案馆馆长、教授、博士生导师。早年毕业于兰州大学地质地理系,后在中国地质科学院西安地质研究所工作二十多年。他亲历了新疆、甘肃、宁夏等最干旱地区,早上用一杯水刷牙洗脸,晚上继续用这杯水洗脸洗脚。
作为“引渤入疆”首倡者, 霍有光自称其灵感诞生于1995年北京西站候车大厅,望着墙上的中国地图,他用手量了一下渤海到沙漠的距离:并不遥远。
“为什么我们不能把渤海水引入新疆,镇压沿途的大沙漠,解决干旱问题呢?”
霍有光说:“没有水,你才知道水有多重要。” “受环境破坏等因素的影响,我国北方地区水资源严重匮乏,尤其是横亘我国北方的条带状沙漠由于几乎没有水资源,不仅环境无法改造,反而以每年新增2000多平方公里的速度在不断扩大沙漠化进程。”
1997年,霍有光在《科技导报》发表了《西调渤海水改造我国北方沙漠生态环境的设想》,第一次明确提出了“海水西调”的概念。
“海水”遭遇“口水”
“陆海统筹海水西调高峰论坛”会后,大多数专家和企业代表被带去参观塔克拉玛干沙漠,实地感受新疆对水的渴盼。
次日,媒体报道,“新疆研讨渤海水西调入疆”、“专家称6年内可实现”,随即引发全国关注。
舆论的沸腾超过了所有人的预料。他的电话也几乎是处于“热线”状态,媒体采访、各方人物的探讨应接不暇。
网上的讨论更是沸反盈天,刻薄者如:“海水没进疆,脑子先进水”,“堪比炸开喜马拉雅山的异想天开”,“相当于‘四大傻工程’长城贴瓷砖,赤道镶金边,飞机装倒挡,黄河安栏杆。”
最“和善”的评价也谨慎地说,那是一个“大胆的设想”。
最猛烈的打击来自11月16日。在北京召开的《新疆可持续发展中有关水资源的战略研究》项目成果会上,十多位中国工程院院士彻底否决了“引渤入疆”的构想。他们认为:无论是从气象学的角度,还是新疆的地理条件,以及海水淡化的技术难度、经济成本来看,“海水西调、引渤入疆”的想法都是一个“伪科学”。 这几乎是为“引渤入疆”做了“不可行”的定论。
在论坛上说“‘引渤入疆’6年可实现”的泓元海水淡化有限公司董事长王秀顺,在接待了“三十多拨记者采访”后,表示“上面已经下令‘封口’了。”不过,他仍坚持说:“‘引渤济锡’工程还在继续。”这项工程被视作“引渤入疆”的一个试点,也是“引渤入疆”线路上的一段。
论坛的主办者之一、新疆东西部经济研究院院长唐立久介绍,“引渤入疆”已经是解决新疆水资源困境的第五种解决方案了。此前的几种设想也多引起争议,比如沦为笑谈的“开口喜马拉雅山引入印度洋暖湿气流”。
引水线路之争
1997年至2001年,霍有光先后发表了数十篇论文,出版了三部专著,内容均是关于西部调水的建议与构想。但一直应者寥寥,只在小范围的专家中引起过一些讨论。
2001年,陈昌礼和霍有光的主张被中国高科技产业化研究会海洋分会注意到,每次都请他们在海洋分会年会上做学术报告。
两位教授虽然都把“海水西调”水源地瞄向了渤海,而且最终目的地都是罗布泊,但两人在引水路线的走向上却一直争论不休。
霍有光的第一个着眼点是自己早年间走过无数遍的疏勒河故道。
“大河向东流是很多人的固有印象,谁能想到中国西北曾经有一条自东向西流的河呢?”霍有光说,“疏勒河的河道我全都走过,它就像是给‘海水西调’预留的一样。海水被引入到这里,不仅可以实现自流,还可以利用落差发电,对冲引入海水所需要的电力资源。”
从疏勒河故道的东端玉门镇,霍有光沿着地图一路向东,寻找着连接到渤海的线路。经历过无数次修改后,他拿出了自认为最切实、最便利的调水路线:从天津附近的渤海口取水,直接进入黄旗海,总调水路线为440公里,地势也比较平缓。然后由黄旗海―库布齐沙漠―毛乌素沙漠―腾格里沙漠―乌兰布和沙漠―巴丹吉林沙漠,走河西走廊戈壁滩,经疏勒河从东向西的自流进入塔克拉玛干沙漠东缘的罗布泊。这条线路走向在阴山以南,也被称为“内线”。
而陈昌礼教授提出的方案则走阴山以北,被称为“外线”:从渤海西北海岸提送海水达到海拔1200米高度,到东南部,再顺北纬42°线东西方向的洼槽地表,流经燕山、阴山以北,出狼山向西进入居延海,绕过马鬃山余脉进入新疆。
两种方案各有利弊,两人为之争论不止,谁也说服不了谁。
试水“引渤济锡”
2008年,海洋分会再次组织“海水西调”研讨会,因为一家企业的加入而更名为“陆海统筹与引渤济锡发展战略研讨会”。该企业就是正在内蒙古锡林郭勒盟谋划利用海水的泓元海水淡化有限公司。
对“海水西调”的热情,身为商人的王秀顺甚至比两个理论创始者还要高。在他眼里,“引渤济锡”,乃至整个“海水西调、引渤入疆”都是一桩生意。
每年从渤海调水3.65亿立方米到锡林郭勒,在进行海水淡化的同时,年产各类海洋化工产品1120万吨,还包括每年350万吨高机动力燃油和10亿立方米的合成天然气等一系列化工产品。他估算,项目一期总投资628亿元,静态投资回收期(包括三年建设期)为税前6.52年,税后7.34年。
泓元公司的海水淡化项目也引起了海洋分会的注意,并将其吸收为会员单位。由此,王秀顺接触到了“海水西调”设想,他正在极力推进的“引渤济锡”工程,恰好与“海水西调”的“外线”“步调一致”。
于是,“引渤济锡”项目成了“海水西调”的示范工程,一旦成功,很可能成为将来调水入新疆的第一步。
在霍有光和陈昌礼两人的最初设想里,“海水西调”都只是一个农业改善生态工程,它的实现有无法预测的漫长距离。而现实的实践速度显然超出了理论创始者的意料。
如果不是在新疆举办的论坛引起了前所未有的关注和争议,人们不会知道所谓的“引渤入疆”设想,更不会知道,那个民营企业泓元公司已经悄无声息地推动这个设想付诸实施5年了。
考量百年工程
有人说“海水西调”工程造价将是天文数字。霍有光认为,“海水西调”不仅能固沙治旱、开发能源、发展产业,它还将改变整个北方地区的气候和生态环境,受益者将是整个中国。
他对造价进行过严密分析,如果采用管道输水,“海水西调”不会超过西气东输,如果管道和明渠并用,“海水西调”也不会超过南水北调。
霍有光论述“海水西调”的基本原理是,以海水填充中国北部沙漠,形成人造海。人造海可以遏制沙尘暴,发展人造海养殖业、盐化产业及周边的绿化、种植、旅游等沙产业;另外也可作为水汽供应源,湿润北方气候,增加降雨量。按他的设想,西调渤海之水不会改变我国陆地上任何一个地区原有水资源的数量及配给。
霍有光也说,即便是这个构想真的有一天付诸实施了,也绝不是短期内就能完成。他认为“海水西调”需要大流量和持久性,需要以“接力棒”的方式调水,本着“量力而行,先近后远,各个击破,分期到位”的原则,构建西北人工湿地大概需要100年的时间。