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分汊河道实时洪水预报方法研究及应用

作　者: 张大伟
导　师: 董增川
学　校: 河海大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 分汊河道洪水预报牛顿迭代实时校正衰减记忆最小二乘卡尔曼滤波
分类号: TV124
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 180次
引　用: 3次
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内容摘要

分汊河道是河流中常见的一种河型,在我国的大小河流中广泛存在着两汊和多汊河道,如长江、北江、西江、苏北的新沂河等。对该类河道进行洪水预报时,可以借助已有的河网水流模拟方法,如二、三、四级联合解法、汊点分组法等。但是分汊河道通常结点较少,所以如何针对分汊河道的特点,寻求一种高效实用的洪水预报方法是一个非常有研究意义的课题。本文以西江、北江下游段为例,研究了一种适用于该类河道的水力学实时洪水预报模型。水力学模型以描述河道洪水波运动的Saint-Venant方程组为基础,按Preissmann加权四点隐式格式进行离散,用Newton迭代法直接对离散形成的非线性代数方程组进行求解,提高了数值解的精确性。在求解系统方程组时,为了提高计算速度,对数据存贮采用了降维和压缩处理,在解法上采用了一种按行消元的特殊高斯消元法,避免了由于分母过小使计算中断的可能。同时为了提高预报的精度,针对水力学预报模型的特点,论文探讨了两种实时校正方法,即衰减记忆最小二乘法和卡尔曼滤波方法,并对两种校正方法的计算结果进行了对比和分析。实时洪水预报模型在西江、北江下游段的计算结果表明,模型在该类分汊河道的洪水预报上是可行的,对类似河道的洪水预报具有借鉴作用。

全文目录

第一章绪论  9-20
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 非恒定流计算  10-13
    1.2.2 实时洪水预报方法  13-15
    1.2.3 实时洪水预报系统  15-18
  1.3 主要研究内容及技术路线  18-20
    1.3.1 研究目标  18
    1.3.2 主要研究内容  18-19
    1.3.3 总体思路及技术路线  19-20
第二章水力学预报模型  20-32
  2.1 Saint-Venant方程组的Preissmann隐式差分格式  20-22
    2.1.1 Saint-Venant方程组  20
    2.1.2 方程组的离散  20-22
  2.2 差分方程组的Newton-Raphson迭代形式  22-26
    2.2.1 Newton-Raphson方法的基本原理  22-24
    2.2.2 圣维南差分方程组的Newton-Raphson迭代形式  24-26
  2.3 特殊结点迭代系数的推求  26-29
    2.3.1 上下游边界条件  26
    2.3.2 河道汊点  26-27
    2.3.3 集中旁侧入流  27-28
    2.3.4 堰、坝、闸等水工建筑物  28-29
  2.4 系统方程的装配及其求解  29-32
    2.4.1 系统方程的装配  29-30
    2.4.2 系统方程的求解  30-32
第三章模型的应用  32-48
  3.1 流域概况  32-37
    3.1.1 自然地理  32-33
    3.1.2 气象水文  33-34
    3.1.3 防洪治理工程  34
    3.1.4 河段概化  34-37
  3.2 参数率定  37-42
    3.2.1 参数率定洪水场次选择  37
    3.2.2 率定结果  37-42
  3.3 模型的检验  42-46
    3.3.1 模型检验洪水场次选择  42
    3.3.2 检验结果  42-46
  3.4 计算成果及误差分析  46-48
    3.4.1 成果分析  46
    3.4.2 误差分析  46-48
第四章实时校正方法  48-66
  4.1 衰减记忆最小二乘法原理及应用  48-55
    4.1.1 衰减记忆最小二乘法原理  48-50
    4.1.2 衰减记忆最小二乘法的应用  50-55
    4.1.3 成果分析  55
  4.2 卡尔曼滤波理论及应用  55-62
    4.2.1 卡尔曼滤波概述  55-56
    4.2.2 卡尔曼滤波法的应用  56-62
    4.2.3 成果分析  62
  4.3 两种校正方法的比较  62-66
第五章实时洪水预报系统开发  66-73
  5.1 系统开发目标及原则  66-67
  5.2 系统的总体框架  67-68
  5.3 系统的功能  68-72
  5.4 系统软件技术  72-73
第六章结论与展望  73-76
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80

分汊河道实时洪水预报方法研究及应用

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