非恒定流模型在北江上游实时预报中的应用

非恒定流计算方法是一种比较成熟的水力学计算方法，该方法应用在洪水预报中具有需率定参数少、物理概念清晰、精度较高、处理手段灵活等优点。以北江为例，介绍在实时预报应用过程中河道的概化方法、特殊水流的处理方式、上下边界的选用、区间入流的处理以及计算的方法和步骤。     

一维非恒定流模型与卡尔曼滤波耦合的实时交替校正方法研究

本文从一维圣维南方程离散线性化后的差分方程组出发,结合河道水流计算的边界条件,分别以水位、流量及糙率为状态向量建立3种卡尔曼滤波状态空间方程,研发出河道水流计算与变量交替实时校正的耦合模型。与天然河道实测资料类型及系列长短各异的特点相匹配,模型中变量校正模式选择灵活,对每一种校正模式,依据边界条件的给定方式自动切换到相应的处理模块,程序为每一校正时刻、每一校正模块动态地创建相应维数的卡尔曼滤波器。基于环状河网的求解机制,实时交替校正模式被嵌入扩展到环状河网水动力学模型中,初步实现了环状河网水流计算与实时校正的联解。实例检验效果证明了分离变量校正思想的可行性及所建模型的合理性。     

基于集合卡尔曼滤波的实时校正方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,基于集合卡尔曼滤波提出多变量交替校正的方法。该方法通过交替校正水位和流量,避开了滤波过程中的大矩阵计算,实现了利用观测信息直接校正非恒定流状态的目的;同时,应用尺度转换方法提高水位滤波精度。数值试验重点考察了观测误差和水位变换系数对模型计算精度的影响。结果表明:观测误差越小,模型的计算精度越高;水位尺度变换系数能显著增强多变量交替校正方法的效果,变换系数越大,计算精度越高;基于集合卡尔曼滤波的多变量交替校正方法具有良好的校正性能,能显著提高河道水流的预报精度。     

一维非恒定水动力学模型的实时洪水预报

本文建立了一维非恒定水动力学模型与最小二乘法耦合的实时洪水预报模型。运用最小二乘的递推算法,引入时变遗忘因子实时跟踪模型中时变参数的变化,并动态修正参数,实时改变一维非恒定水动力学模型结构,对洪水预报进行实时修正。通过长江干流宜昌～螺山段洪水实时预报应用．改进后模型预报精度比原一维非恒定水动力学模型计算结果有很大提高,表明所建立的模型用于洪水预报是行之有效的,在洪水预报中具有推广应用价值。     

基于Kalman滤波的实时校正模型研究

采用Preissmann四点隐式差分对一维动力学模型中圣维南方程组进行时间和空间离散,并结合Kalman滤波理论,建立以观测变量为状态向量的自适应实时校正模型。该模型在淮河中游的应用表明,相比于不使用实时校正模型,其预报的水位、流量精度更高。     

水库一维非恒定流数值计算

本文根据质量守恒定律重新推导了描述天然洪水控制方程组中的连续性方程,并用河段的体积和流量的微分方程表示。由动量定律可知,河段水体作用的动量其与河段进出口断面的动量之差及河段受力有关,对规则河段和不规则河段均采用同一描述方法。上边界条件为水库入流过程浅,下边界条件可采用水位流量关系、水位过程线.水库大坝作为内边界条件。以一维非恒定流方程组的加权四点隐式差分格式,求解各预报断面的流量过程、水位过程、最高水位、洪峰流量和洪峰出现时间。     

河网非恒定流数值模拟的研究进展

本文对河网非恒定流数值模拟近三十年的发展作了一次全面的回顾，对每种方法的基本思想和解决问题的途径作了一个简要介绍。概括了各种解法之间的相互关系和各自的优缺点，同时指出了这类问题有待进一步研究和发展的新方向。     

一维非恒定流数学模型参数若干问题研究

一维非恒定流数学模型能较合理的模拟河道水流演进,广泛应用于洪水及水污染预警预报.采用Preissmann隐式差分格式构建模型,通过在虚拟概化河道的计算,对W形河道断面概化及模型主要参数进行分析,提出天然河道W形断面概化处理方法,得到主要参数与计算结果的相关关系,为模型参数率定及取值合理性分析提供参考依据.     

一维非恒定流模型在黄河水量调度中的应用

随着黄河下游工农业生产的不断发展以及人民群众生活水平的提高，黄河水资源供需矛盾越来越突出。确保黄河不断流必然而临着越来越大的压力，提高水量调度的快速反映能力势存必行，因而提出了一维河网非恒定流数值计算模型在黄河下游枯水演进中的数学基础、实现方法和在此基础上建立的枯季水量调度软件的应用，通过对1985、1988年利津水文站流量的拟合结果比较可以看出，利用一维河网非恒定流模型建立的黄河下游枯水演进系统的实际应用效果是令人满意的。     

管渠结合一维非恒定流数值模拟研究

从一维明渠及有压管非恒定流连续性方程和运动方程出发,详细论述了管渠结合中各类边界条件的处理方法,并给出了采用特征线法数值模拟过程中具体的计算公式。结合南水北调中线工程某渠段实例,对运行过程中上下游闸门同时关闭工况下下游闸前水深的变化情况进行了模拟。     

基于粒子系统的流场实时模拟

数学模型计算结果的显示大多以后处理的形式出现，存在显示时间滞后、存储数据量大、无交互性等方面的不足．应用计算机图形学中的粒子系统来模拟流场，通过分析粒子的存储结构和出生、发展、消亡的生命历程对流场模拟的实时性和模拟效果的影响，从显示方面提高了系统运行的实时性与真实性；采用调整显示时间的方式实现计算和显示时间同步及数据的实时传输，开发了集实时计算和显示于一体的流场模拟系统。     

一维不恒定流与卡尔曼滤波耦合的河道实时洪水预报模型

对一维不恒定流方程组进行简化，导出扩散波的一维不恒定流方程，用有限差分对其进行离散化。考虑实时洪水预报的特点，上边界拟采用人流已知，下边界对于自然河段拟采用水位流量关系，对有闸、坝控制的拟采用相应的出流计算公式。对离散化的方程和边界条件进行线性化，得到系统方程。由于实际河道中实测变量的个数总少于待求变量的个数，为此，根据滤波方面的理论提出了一维不恒定流与卡尔曼滤波耦合的半自适应滤波模型。在该模型中量测误差系列的协方差矩阵可以通过信息更新系列实时地估计出来，只有模型误差系列的协方差矩阵需要预先给出。最后用实例对模型进行了检验并与其他方法进行了比较。     

排水管网非恒定流数值模拟新方法

提出了数值模拟城市排水管网非恒定流新的计算方法，即采用扩散波模型，将待求水位和流量分为运动波分量和扩散波分量两部分，并先后求解．在处理明满流过渡时，没有采用Preissmann明窄缝近似方法．用原型观测资料验证计算结果表明，计算值与实测值吻合较好．     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组,依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中,应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算,并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件,计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。     

非恒定流精确复演方法研究

研究了水工水力学模型试验中影响非恒定流复演(生成)精确性的原因，指出了精确性不理想的主要原因是其控制方法适用性不好．根据这一结论，给出了两种精确的非恒定水流的复演方法：一种是数字流量堰非恒定流复演方法，它通过改变堰板高度来调节流量，无需调节量水堰水位；另一种是流量元水流装置，它通过组合流量不同的流量元来调节流量．这两种非恒定水流的复演都是采用开环控制方法．     

中间渠道内非恒定流数值模拟

利用平面二维非恒定流数值模型，来研究中间渠道内非恒定流问题，该模型基于任意三角形计算网络，采用隐式求解自由表面的剖开算子法，离散求解控制方程，有效地处理了非线性混合算子和计算自由表面的困难，避免人工滤波措施，提高了计算精度和计算稳定性，并在三峡通航工程方案比较中得到应用。计算结果表明，该模型能较好地反映中间渠道内水流特征，与分析模拟船闸不同运行方式下渠道内水流波动特性，达到优化运行方案，改善渠道内航行条件的目的。     

用大涡模拟方法计算尾水管内非定常周期性湍流

本文运用大涡模拟-双方程模型进行尾水管内部非定常周期性湍流计算。而且本文对尾水管复杂计算域的网格划分，提出一种更加合理的多块结构网格。计算结果用波形显示了尾水涡带和压力脉动的主要性质和运动特征。