相应涨差实时洪水预报模型

一、相应涨差模型的建立 河道洪水演算方法众多,但基本上都是基于对圣维南(Saint-Venant)方程组的简化和近似。1891年圣维南导出的描述洪水波运动规律的方程组是一阶拟线性双曲型微分方程组,即非恒定流的连续方程和动力方程:     

水库动库容调洪计算方法研究

基于非恒定流理论的圣维南方程组的求解是河道型水库动库容调洪计算的常用方法，该法能较好地反映河槽水流的非恒定流状态。但在一些实际的水库动库容量计算中，圣维南方程组的一些假定对计算结果将产生不可忽视的影响，对圣维南方程组的求解方法进行了改进，通过分析采用修正区间流量的方法来解决在求解圣维南方程组时出现的蓄水量不平衡问题，逐时段对库区的水量不平衡进行修正，该法较以往的算法计算精度更高，并已应用于某大型水库的动库容调洪计算。     

用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的方法探讨

采用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的水力学方法,首次发现了在Δt时段可将圣维南方程组简化后绘制两种不同形式的河段槽蓄增量图形:一是根据水流连续方程可绘制槽蓄增量1,二是根据水流运动方程也可绘制槽蓄增量2。由于河段槽蓄增量1、2应相等,因此,可以用槽蓄增量为纽带求解圣维南方程组。     

在洪水汇流计算中用坐标转换法作非线性改正

在洪水汇流计算中,考虑非线性作用的方法不少,但一般比较复杂,不便于实际应用,有的又因过分简单而精度不高。我们在求解简化非线性圣维南方程组中,采用了“变动定比”有限差的办法,得到与简化线性圣维南方程组解的相似结果,并由此导得线性和非线性两种演算系统之间的坐标转换关系,可把常用线性法演算的成果改正为非线性成果。方法简捷,便于应用。由于非线性汇流的复杂性,为了实用,推演过程中不得不作必要的近似处理,以简化计     

基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法

为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映射缩放和平衡权重系数对同化模型的有效性,以及所提出同化方法在部分测值缺失情况下的鲁棒性。结果表明,一维非恒定流圣维南方程组的数据同化结果与Preissmann四点隐式差分法结果一致,且随着同化断面数量的增加,所获得的同化精度也稳步提升;基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法有效,对非恒定流模拟具有较强的适应性。     

西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进数值模拟

针对西江干流河道特点,考虑洪水归槽的影响,建立了河道一维非恒定流洪水演进数学模型,采用Preissmann四点偏心隐式差分格式离散圣维南方程组,应用追赶法求解非恒定流圣维南方程组。根据实测资料对西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进过程进行验证,结果表明:模型能较好的模拟流量变化过程,模拟值与实测值符合较好,验证了该模型是合理可行的。可用于洪水预报、枯季调水等研究。     

渠道非恒定流计算在小水电站设计中的应用

叙述了水电站运行中非恒定流产生的原因，通过分析引水渠道非恒定流流态变化情况，说明圣维南方程组几种求解方法的优缺点。根据实际工程对计算方法进行简化，并举例说明其在小水电站设计中的应用。图2幅。     

雨水管网的动力波模拟及试验验证

本文根据完整的圣·维南方程组,用四点隐式差分及部分重叠技术求解,建立了雨水管网动力波模型.经室内试验验证,精度很高,是雨水管网水流模拟及其它简化模型评价的有效工具.     

一种新的高精度的溃坝水流数值模型

溃坝问题，严格来讲，是一种不连续洪水波问题．传统的水流数值模型都是建立在数值求解圣维南方程组基础上的，而该方程组的基本假定就是水流必须具有连续性，所以，以圣维南方程为基本控制方程的水流数值模型应用于溃坝问题的计算是非常牵强的．提出一种新的以描述分子运动的BGK波尔兹曼方程为基础的水流数值模拟方法，这种方法没有水流连续性假定，计算表明，这种数值模型能够精确、稳定地模拟溃坝波问题。     

河道洪水实时预报模型及在寸滩—螺山河段的应用

采用水力学和水文学相结合的方法，根据河道非恒定流的圣维南方程组，建立了河道洪水相应涨至预报模型和扩散波洪水预报模型，既可预报流量，又可预报水位。在模型的实时校正技术中，采用了具有时变遗忘因子的递推最小二乘实时校正算法，提高了参数实时跟踪能力和辨识精度。相应涨差实时预报模型和扩散波实时预报模型在寸滩－螺山河段上的应用均获得较好的效果。     

THE FLOW CONTROL IN CANAL TRANSPORTATION SYSTEM

The canal flow control by the linear quadratic theory of automatic control theory is discussed in this paper. In the process of flow control,an optimal state estimator is used to feedback control gate motion. One dimension Saint-Venant flow equations are expanded by first Taylor series at demanded states. The control results of flow in the example canal show remarkable improvement compared to the case without optimal observer. By this control method, the waste of water will significantly be decreased and the efficiency of water transportation can be greatly increased. If the changes of flow discharges are less than 20%, the method is effective for flow control in canal.     

渠道运行管理自动化的多渠段模型预测控制

采用模型预测控制算法研究多渠段中央集中控制。以渠道过渡过程的状态空问离散方程为基础，运用模型预测控制算法，构造目标方程，采用二次规划法求最优解。建立三渠池串联实验渠道及预测控制模型。分析其运行特性和时域特性，采用Marlab编程对5种初始条件下渠道运行状况进行仿真。结果表明：水流在各种复杂工况下均能快速、平顺地达到稳定，较好地解决了渠道运行中存在的耦合、大滞后问题，系统动态性能和鲁棒性优良。     

调水工程明渠水力控制线性化数学模型

分析了调水工程水力控制的现状和发展趋势，结合现代控制理论．把圣维南方程线性化，并给出了明渠水力控制的状态空间模型。通过实例，把线性化数学模型计算结果，同传统非线性算法结果进行比较。研究表明在小波动瞬变流条件下，新的线性化数学模型可以比较准确地描述明渠系统的动态特性。     

明渠运行控制算法研究综述

控制算法是明渠运行自动化控制系统的核心。多年来各国学者开发出大量的明渠控制算法,对最近10余年的研究成果进行了综述。从技术特点、国内外研究进展、应用现状和存在的问题几个方面,对PID类算法、最优控制算法、模型预测控制算法和鲁棒控制算法作了重点评述,对它们的发展方向进行了展望。在评述国内该领域研究现状的同时,还从研究内容、仿真手段、试验条件几方面阐述了与国外的差距,提出了努力的方向。     

基于线性预测控制算法的明渠实时控制研究

针对纵坡较缓、渠池槽蓄量大且完全处于回水区的大型串联渠池中的水位控制问题,本文以南水北调中线工程最后6级渠池为研究对象,通过建立多级串联渠道的离散线性状态空间方程,设计用于多级串联渠池的线性预测控制算法,并采用低通滤波器对控制算法中需要用到的实时水位观测信息进行处理。研究结果表明采用低通滤波处理后的水位信息进行实时控制时能够消除没有明显回水区渠池中发生的水位波动,达到稳定控制的效果。在分水不可预知情况,预测控制算法起到集中反馈控制的效果,控制效果与线性二次型最优控制的控制效果类似;而在分水可预知情况,预测控制算法能提前于分水变化进行闸门控制,起到前馈控制的作用,进一步优化控制效果。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

STUDY AND APPLICATION OF STEADY FLOW AND UNSTEADY FLOW MATHEMATICAL MODEL FOR CHANNEL NETWORKS

Based on the Preissmann implicit scheme for the one-dimensional Saint-Venant equation, the mathematical model for one-dimensional river networks and canal networks was developed and the key issues on the model were expatiated particularly in this article. This model applies the method of three-steps solution for channel-junction-channel to simulate the river networks, and the Gauss elimination method was used to calculate the sparse matrix. This model was applied to simulate the tree-type irrigation canal networks, complex looped channel networks and the Lower Columbia Slough networks. The results of water level and discharge agree with the data from the Adlul and field data. The model is proved to be robust for simulating unsteady flows in river networks with various degrees of complex structure. The calculated results show that this model is useful for engineering applications in complicated river networks. Future research was recommended to focus on setting up ecological numerical model of water quality in river networks and canal networks.     

渠道防渗与维修改建设计经济问题研究及应用

本文用静水测验法分析了各种灌溉渠道及已运行多年的防渗渠道维修前后的观测结果，根据经济学原理，提出了判断灌溉渠道防渗、维修及重建的数理经济模型，供渠道防渗和维修或改建设计时参考使用。     

水电机组智能复合控制策略研究

水轮发电机组系统是一非线性、时变、高阶系统,传统PID或模糊控制很难达到理想的控制效果,模糊和PID适当结合控制可提高控制效果。对模糊和PID控制相结合形式进行了讨论,并设计了常用的几种模糊和PID控制结合的控制器;又结合具体水电站控制工程,对控制器进行了仿真分析,并分析了模糊和PID如何优势互补达到较好的控制效果。为了说明问题,设计模糊和PID控制器时用遗传算法和神经网络进行了优化。